田禾青，周俊杰，郭茶秀

（鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州450001）

我國(guó)工業(yè)能耗占總能耗的70%以上，其中至少50%轉(zhuǎn)化為載體不同、溫度不同的工業(yè)余熱，而目前我國(guó)工業(yè)余熱資源回收率僅約為30%，能源利用效率偏低[1]。由于工業(yè)余熱具有資源分散、間歇波動(dòng)等特點(diǎn)，發(fā)展高效傳熱蓄熱材料和技術(shù)可以有效儲(chǔ)存和利用工業(yè)余熱資源，并且可以把這些間歇式余熱以連續(xù)、穩(wěn)定、安全的方式輸送給其他需要的行業(yè)，達(dá)到提高能源利用效率和節(jié)能減排的目的。熔鹽以其優(yōu)良的傳熱蓄熱性能被使用，作為一種中高溫傳熱蓄熱材料而廣受關(guān)注。特別是對(duì)于近幾年引起高度關(guān)注的太陽(yáng)能熱電站，由于電站在高溫下（超過(guò)500℃）運(yùn)行，因此需要一種能在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行的傳熱工質(zhì)把收集到的高溫?zé)崮茌斶\(yùn)出來(lái)。另一方面，由于太陽(yáng)能資源隨著晝夜交替和多變天氣而時(shí)刻波動(dòng)，還需要輔助蓄熱系統(tǒng)來(lái)提高整個(gè)電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。熔融鹽（簡(jiǎn)稱熔鹽）是能同時(shí)滿足這兩個(gè)需求的、性能可靠的傳熱蓄熱材料。因此研究熔鹽傳熱蓄熱材料對(duì)提高熱能回收利用率、太陽(yáng)能熱發(fā)電效率具有重要意義。

熔鹽是無(wú)機(jī)鹽在高溫下熔化形成的鹽的熔融物，熔鹽一般是堿金屬或者堿土金屬與某些酸根離子形成的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化合物。根據(jù)酸根離子的不同，常見(jiàn)的熔鹽種類包括硝酸鹽、氟化鹽、氯化鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和混合熔鹽等。熔鹽在高溫熔融狀態(tài)能解離成為正負(fù)陰陽(yáng)離子，通常都為強(qiáng)電解質(zhì)。熔鹽材料具有大的潛熱和高的儲(chǔ)能密度，可以滿足低成本大規(guī)模儲(chǔ)能的需求、高溫下低的蒸汽壓可以提高設(shè)備運(yùn)行的安全性、高溫下接近于水的低黏度保證了良好的流動(dòng)性能、混合熔鹽寬廣的相變溫度區(qū)域能適應(yīng)不同工作溫度段的需要，所有這些特性使其作為中高溫儲(chǔ)能材料擁有很大的應(yīng)用前景[2-6]。

現(xiàn)階段，熔鹽作為高性能儲(chǔ)熱材料在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用之前仍然存在著一些關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題亟需解決。首先，高溫熔鹽凝固點(diǎn)溫度較高，容易凝固堵塞管道，造成伴熱和保溫成本增大；其次，熔鹽某些熱物性參數(shù)特別是比熱容和熱導(dǎo)率偏低，造成儲(chǔ)熱系統(tǒng)體積增大和成本升高等問(wèn)題。近年來(lái)，有關(guān)熔鹽比熱容強(qiáng)化的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究都取得了一定進(jìn)展，不僅在熔鹽比熱容強(qiáng)化方法、強(qiáng)化效果和高溫比熱容測(cè)試等方面取得突破，而且對(duì)強(qiáng)化機(jī)理的認(rèn)識(shí)更加清晰。本文介紹近年來(lái)有關(guān)熔鹽比熱容強(qiáng)化方法、強(qiáng)化效果和強(qiáng)化機(jī)制等方面的研究成果，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上討論強(qiáng)化熔鹽熱物性的新思路，并展望未來(lái)熔鹽比熱容強(qiáng)化研究的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1 熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容

比熱容（cp）是在恒定的壓力下，單位質(zhì)量的樣品溫度升高1℃時(shí)所需要的熱量，是材料常見(jiàn)熱物性參數(shù)之一。按照儲(chǔ)熱方式的不同，通常將儲(chǔ)熱分為顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)能3 種方式。顯熱儲(chǔ)熱是固體（或液體）材料通過(guò)升高溫度儲(chǔ)存熱能的過(guò)程，在整個(gè)升溫過(guò)程中無(wú)相變發(fā)生，材料顯熱儲(chǔ)熱量QS可以通過(guò)式(1)表示。

式中，m為材料的質(zhì)量；cp為材料定壓比熱容；Tl和Th為顯熱儲(chǔ)存過(guò)程所對(duì)應(yīng)的低溫和高溫溫度。

潛熱儲(chǔ)熱是材料通過(guò)發(fā)生固-液相變或者液-氣相變實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存的，材料潛熱儲(chǔ)熱量QL可以通過(guò)式(2)表示。

式中，m為材料的質(zhì)量；cps和cpl分別為材料在固相和液相的比熱容；ΔHm為材料的相變焓；Tl、Tm和Th分別為潛熱儲(chǔ)存過(guò)程所對(duì)應(yīng)的低溫溫度、熔點(diǎn)和高溫溫度。

可見(jiàn)，無(wú)論是顯熱儲(chǔ)熱還是潛熱儲(chǔ)熱，比熱容（cp）都是傳熱蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要條件，代表了材料傳熱儲(chǔ)熱能力的強(qiáng)弱。Pacheco等[7]認(rèn)為目前太陽(yáng)能熱發(fā)電之所以不能和化石能源相媲美，主要是受限于傳熱流體較低的比熱容。Starace 等[8-9]認(rèn)為要想使太陽(yáng)能熱發(fā)電和化石能源在價(jià)格上具有競(jìng)爭(zhēng)力，傳熱流體的比熱容必須高于2.25J/(g·℃)，并且能在600～800℃溫度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。然而實(shí)際熔鹽體系的比熱容相對(duì)較低，遠(yuǎn)不能達(dá)到這個(gè)要求。表1 列舉了一些常見(jiàn)無(wú)機(jī)熔鹽的熱物性參數(shù)。從表1中可以看出，硝酸熔鹽和碳酸熔鹽的比熱容最高，但是也未超過(guò)2J/(g·℃)，氯化物熔鹽的比熱容最低，單質(zhì)和多元混合熔鹽幾乎均低于1.0J/(g·℃)。和在100℃以下廣泛應(yīng)用的顯熱儲(chǔ)能材料水[cp=4.2J/(g·℃)]相比，熔鹽材料的比熱容相對(duì)較低。以太陽(yáng)能熱電站為例，較低的比熱容將會(huì)導(dǎo)致蓄熱系統(tǒng)需要更大規(guī)模的熔鹽用量，在更大程度上增加蓄熱系統(tǒng)和蓄熱設(shè)備的尺寸，降低蓄熱能力、傳熱效率以及熱交換系統(tǒng)的穩(wěn)定性，大幅度增加投資和運(yùn)行成本。因此，提高熔鹽材料的比熱容，強(qiáng)化熔鹽材料的蓄熱能力，對(duì)于實(shí)現(xiàn)熔鹽材料低成本、大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義[14]。

表1 一些常見(jiàn)無(wú)機(jī)熔鹽的熱物性參數(shù)[3,5,10-13]

2 熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容強(qiáng)化方法

目前，熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容強(qiáng)化方法主要包括兩種：添加可溶性的添加劑和摻雜異質(zhì)納米顆粒形成熔鹽納米流體，如表2所示。納米流體的制備方法可分為單步法和兩步法兩種。單步法是在納米顆粒制備的同時(shí)直接將顆粒分散到基液中，納米顆粒和納米流體的制備同時(shí)完成。兩步法是先制備納米顆粒，再將納米顆粒分散于基液中制備成納米流體。相對(duì)而言，兩步法程序簡(jiǎn)單，成本低，幾乎適用于所有種類的納米流體的制備，但其制備的納米流體懸浮穩(wěn)定性不及單步法制備的納米流體[14]。熔鹽納米流體的常見(jiàn)制備方法包括兩步水溶液法、高溫熔融混合法、溶解法、原位合成法和溶膠-凝膠自燃燒法等，其中，兩步水溶液法和高溫熔融混合法屬于兩步法，溶解法、原位合成法和溶膠-凝膠自燃燒法屬于單步法。

2.1 添加可溶性的添加劑

添加可溶性添加劑是通過(guò)在基體熔鹽中添加一種或幾種能溶于基體熔鹽的其他種類熔鹽形成復(fù)合熔鹽以達(dá)到強(qiáng)化基體熔鹽比熱容的方法。

表2 熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容強(qiáng)化方法

Peng 等[15]在Hitec（7NaNO3-40NaNO2-53KNO3，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）熔鹽中加入5%氯化物添加劑A，通過(guò)高溫靜態(tài)熔融法制備了Hitec 熔鹽+5% A儲(chǔ)熱材料，研究了添加劑A 對(duì)Hitec 熔鹽熱物性及熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，和原Hitec 熔鹽相比，加入添加劑后復(fù)合熔鹽的凝固點(diǎn)從138.79℃降低到137.62℃，比熱容從1.45J/(g·K)提高到2.32J/(g·K)，熱穩(wěn)定性也同時(shí)得到提高。

Wu 等[16]通過(guò)在Solar salt（60NaNO3-40KNO3，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）熔鹽中添加不同種類和比例的碳酸鹽或者硝酸鹽制備混合熔鹽，研究了添加劑對(duì)熔鹽熔點(diǎn)、分解溫度、比熱容和短期熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，其中兩種優(yōu)選混合熔鹽的熔點(diǎn)和分解溫度分別都在100℃和600℃附近，比熱容分別為1.725J/(g·K)和1.863J/(g·K)。和原Solar salt 熔鹽相比，熔點(diǎn)更低，比熱容更高，穩(wěn)定性更好。

陰慧琴[17]在FLiNaK 三元氟化物（46.5LiF-11.5NaF-42KF，均為摩爾分?jǐn)?shù)，%）熔鹽中溶解不同質(zhì)量（1000～6000μg/g）的CrF3熔鹽，研究了CrF3對(duì)三元氟化物熔鹽熱物理性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明除了固態(tài)熱擴(kuò)散系數(shù)外，在實(shí)驗(yàn)允許誤差范圍內(nèi)，即使FLiNaK熔鹽中CrF3的含量達(dá)到6000μg/g，F(xiàn)LiNaK熔鹽的熱物性依然沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

杜威[18]利用高溫靜態(tài)熔融法將4 種氟化物熔鹽（LiF、NaF、KF、MgF2） 加入到二元碳酸熔鹽[59Na2CO3-41K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%，熔點(diǎn)710℃，比熱容1.56J/(g·K)]中進(jìn)行改性，以求獲得熔點(diǎn)更低、使用溫度范圍更寬的高溫熔鹽儲(chǔ)熱材料。結(jié)果表明，13.04%LiF 添加量的混合熔鹽具有熔點(diǎn)低（409.28℃）、使用溫度范圍寬（410～800℃）和比熱容高[1.79J/(g·K)]的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)在基體熔鹽中添加其他種類的熔鹽作為添加劑強(qiáng)化基體熔鹽比熱容的本質(zhì)，是利用新加入的少量熔鹽與基體熔鹽形成熔點(diǎn)更低的共晶鹽來(lái)改善基體熔鹽的某些熱物性參數(shù)。一般新加入的熔鹽添加劑的比熱容比基體熔鹽要高，但是加入的量不能太高，否則會(huì)顯著改變基體熔鹽的各項(xiàng)熱物性參數(shù)，影響其正常使用。由于新加入熔鹽的種類和比例難以確定，因此采用此方法強(qiáng)化基體熔鹽比熱容的工作量大，強(qiáng)化效果也不容易掌控。目前，采用該種方法強(qiáng)化熔鹽比熱容的相關(guān)研究較少，獲得的結(jié)果也不一致，尚需要進(jìn)行深入研究。

2.2 摻雜異質(zhì)納米顆粒形成納米流體

在熔鹽材料中摻雜異質(zhì)納米顆粒形成納米流體是提高熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容的有效方法。納米流體的概念由Choi[19]第一次提出，是將異質(zhì)納米顆粒以膠體形式穩(wěn)定懸浮在基液中所形成的復(fù)合流體。其中，基液作為基體相起主要功能作用，又被稱為主體材料；異質(zhì)納米顆粒是分散相，主要起功能增強(qiáng)作用，又被稱為客體材料[20]。即使很小的添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1%），和基體材料相比，穩(wěn)定懸浮有納米顆粒的納米流體的比熱容和熱導(dǎo)率能被異常高地強(qiáng)化[21]。由于優(yōu)異的強(qiáng)化性能，納米流體一經(jīng)提出就很快引起了研究者的極大興趣，被認(rèn)為是下一代的理想傳熱流體[22]。

2.2.1 熔鹽納米流體制備方法

已有的研究結(jié)果表明，納米顆粒對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容的強(qiáng)化效果和納米顆粒的種類、尺寸、添加量、形貌以及在熔鹽中的分散狀態(tài)密切相關(guān)。因此，確認(rèn)與目標(biāo)熔鹽相匹配的納米顆粒種類，選擇合適的制備方法，制備出分散均勻、穩(wěn)定存在的熔鹽納米流體是研究工作的重點(diǎn)和關(guān)鍵。目前，已經(jīng)出現(xiàn)的熔鹽納米流體制備方法包括兩步水溶液法、高溫熔融混合法、溶解法、原位合成法和溶膠-凝膠自燃燒法。

（1）兩步水溶液法[23-25]該法的第一步是利用超聲波振蕩熔鹽和納米顆粒的混合水溶液，使納米顆粒在混合水溶液中均勻分散，第二步是利用加熱器蒸干混合水溶液制備熔鹽納米流體。雖然此法制備的熔鹽納米流體中納米顆粒分散均勻，但是由于未經(jīng)歷高溫熔融處理，因此其高溫?zé)岱€(wěn)定性較差。

（2）高溫混合熔融法[26-28]該法是在熔鹽熔點(diǎn)之上利用機(jī)械攪拌熔鹽和納米顆粒的混合熔體達(dá)到均勻混合制備熔鹽納米流體的方法。此法制備的熔鹽納米流體高溫?zé)岱€(wěn)定性好，性質(zhì)穩(wěn)定。

（3）溶解法[29]是利用金屬（或金屬氧化物）在高溫液相熔鹽中的溶解形成彌散分布的“金屬霧”制備熔鹽納米流體的方法。溶解后形成的金屬（或金屬氧化物）納米顆粒在熔鹽中均勻分散，穩(wěn)定存在，不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。而且此法原料是大塊金屬（或金屬氧化物），而不是購(gòu)買(mǎi)的納米顆粒成品，因此可以大幅度降低生產(chǎn)成本，對(duì)于熔鹽納米流體實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用具有巨大潛力。

（4）原位合成法[30-32]是利用前體受到高溫發(fā)生熱分解反應(yīng)生成納米顆粒分散在熔鹽中制備熔鹽納米流體的方法。此法具有合成過(guò)程簡(jiǎn)單、原材料價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

（5）溶膠-凝膠自燃燒法[33]該法通常是利用金屬硝酸鹽和燃料在溶液中形成金屬配合物，然后將含有金屬配合物的溶液通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程制成干凝膠，最后將干凝膠和熔鹽混合點(diǎn)燃生成氧化物納米顆粒分散在熔鹽中制備熔鹽納米流體的方法。常見(jiàn)的燃料包括檸檬酸、尿素、羧酸和含肼有機(jī)化合物等，具有反應(yīng)時(shí)間短、設(shè)備工藝簡(jiǎn)單和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 熔鹽納米流體研究進(jìn)展

針對(duì)熔鹽納米流體，目前已經(jīng)開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)工作研究納米顆粒對(duì)熔鹽比熱容的強(qiáng)化效果。所涉及的熔鹽主要包括二元碳酸熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）和二元硝酸熔鹽（solar salt,60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）兩種熔鹽，常見(jiàn)的異質(zhì)納米顆粒主要有二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鎂（MgO）、氧化銅（CuO）、二氧化鈦（TiO2）、氧化鐵（Fe2O3）、鎂（Mg）和碳材料納米顆粒（納米石墨顆粒、單壁碳納米管、多壁碳納米管、片狀石墨烯和C60）等。

（1）二氧化硅（SiO2）納米流體 在利用異質(zhì)納米顆粒強(qiáng)化熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容的研究中，德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的Shin 等做了大量開(kāi)創(chuàng)性的工作。Shin 等[23-25,34-37]在二元碳酸熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1%和1.5%），不同粒徑（直徑5nm、10nm、30nm、60nm）的SiO2納米顆粒，通過(guò)兩步水溶液法制備了熔鹽納米流體，利用差式掃描量熱（DSC）技術(shù)測(cè)量了有團(tuán)聚和無(wú)團(tuán)聚兩種納米流體的比熱容，通過(guò)掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）技術(shù)確定納米顆粒的分散穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，在納米顆粒周?chē)霈F(xiàn)較高密度熔鹽的滲流網(wǎng)絡(luò)，與純二元碳酸熔鹽相比，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、粒徑為10nm 的SiO2納米顆粒時(shí)，有納米顆粒團(tuán)聚樣品的固態(tài)比熱容提高了22%，液相比熱容提高了74%，而無(wú)團(tuán)聚樣品的固態(tài)比熱容提高了34%，液相比熱容提高了101%；當(dāng)添加量為1%時(shí)，無(wú)論納米顆粒的尺寸，納米流體的比熱容均能提高25%。顯微分析表明比熱容的顯著強(qiáng)化效果應(yīng)歸功于納米顆粒高的比表面能和納米顆粒引起周?chē)埯}形成的針狀結(jié)構(gòu)。

Yuan 等[38]使用兩步水溶液法將不同粒徑（20nm、50nm 和80nm）的SiO2納米顆粒分散到三元碳酸熔鹽（32.1Li2CO3-33.4Na2CO3-34.5K2CO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）中制成納米流體作為傳熱蓄熱介質(zhì)使用在下一代太陽(yáng)能高溫?zé)犭娬局?，研究了納米顆粒尺寸和摻雜量對(duì)納米流體比熱容的影響。研究結(jié)果表明，SiO2納米顆粒未與熔鹽發(fā)生反應(yīng)，沒(méi)有形成新的化學(xué)鍵或者晶體。添加量為1%、粒徑為20nm 的SiO2納米顆粒強(qiáng)化效果最好，固相和液相比熱容分別增加了18.5%和33.0%。

Shin 等[39]通過(guò)兩步水溶液法將四元氯化物（12.89LiCl-12.52NaCl-40.00CaCl2-34.59BaCl2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）和添加量為1%、粒徑為20～30nm 的SiO2納米顆粒制備成納米流體，研究了納米顆粒對(duì)熔鹽納米流體比熱容的影響，研究結(jié)果表明納米流體的比熱容增強(qiáng)了14.5%。

圖1 不同尺寸SiO2納米顆粒與二元硝酸鹽（60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）［40］形成的納米流體比熱容隨溫度的變化

Shin 等[25,40-41]把添加量均為1%、粒徑不同（直徑5nm、10nm、30nm、60nm）的4 種SiO2納米顆粒分別分散到二元硝酸熔鹽（60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）、三元硝酸熔鹽[30KNO3-49NaNO3-21Ca(NO3)2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%]和（38LiNO3-15NaNO3-47KNO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）中，研究了納米顆粒在熔鹽中的分散特性及其對(duì)熔鹽比熱容的強(qiáng)化作用。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，和未摻雜的初始熔鹽相比，二元硝酸熔鹽納米流體的比熱容分別增加了8%（5nm）、 12% （10nm）、 19% （30nm） 和27%（60nm），納米流體的比熱容隨著納米顆粒粒徑的增加而增大，如圖1(a)、(b)所示。三元硝酸熔鹽（30KNO3-49NaNO3-21Ca(NO3)2，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）納米流體的比熱容平均增加了19%（30 nm），另一種三元硝酸熔鹽（38LiNO3-15NaNO3-47KNO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）納米流體的比熱容增加了13%～16%。和二元硝酸鹽不同，發(fā)現(xiàn)其比熱容的變化和納米顆粒尺寸無(wú)明顯關(guān)系，如圖1(c)所示。掃描電鏡照片顯示共晶鹽形成了鏈狀納米結(jié)構(gòu)，如圖2所示，結(jié)合文獻(xiàn)資料和掃描電鏡照片認(rèn)為納米顆粒將共晶鹽分子分開(kāi)，在結(jié)晶過(guò)程中扮演形核劑的角色，使沿著納米顆粒方向的熔鹽分子長(zhǎng)得更遠(yuǎn)，形成類分形納米結(jié)構(gòu)，這種納米結(jié)構(gòu)高的表面能導(dǎo)致了納米流體比熱容的異常強(qiáng)化效果。

圖2 不同尺寸SiO2納米顆粒與三元硝酸鹽（38LiNO3-15NaNO3-47KNO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）［42］形成的納米流體掃描電鏡照片

Wu 等[14,27-28,42-43]分別通過(guò)兩步水溶液法和高溫熔融混合法將四元硝酸熔鹽[LMPS 鹽，2Ca(NO3)2-6KNO3-NaNO3-2LiNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%]和SiO2納米粒子（粒徑20nm）混合制備成納米流體，研究了超聲波振蕩時(shí)間和頻率對(duì)納米流體比熱容的影響，兩種制備方法對(duì)SiO2納米粒子在熔鹽中分散狀態(tài)的影響以及對(duì)納米流體熱穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在熔鹽中添加SiO2納米粒子可以明顯提高納米流體的比熱容，但制備方法的不同會(huì)對(duì)納米流體比熱容的強(qiáng)化作用產(chǎn)生不同影響。兩步水溶液法制備的納米流體的比熱容高于高溫熔融混合法制備的納米熔鹽比熱容。當(dāng)納米粒子在熔鹽中均勻分散時(shí)，比熱容提高率最高可達(dá)30.6%。采用高溫熔融混合法制備的納米流體的長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性高于兩步水溶液法制備的納米流體的熱穩(wěn)定性。超聲波分散的最佳制備條件是超聲振蕩頻率為45kHz，超聲振蕩時(shí)間為50min。SiO2納米粒子在熔鹽表面產(chǎn)生高密度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是納米粒子提高納米流體比熱容的一個(gè)重要原因。

（2）氧化鋁（Al2O3）納米流體 Shin等[44]利用兩步水溶液法把添加量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、粒徑為10nm 的Al2O3納米顆粒分散到二元碳酸熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）中，研究了納米顆粒在熔鹽中的分散特性及其對(duì)熔鹽比熱容的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，納米流體的比熱容和未摻雜的初始二元熔鹽相比增加了32%，掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)二元共晶鹽形成了鏈狀納米結(jié)構(gòu)，認(rèn)為是這種微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了納米流體比熱容的異常增大。

Pan 等[45]通過(guò)兩步水溶液法在三元硝酸熔鹽（Hitec salt, 53%KNO3-40%NaNO2-7%NaNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）中分散Al2O3納米顆粒（粒徑小于50nm）制成納米流體強(qiáng)化熔鹽的比熱容，研究了納米流體比熱容達(dá)到最佳強(qiáng)化效果時(shí)納米顆粒的最優(yōu)添加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)納米顆粒的添加量為0.063%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），Hitec熔鹽的比熱容取得最優(yōu)強(qiáng)化，比熱容值增加了20%，而當(dāng)納米顆粒的添加量超過(guò)2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，納米顆粒的加入反而會(huì)降低納米流體的比熱容。

（3）氧化鎂（MgO）納米流體 Shin 等[35]利用兩步水溶液法將添加量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的MgO納米顆粒分散到二元碳酸共熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）中，研究了納米顆粒對(duì)熔鹽結(jié)構(gòu)和比熱容的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，MgO 納米顆粒沒(méi)有與二元碳酸熔鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，納米流體比熱容平均值和未摻雜的初始二元熔鹽相比增加了22%，掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)二元共晶鹽形成了中等長(zhǎng)度的樹(shù)枝狀納米結(jié)構(gòu)，認(rèn)為是這種微結(jié)構(gòu)決定了納米流體比熱容的強(qiáng)化效果。

Cheng 等[30,33]分別利用原位法和溶膠-凝膠自燃燒法合成MgO 納米顆粒，研究了納米顆粒對(duì)二元硝酸熔鹽（solar salt, 60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）熱物理性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)以Mg(OH)2作為前體，使用原位法制備MgO 納米顆粒分散在熔鹽中時(shí)，MgO 納米顆粒以球形和針狀兩種形態(tài)分散在熔鹽中。600℃保溫煅燒前體1h，納米流體的比熱容可以達(dá)到最高強(qiáng)化。當(dāng)前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.8%時(shí)，固相比熱容增加了118.6%，當(dāng)前體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.4% 時(shí)，液相比熱容增加了168.1%。比熱容的增加不僅和納米顆粒自身比熱容有關(guān)，還和吸附在熔鹽上的納米顆粒形成半固體層有關(guān)。當(dāng)以Mg(NO3)2作為氧化劑，檸檬酸或尿素作為燃料，使用溶膠-凝膠自燃燒法制備MgO納米顆粒分散在熔鹽中時(shí)，MgO 納米顆粒以樹(shù)枝狀（檸檬酸體系）和球形（尿素體系）兩種形態(tài)分散在熔鹽中。當(dāng)點(diǎn)火溫度為500℃時(shí)，納米流體的比熱容可以達(dá)到最高強(qiáng)化。對(duì)于檸檬酸體系，固相和液相比熱容分別增加了93.1%和83.9%。對(duì)于尿素體系，固相和液相比熱容分別增加了86.7%和59.9%。

（4）氧化銅（CuO）納米流體 Ding等[31,46-47]以CuSO4·5H2O 作為前體，探索了在二元硝酸熔鹽（solar salt,60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）中利用原位法合成及分散CuO 納米顆粒的可行性，分析了不同分解溫度和時(shí)間對(duì)納米顆粒形成的影響，并且比較了原位法和兩步水溶液法制得的納米顆粒對(duì)納米流體熱物理性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明利用原位法成功制得了CuO 納米顆粒。納米流體比熱容的強(qiáng)化效果主要依賴于納米顆粒的形貌以及在熔鹽中的分散狀況。利用兩步水溶液法制得的納米顆粒尺寸更小，但是團(tuán)聚更加嚴(yán)重，而利用原位法制得的納米顆粒尺寸更大，形狀更加多樣化。納米顆粒的團(tuán)聚阻礙了半固體結(jié)構(gòu)的形成，造成納米流體比熱容強(qiáng)化效果變差。和兩步水溶液法相比，原位法制得的納米流體在顯熱和潛熱方面展現(xiàn)出更高的強(qiáng)化。當(dāng)納米顆粒添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，分解溫度為450℃，分解時(shí)間為1h時(shí)，納米流體比熱容達(dá)到最高強(qiáng)化效果，和原硝酸熔鹽相比，此時(shí)固相和液相比熱容分別增加了21.24%和3.7%，顯熱和潛熱分別增加了9.27%和67%。

（5）二氧化鈦（TiO2）納米流體 Ding 等[32,47]以廉價(jià)的TiOSO4作為前體，分別利用原位法和兩步水溶液法制備TiO2/二元硝酸熔鹽納米流體，研究了納米顆粒對(duì)熔鹽熱物理性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用原位法在熔鹽中成功制得了TiO2納米顆粒，雖然納米顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但是顆粒尺寸比較均勻，平均粒徑為16.35nm。當(dāng)前體使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)（也即TiO2添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)），納米流體比熱容強(qiáng)化效果最好，比熱容分別提高了5.4%（390℃）和7.5%（445℃）。而對(duì)于兩步水溶液法制得的納米流體，當(dāng)TiO2（平均粒徑50nm）添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，固相比熱容提高了1.4%（423～488K），但是液相平均比熱容降低了14.6%（523～723K）。比熱容的強(qiáng)化效果受很多因素影響，如納米顆粒的種類、添加量、尺寸和分散狀態(tài)。

（6）氧化鐵（Fe2O3）納米流體 Ding等[47]利用兩步水溶液法將Fe2O3納米顆粒（粒徑20～40nm）分別與硝酸鉀和二元硝酸熔鹽（solar salt，60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）混合制備得到納米流體，研究了納米顆粒對(duì)熔鹽熱物理性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米顆粒的加入對(duì)兩種熔鹽的比熱容都具有強(qiáng)化作用。對(duì)于硝酸鉀，固相和液相比熱容分別提高了6.68%（0.5%，473～588K）和7.56%（1.0%，623～668K）。而對(duì)于二元硝酸鹽，固相和液相比熱容分別提高了10.5%（1.5%，423～488K）和2.19%（1.0%，523～723K）。納米顆粒高的比表面積導(dǎo)致納米顆粒與熔鹽分子之間形成更高的界面熱阻，從而導(dǎo)致納米流體比熱容增大。另外，在超聲和蒸發(fā)制備納米流體過(guò)程中，熔鹽分子會(huì)在納米顆粒表面形成壓縮層，這個(gè)壓縮層具有更高的比熱容，也會(huì)導(dǎo)致納米流體比熱容的增大。

（7）鎂（Mg）納米流體 Tian等[29]將鎂塊加入得到二元氯化物共熔鹽（52NaCl-48CaCl2，摩爾分?jǐn)?shù)，%）高溫熔體中，采用等溫飽合法研究了金屬鎂在熔鹽中的溶解行為，分析了熔化溫度和時(shí)間對(duì)金屬納米顆粒形成的影響，并且分析了金屬納米顆粒對(duì)納米流體熱物理性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明利用金屬在高溫液相熔鹽中的溶解行為成功制得了球形金屬鎂納米顆粒，其以“金屬霧”的形式彌散分布在整個(gè)熔鹽中，沒(méi)有與熔鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者形成新的低共熔物，未改變?nèi)埯}的熔點(diǎn)。納米流體的比熱容隨著鎂添加量的增大而增大。當(dāng)鎂添加量為2%時(shí)，固相平均比熱容提高了6.90%（250～500℃），液相比熱容的平均提高了9.69%（660～800℃）。

（8）碳材料納米流體 Jo 等[48-49]使用兩步水溶液法將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的納米石墨顆粒（粒徑50nm）和1%的多壁碳納米管顆粒（直徑10～30nm，長(zhǎng)度1.5mm）分別分散到不同配比的二元碳酸熔鹽（Li2CO3-K2CO3）溶劑中，并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的阿拉伯樹(shù)膠作為表面活性劑抑制碳納米管在脫水過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚，研究了熔鹽溶劑成分以及納米顆粒分散狀態(tài)對(duì)納米流體比熱容的影響。研究結(jié)果表明，無(wú)論熔鹽溶劑成分如何變化，通過(guò)摻入納米顆粒，二元碳酸熔鹽的固相和液相比熱容均可以得到大幅度強(qiáng)化。當(dāng)摻雜納米石墨顆粒時(shí)，固相和液相比熱容強(qiáng)化率最高可以達(dá)到40%和57%；當(dāng)摻雜多壁碳納米管時(shí)，固相和液相比熱容強(qiáng)化率最高可以達(dá)到25.6%和29.3%。納米顆粒的分散均勻性影響納米流體比熱容的強(qiáng)化效果，納米顆粒分散得越均勻，強(qiáng)化效果越好。當(dāng)熔鹽中Li2CO3摩爾比超過(guò)65%時(shí)，純二元碳酸鹽和納米流體的比熱容急劇增大。比熱容強(qiáng)化率隨熔鹽中Li2CO3摩爾比的增大呈現(xiàn)先減小后增大的V 形規(guī)律，在共熔點(diǎn)（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）附近，納米流體比熱容的強(qiáng)化率最小。

Tao 等[50]利用兩步水溶液法將4 種碳納米材料（單壁碳納米管、多壁碳納米管、片狀石墨烯和C60） 分別加入到二元碳酸共熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）中，研究了它們對(duì)熔鹽比熱容和熱導(dǎo)率的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，4種碳納米材料對(duì)熔鹽比熱容和熱導(dǎo)率的強(qiáng)化效果最佳。其中，片狀石墨烯對(duì)比熱容的強(qiáng)化效果最好，最高可以增加18.57%，而柱狀單壁碳納米管對(duì)熱導(dǎo)率的強(qiáng)化效果最佳，熱導(dǎo)率最高可以增加56.98%。

綜上所述，納米顆粒的種類、尺寸、添加量、形貌以及在熔鹽中的分散狀態(tài)都對(duì)納米流體比熱容的強(qiáng)化效果有顯著影響。在熔鹽中加入納米顆粒制備成納米流體以強(qiáng)化熔鹽材料比熱容的關(guān)鍵技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)納米顆粒穩(wěn)定均勻地懸浮，一旦發(fā)生納米顆粒的團(tuán)聚，將會(huì)顯著降低比熱容強(qiáng)化效果。即使加入的異質(zhì)納米顆粒的比熱容低于基體熔鹽材料的比熱容，甚至是非常小的添加量（約1%），大多數(shù)納米流體的比熱容也能被提高10%～30%。當(dāng)傳熱流體的比熱容被強(qiáng)化30%時(shí)，太陽(yáng)能熱電站的運(yùn)行成本將會(huì)降低15%[45]。

3 熔鹽納米流體比熱容異常強(qiáng)化機(jī)理

根據(jù)熱平衡理論推導(dǎo)出的傳統(tǒng)有效比熱容模型可以近似計(jì)算懸浮液的比熱容，如式（3）所示[25,34,51]。

對(duì)于常見(jiàn)的納米顆粒添加物（如SiO2、Al2O3和CuO等），由于其自身比熱容都較低[cAl2O3=1.12J/(g·K)，cSiO2=1.0J/(g·K)，cCuO=0.67J/(g·K)]，顯著低于基體熔鹽的比熱容[c60NaNO3-40KNO3=1.48J/(g·K)，c62Li2CO3-38K2CO3=1.59J/(g·K)]。根據(jù)理論模型推測(cè)可知，添加納米顆粒后，熔鹽納米流體的比熱容將會(huì)比基體熔鹽的比熱容小，并且隨著納米顆粒添加量的增加而逐漸減小。但是大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)納米顆粒在基體熔鹽中分散良好時(shí)，熔鹽納米流體的比熱容與基體熔鹽相比顯著提高，也就是說(shuō)納米顆粒對(duì)熔鹽比熱容具有異常強(qiáng)化作用，這和理論模型的預(yù)測(cè)結(jié)果完全相悖?？梢?jiàn)人們對(duì)于納米流體性質(zhì)的認(rèn)識(shí)還不夠全面，對(duì)納米顆粒強(qiáng)化熔鹽比熱容等熱物性參數(shù)的機(jī)理研究還不夠深入。

對(duì)納米顆粒強(qiáng)化熔鹽比熱容機(jī)理的研究，目前主要是基于實(shí)驗(yàn)測(cè)試表征和計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)兩種手段來(lái)進(jìn)行解釋和驗(yàn)證，已經(jīng)初步形成了一些共識(shí)和結(jié)論。首先可以確定的是，納米流體比熱容的異常強(qiáng)化不是來(lái)源于納米顆粒本身，因?yàn)榧词辜{米顆粒自身的比熱容很低，納米流體的比熱容也能得到異常高的強(qiáng)化效果。研究者提出了3種不同的納米流體比熱容強(qiáng)化機(jī)制[24-25,33,47]，包括納米顆粒的高比表面能、納米顆粒與熔體之間形成固-液界面熱阻、納米顆粒表面與熔體之間形成半固體邊界層。

（1）納米顆粒的高比表面能[25,52]和塊狀材料相比，納米顆粒的尺寸更小，比表面積更大，暴露在表面的原子數(shù)更多。和靠近心部的原子相比，表面的原子更活躍，以一個(gè)更低的頻率振動(dòng)，導(dǎo)致波數(shù)藍(lán)移。因此對(duì)于同一種材料而言，納米顆粒比塊狀材料擁有更高的比表面能，其比熱容也更大，如圖3(a)所示。

（2）納米顆粒與熔體之間形成固-液界面熱阻[24-25,53]由于納米顆粒擁有大的表面積，納米顆粒和周?chē)埯}分子之間的界面面積也很大，這會(huì)顯著增加納米顆粒與周?chē)埯}分子之間的界面熱阻，使得固體納米顆粒與周?chē)垠w分子形成的界面熱阻不能被忽略，它起到了額外的儲(chǔ)熱作用，如圖3(b)所示。

圖3 納米顆粒強(qiáng)化熔鹽比熱容模型［39］

（3）納米顆粒表面與熔體之間形成半固體邊界層[24-25,32]液體與固體的交界層比原液體更加有序，熔鹽離子在納米顆粒界面附近形成納米層，導(dǎo)致這一特殊邊界層的原子受限形成半固體結(jié)構(gòu)，半固體結(jié)構(gòu)處熔化焓的部分合并在一定程度上解釋了熔鹽的比熱容性能的增加，如圖3(c)所示。

在此基礎(chǔ)上，Shin等[25,34,44]改進(jìn)了傳統(tǒng)有效比熱容模型用來(lái)計(jì)算納米流體的比熱容，如式(4)所示。

式中，ccomposite是復(fù)合體系的比熱容；ρB、ρN和ρNS分別指的是基體材料、納米顆粒和納米結(jié)構(gòu)的密度；VB、VN和VNS分別指的是基體材料、納米顆粒和納米結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)；cB和cN分別指的是基體材料、納米顆粒和納米結(jié)構(gòu)的比熱容。

但是由于納米結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)目前難以用實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到，根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，固-液邊界層厚度約為1nm，固-液邊界層的比熱容看作為基體材料在熔點(diǎn)時(shí)的比熱容，密度近似為基體材料固相時(shí)的密度?；谶@些假設(shè)，Shin等[54]再次將納米流體比熱容預(yù)測(cè)模型式(4)修改為如式(5)。

Jo等[48-49]使用兩步水溶液法，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的納米石墨顆粒（粒徑50nm）和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的多壁碳納米管顆粒分別分散到不同配比的二元碳酸熔鹽（Li2CO3-K2CO3）溶劑中，在Material Studio 和LAMMPS 軟件中分別完成建模和相互作用計(jì)算工作，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）研究壓縮液體層的結(jié)構(gòu)和納米顆粒附近熔鹽分子的特性，嘗試解釋納米流體比熱容增大的機(jī)理。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在熔鹽與納米顆粒的界面處存在壓縮液體層，與基體熔鹽相比，該壓縮液體層具有不同的質(zhì)量密度和組分，該壓縮層是納米顆粒原子和液體分子之間的分子間力相互作用的結(jié)果。納米流體比熱容的增大歸功于在納米顆粒表面形成了壓縮流體層，均勻分散的納米顆粒使壓縮液體層的物理體積最大化并且導(dǎo)致納米流體比熱容顯著增加，溶劑化學(xué)成分的變化會(huì)導(dǎo)致壓縮流體層變化進(jìn)而影響比熱容，但是目前尚不清楚哪種能量?jī)?chǔ)存機(jī)制造成了固相納米流體的比熱容強(qiáng)化效果。

Ding 等[55-56]使用LiNO3、NaNO3和KNO3三種硝酸熔鹽和二元硝酸熔鹽（solar salt, 60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）作為傳熱蓄熱材料，在熔鹽中加入SiO2納米顆粒制備成納米流體強(qiáng)化熔鹽的傳熱蓄熱性能。使用分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）計(jì)算了含有不同濃度SiO2納米顆粒的納米流體的熱力學(xué)性能和輸運(yùn)性質(zhì)，利用正則系統(tǒng)的能量波動(dòng)計(jì)算得到納米流體的比熱容，并通過(guò)DSC 測(cè)量驗(yàn)證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明，通過(guò)添加納米顆粒，幾種納米流體的比熱容全部得到了強(qiáng)化，強(qiáng)化效果與前人實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果相同，與傳統(tǒng)有效比熱容模型預(yù)測(cè)的結(jié)果相反。在熔鹽納米流體中，由于陽(yáng)離子和陰離子受到庫(kù)侖力的影響是不同的，使得熔鹽有序排列，在納米顆粒表面形成一個(gè)類似固體的壓縮層，分子間距減小，導(dǎo)致熔鹽納米流體比熱容得到異常強(qiáng)化，而且模擬還證明納米顆粒形成帶狀結(jié)構(gòu)的聚集阻礙了比熱容的進(jìn)一步強(qiáng)化。

He等[57-58]使用兩步水溶液法分別將SiO2和Al2O3納米顆粒（粒徑50nm） 分散到二元硝酸熔鹽（solar salt, 60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）中，實(shí)驗(yàn)研究了納米顆粒添加量和尺寸對(duì)熔鹽比熱容的影響，并通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）分析了納米顆粒對(duì)每一個(gè)類型原子能量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，納米顆粒的加入使熔鹽形成了點(diǎn)狀或者塊狀的納米結(jié)構(gòu)，增加了比表面積，進(jìn)而導(dǎo)致比熱容增大。對(duì)于SiO2納米顆粒，當(dāng)納米顆粒添加量為1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，納米流體比熱容強(qiáng)化效果最佳，提高了8.4%；而對(duì)于Al2O3納米顆粒，當(dāng)納米顆粒添加量為2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，納米流體比熱容強(qiáng)化效果最佳，提高了8.3%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還證明納米顆粒尺寸對(duì)比熱容的強(qiáng)化效果沒(méi)有呈現(xiàn)明顯規(guī)律。模擬結(jié)果表明納米顆粒的加入對(duì)NO3-分子結(jié)構(gòu)的影響很小，但是改變了各原子之間的庫(kù)侖能，庫(kù)侖能的增大是導(dǎo)致比熱容增大的主要原因。

綜上所述，納米顆粒強(qiáng)化熔鹽比熱容的主要原因是納米顆粒的加入使得熔鹽在與納米顆粒界面處形成類似固體的壓縮層，但是目前仍不清楚納米結(jié)構(gòu)形成背后的原因以及納米結(jié)構(gòu)的形成量與納米顆粒的形貌和尺寸的關(guān)系。在某些特定場(chǎng)合，這3種理論尚不能完準(zhǔn)確地解釋納米顆粒對(duì)熔鹽比熱容的異常強(qiáng)化效果，并且利用計(jì)算機(jī)模擬熔鹽納米流體比熱容的研究和報(bào)道較少，對(duì)納米微粒強(qiáng)化熔鹽比熱容機(jī)理也沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，對(duì)納米顆粒強(qiáng)化熔鹽比熱容等熱物性參數(shù)的機(jī)理還需要進(jìn)行深入全面的研究。

4 結(jié)語(yǔ)

利用納米顆粒在高溫液相熔鹽中穩(wěn)定懸浮制備成納米流體強(qiáng)化熔鹽儲(chǔ)熱材料比熱容的技術(shù)在解決熔鹽材料比熱容偏低的問(wèn)題上表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)和潛力。近年來(lái)，國(guó)際國(guó)內(nèi)一大批學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了系統(tǒng)研究，獲得了一批可喜的成果，主要包括熔鹽納米流體的制備方法研究，例如，高溫靜態(tài)熔融法、兩步水溶液法、原位法、溶膠-凝膠燃燒法和溶解法等；通過(guò)調(diào)控納米顆粒的形貌、尺寸、添加量和種類等方法提升納米顆粒對(duì)熔鹽材料比熱容的強(qiáng)化效果；通過(guò)顯微技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究納米顆粒對(duì)熔鹽材料比熱容異常強(qiáng)化作用的機(jī)理等。但由于納米顆粒強(qiáng)化熔鹽材料比熱容的研究涉及物理、化學(xué)與材料科學(xué)的交叉和融合，還有以下一些關(guān)鍵性的技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到有效解決。

（1）目前基體熔鹽研究對(duì)象相對(duì)偏少，不夠全面 目前實(shí)驗(yàn)研究和理論研究的基體熔鹽均集中在二元硝酸熔鹽（solar salt，60NaNO3-40KNO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）和二元碳酸熔鹽（62Li2CO3-38K2CO3，摩爾分?jǐn)?shù)，%）兩種熔鹽上，其他種類的熔鹽材料相對(duì)研究較少。要想實(shí)現(xiàn)熔鹽納米流體的規(guī)模化應(yīng)用，未來(lái)還需要開(kāi)展更多種類熔鹽納米流體的研究。

（2）目前熔鹽納米流體的穩(wěn)定性較差 實(shí)驗(yàn)和模擬均發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)期的循環(huán)使用過(guò)程中，納米顆粒易在熔鹽中發(fā)生團(tuán)聚行為，嚴(yán)重降低了其對(duì)比熱容的強(qiáng)化效果。未來(lái)需要重點(diǎn)開(kāi)展增強(qiáng)納米顆粒在熔鹽中的懸浮穩(wěn)定性的研究工作。

（3）目前納米顆粒對(duì)熔鹽材料比熱容強(qiáng)化的機(jī)理尚不完善 認(rèn)識(shí)納米顆粒對(duì)熔鹽比熱容的強(qiáng)化作用機(jī)理和規(guī)律是設(shè)計(jì)和構(gòu)筑熔鹽納米流體的理論基礎(chǔ)。之前的研究多數(shù)是通過(guò)顯微技術(shù)表征分析其影響機(jī)理，不能從分子層面上定量分析比熱容異常強(qiáng)化機(jī)理。近些年已經(jīng)開(kāi)始把分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)應(yīng)用在機(jī)理的探索工作中，預(yù)計(jì)未來(lái)可為其強(qiáng)化機(jī)理的研究提供更多有效信息。

（4）需要發(fā)展熔鹽納米流體全新的測(cè)量方法 目前比熱容的測(cè)試都是基于DSC 法，但是熔鹽納米流體極其特殊，高溫下未熔化的異質(zhì)納米顆粒布朗運(yùn)動(dòng)劇烈，納米流體存在導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射3種形式的傳熱方式耦合，傳統(tǒng)的DSC 法已經(jīng)不能準(zhǔn)確測(cè)量其比熱容隨溫度的變化，未來(lái)需要開(kāi)展全新的比熱容測(cè)量方法的相關(guān)研究。

總之，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的重大戰(zhàn)略號(hào)召，實(shí)現(xiàn)納米顆粒對(duì)熔鹽材料比熱容的高效強(qiáng)化和熔鹽納米流體的規(guī)?；I(yè)應(yīng)用，還有許多科學(xué)技術(shù)問(wèn)題需要解決。