科学技术的快速发展，使得数据处理需求迅速增长，建设高功率密度的数据中心已然成为提升算力水平和效率的重要举措。传统的自然散热、风扇散热等散热技术虽然具有可靠性高、成本低等优势，但他们最多只能解决热流密度在100W/cm²以下的典型问题，面对更高热流密度的情况便显得无能为力。因此，找寻能够实现更高冷却性能和更优异温度均匀性的冷却方法和材料是当下的一大热点话题。纳米流体作为一种新工程流体，因具有优异的热物理特性而受到了研究者的广泛关注，那具体有哪些材料可以充当纳米流体中的粒子呢。接下来，小编为大家介绍当前常用的纳米流体粒子。

纳米流体制备系统（图源：文献1）

概念

纳米流体材料是一种新型的材料，是通过高能超声分散和表面改性工艺，将金属、氧化物、碳基材料等纳米级粒子（10-100nm）均匀分散于基液中，形成稳定的胶体体系。这种新型复合工质不仅继承基液流动特性，更通过粒子微运动与界面效应实现热导率显著提升。研究表明，当纳米颗粒体积分数控制在5%-20%范围内时，此类流体的导热系数可达到基础液体的1.5-3.5倍。目前，纳米流体已被广泛应用于高功率电子器件散热、新能源汽车热控系统及可再生能源收集装置中。

常用的纳米流体颗粒类型

纳米流体一般由基液（如水、乙二醇、油等）、纳米颗粒以及为提升分散稳定性而可能添加的分散剂组成。根据所添加纳米颗粒的化学组成，常见的纳米流体主要可分为以下几类：

1、金属及金属氧化物基纳米流体

此类纳米流体将金属（如Ag、Cu、Au）或其氧化物（如Al₂O₃、CuO、TiO₂、Fe₃O₄）的纳米颗粒分散于基液中。金属纳米颗粒本身导热系数极高，能显著提升流体热导率，但易氧化、成本较高。因此，性质更稳定、成本更低的金属氧化物在实际研究中应用更广。

反应温度对纳米流体导热率的影响（图源：文献1）

夏国栋等制备的银铂合金（Ag-Pt）纳米流体，在优化条件下，其热导率相较于去离子水基液可提升约16.92%。

HO等在水中加入质量分数为8%的氧化铝纳米颗粒，在热流密度为6.8W/cm²时，传热性能比纯水提升了40%

2、碳基纳米流体

碳基纳米颗粒，如碳纳米管（CNTs）、石墨烯、纳米金刚石等，因其极高的本征热导率和独特的管状或片状结构，能构建高效的热量传递网络，是制备高性能纳米流体的热门材料。

对流换热系数与雷诺数的关系（图源：文献2）

樊旭阳等采用酸化改性的多壁碳纳米管（CNTs-O）制备水基纳米流体。实验表明，当CNTs-O添加量为0.2wt%时，在微型通道内的流动换热实验中，其努塞尔数（Nu）较基液提升了39%，显示出优异的强化传热能力。

MASHALI等在去离子水中添加体积分数φ=0.2%的纳米金刚石颗粒，其传热系数比去离子水提升了69%，并且该流体在长期稳定性测试中表现出色。

3、非金属化合物基纳米流体

主要包括氮化硼（h-BN）、二氧化硅（SiO₂）等非氧化物陶瓷纳米颗粒。这类材料通常具有良好的化学稳定性、电绝缘性和中等偏高的热导率。

六方氮化硼（h-BN）因其类似石墨烯的层状结构和高热导率，所制备的纳米流体在提升热导率的同时，还能增强流体的热稳定性与电绝缘性，适用于对绝缘有要求的电子冷却场景。

Fazeli等人将SiO₂纳米粒子分散在蒸馏水中，形成的纳米流体在72小时内保持了良好的分散稳定性。

4、混合型（复合）纳米流体

由两种或两种以上不同材质、形貌的纳米颗粒共同分散于基液中制成。其设计目的是融合不同颗粒的特性，通过协同效应实现比单一纳米流体更优的综合热物性。

不同混合纳米流体热导率提高（图源：文献3）

周树光等对所制备的Al₂O₃-TiO₂-Cu混合纳米流体传热性能进行了研究,发现导热系数最大提高了17.4%。

Das等人的研究表明，由Al₂O₃、TiO₂和SiO₂构成的混合纳米流体，其热导率增强幅度随总体积分数（φ，在0-6%之间）的增加而增加，近似符合knf/kbf≈1+3φknf/kbf≈1+3φ的关系，体现了混合体系的增强潜力。

小结

纳米流体材料凭借其独特的传热强化机制与可调控的物理性质，正在为热能工程领域带来革新性的解决方案。在工程实践层面，纳米流体的价值已初步显现：在热交换设备中，它能够显著提升传热效率，降低能耗；在燃烧过程中，可作为催化剂或助剂，提升燃烧效率并减少污染物排放；在余热回收系统里，其优异的热物理性能使得对低品位热能的捕获与利用成为可能，提升了能源的综合利用效益；在数据中心、高功率芯片等前沿热管理场景中，纳米流体与相变材料、热管等技术的协同，正在构建下一代高效、紧凑的智能散热方案。尽管潜力巨大，纳米流体从实验室走向大规模工业应用仍面临稳定性、长期可靠性、规模化生产成本以及系统匹配性等挑战。

参考文献：

1、夏国栋,吴倩倩,马丹丹.银铂合金纳米流体制备及其热物性影响因素分析[J].北京工业大学学报.

2、樊旭阳,建伟伟,孟令国,等.CNTs-O/水纳米流体的制备及强化传热实验研究[J].辽宁化工.

3、张西龙,房玉宝.混合纳米流体的制备、稳定性、热导率及其应用研究进展[J].现代化工.

4、林子杰,白瑞晨.纳米流体在数据中心电池热管理中的应用研究[N].重庆科技报.

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