Al2O3-水纳米流体稳定性提升的干涉测量评估：离心与表面活性剂协同优化策略

本研究针对Al2O3-水纳米流体在工业与医疗应用中稳定性不足的问题，通过离心（RCF）和表面活性剂（SDBS）协同处理，结合创新的干涉测量法（MZI）和动态光散射（DLS）技术，发现1500 g离心90分钟联合0.23 wt% SDBS可使纳米流体稳定1.5小时，为热传导实验提供了可靠样本，并揭示了传统zeta电位指标的局限性。

　　

纳米流体因其独特的传热特性在工业和医疗领域展现出巨大潜力，但稳定性问题长期制约其实际应用。Al₂O₃-水纳米流体在重力作用下易发生沉降和浓度梯度，导致热物性测量误差。传统评估方法如动态光散射（DLS）和zeta电位仅能提供间接数据，且文献中关于离心参数、表面活性剂浓度和pH值的优化存在矛盾结论。

为解决这些问题，多伦多大学（University of Toronto）的研究团队开发了一种新型干涉测量法（Mach-Zehnder Interferometry, MZI），能够直接可视化纳米流体浓度分布。研究人员系统比较了沉降法与不同相对离心力（500-1500 g）和时长（5-90分钟）的离心处理效果，并引入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）。通过结合DLS和zeta电位分析，发现离心可有效去除大粒径团聚体，而SDBS通过空间位阻效应增强稳定性。

关键技术包括：1）MZI实时监测浓度梯度；2）梯度离心分离纳米颗粒；3）DLS测定粒径分布；4）zeta电位分析表面电荷。实验使用13 nm Al₂O₃纳米颗粒（Sigma-Aldrich）和SDBS，通过超声分散（600W，5秒脉冲）制备样本。

【离心优化提升稳定性】
500 g离心5分钟即可将平均粒径从589.4 nm降至187.6 nm，但残留8.5%大颗粒（3000-7000 nm）。1500 g离心90分钟获得最佳单分散性（64.5 nm），使纳米流体在1.5小时内保持稳定，且干涉图像信噪比提升44%。

【表面活性剂作用机制】
添加等量SDBS（0.23 wt%）后，zeta电位从56.3 mV降至-55.7 mV，但空间位阻效应使稳定性进一步提升。对照实验证实SDBS自身在20小时内无自聚集现象。

【方法学突破】
研究首次提出归一化不稳定指数（NII=Δφ/φ₀）校正浓度差异，揭示离心样本实际稳定性比沉降法高15%。MZI直接观测到纳米颗粒在重力与布朗运动平衡时形成的1.2 mm边界层，为零净质量传递边界条件提供了实验依据。

该研究发表于《Journal of Molecular Liquids》，其意义在于：1）建立离心-SDBS协同处理标准流程；2）证实传统DLS/zeta电位不能单独评估稳定性；3）为纳米流体在热传导实验中的应用提供1.5小时稳定窗口。未来需进一步探索超声时间、pH值和离心阈值等参数优化，以延长工业级应用的稳定性时长。