综述：迈向绿色可持续的介电纳米流体：表面活性剂对稳定性、性能与调控的影响

本综述系统探讨了表面活性剂在提升介电纳米流体（Dielectric Nanofluids）稳定性与性能方面的关键作用。通过分析表面活性剂的分子特性（如HLB值、极性、链长）对纳米粒子分散性、击穿电压（BDV）、介电常数、损耗因子（tan δ）、电阻率及热导率的调控机制，揭示了界面效应对电荷捕获、极化和声子传导的深层影响。文章还对比了理论模型（如Maxwell-Garnett、Looyenga模型）与实验数据的差异，并强调了生物降解性、毒性及可持续性等环境因素，为设计高性能绿色介电纳米流体提供了多学科交叉视角。

　　

Preparation of dielectric nanofluids: methods, surfactant roles, and stability insights

介电纳米流体的制备通常采用一步法或两步法，其中两步法因经济性和规模化可行性更受工业界青睐。表面活性剂通过空间位阻和静电作用稳定纳米粒子，防止团聚，其分子特性（如HLB值、链长、极性）直接影响分散稳定性。例如，油溶性表面活性剂（如 Oleic Acid）与非油溶性类型（如 CTAB）通过不同机制实现稳定：前者依靠油媒相容性，后者通过静电屏障。新兴方法如发泡片辅助分散技术可克服传统方法的局限性，提升长期稳定性（数周至数月）。

Experimental research on surfactant-induced dielectric nanofluids: stability and thermo-dielectric properties

实验研究表明，表面活性剂处理显著提升了纳米流体的性能：CTAB 修饰的 TiO₂ 纳米流体使击穿电压（BDV）提升达 93.17%；Oleic Acid 处理的 Al₂O₃ 纳米棒使雷击冲击 BDV 提高 1.11 倍；TiO₂/合成酯纳米流体的损耗因子（tan δ）降低 11%，电阻率增加 917.93%；ZrO₂ 纳米流体的热导率提升 216.2%。这些增强归因于表面活性剂界面层对电荷捕获、电子陷阱和声子传导的优化。

Discussion

根据 Gibbs 吸附等温方程（Γ = -c/RT·dγ/dc），表面活性剂浓度（c）与界面张力（γ）共同调控表面过剩量（Γ），进而影响纳米流体性能。高 Γ 值表明界面区域电荷极化增强，从而提升介电常数和击穿强度。理论模型（如 Maxwell-Garnett 和 Looyenga）与实验数据的偏差主要源于未考虑表面活性剂诱导的界面效应，需通过分子动力学模拟进一步优化模型预测精度。

Mathematical models for predicting relative permittivity of nanofluids

经典模型如 Maxwell-Garnett（M-G）、Looyenga 和 Clausius-Mossotti 基于纳米粒子与基液的介电常数及体积分数预测相对介电常数，但均未涵盖表面活性剂界面层的影响。S-参数检索模型和纳米粒子极化模型虽提高了准确性，仍需引入界面修正因子以匹配实验数据（如 Oleic Acid 体系中介电常数提升 47.4%）。

Environmental and sustainability considerations

表面活性剂的生物降解性、毒性（如 EC₅₀ 值）、可回收性及法规符合性是可持续发展的核心。绿色表面活性剂（如生物基或低毒类型）可减少环境足迹，同时满足工业绝缘流体的性能要求。需结合生命周期评估（LCA）和多学科合作（化学、材料学、电气工程）推动介电纳米流体的实际应用。

Conclusion

表面活性剂是实现高性能介电纳米流体的关键，其分子设计直接影响稳定性与性能增强。未来研究应聚焦界面机制的分子动力学模拟、绿色表面活性剂开发，以及多尺度模型与实验的整合，以推动介电纳米流体在变压器、电容器等高压电气设备中的可持续应用。