2.3納米熔鹽表麵張力分析

利用拉筒法對配製的基鹽及5種加入30nm SiO2納米顆粒的納米熔鹽的表麵張力進行測量,每隔10℃進行一次測量，對得到的實驗數據進行整理和分析，擬合公式以及擬合係數見表3。

樣品的表麵張力值隨溫度變化如圖7所示。可以看到，在250~480℃內，基鹽的表麵張力在0.1044~0.1188N/m，表麵張力隨溫度的升高呈下降趨勢。1#納米熔鹽的表麵張力在0.1059~0.1219N/m，對數據進行擬合後，擬合係數在0.995以上，擬合程度較好。2#納米熔鹽的表麵張力在0.1117~0.1301N/m，擬合係數為0.996，隨溫度變化的趨勢和基鹽及一般熔鹽表麵張力的變化趨勢保持一致，均隨溫度的升高呈下降趨勢。3#和4#納米熔鹽的表麵張力在0.1075~0.1232 N/m和0.1085~0.1265 N/m，擬合係數都在0.994以上，其中4#納米熔鹽的擬合係數與2#納米熔鹽的擬合係數相同，均為0.996，擬合程度最好。5#納米熔鹽的表麵張力在0.1115~0.1305N/m，擬合係數為0.991。

樣品的表麵張力值隨溫度變化如圖7所示。

如圖7所示，納米熔鹽的表麵張力均隨溫度的升高呈下降趨勢，與單組分熔融鹽和多組分混合熔融鹽的表麵張力隨溫度變化的趨勢保持一致。5種納米熔鹽的表麵張力與基鹽相比均有所增大。與基鹽相比，1#納米熔鹽的表麵張力增加幅度最小，平均提高2.32%;5#納米熔鹽的表麵張力增加幅度最大，平均提高9.14%;2#納米熔鹽表麵張力平均提高8.26%;3#納米熔鹽表麵張力平均提高3.66%，4#納米熔鹽表麵張力平均提高5.85%。

圖8為不同溫度工況點下樣品表麵張力隨納米顆粒濃度的變化情況，當SiO2納米顆粒濃度(質量分數，下同)為0.3%時，納米熔鹽的表麵張力出現一個小峰，當SiO2納米顆粒濃度為0.5%，納米熔鹽的表麵張力隨之減小，隨後開始增大。文獻中提出，在熔融鹽中加入SiO2納米顆粒後，由於分子間作用力和納米熔鹽配製過程中的攪拌作用，熔融鹽會在納米顆粒周圍形成一種納米雲核，由於熔融鹽會包裹在納米顆粒周圍，而將熔融鹽吸附在納米顆粒周圍的力會隨熔融鹽與納米顆粒的距離發生變化，與納米顆粒直接接觸的熔融鹽受到的作用力較大，不容易再一次變成遊離的熔融鹽，而距離納米顆粒較遠的熔融鹽，由於所受到的力較小，會受到溫度等因素的影響，更加容易再次處於遊離態。而當加入特定的SiO2納米顆粒濃度時，熔融鹽受到的力能夠使得其包裹在SiO2納米顆粒周圍，即出現如圖8所示中存在的小峰。而當加入的SiO2納米顆粒濃度逐漸增大時,熔融鹽分子與SiO2納米顆粒形成的納米雲核的尺寸開始發生變化，因此表麵張力隨SiO2納米顆粒濃度的增大而增大。

圖8為不同溫度工況點下樣品表麵張力隨納米顆粒濃度的變化情況。

2.4納米熔鹽機理分析

將納米顆粒加入熔融鹽中，能夠改變熔融鹽的熔點、比熱容、熱導率等熱物性。在已有的文獻中除了熱物性進行測量外，也對納米熔鹽強化機理進行研究，並且提出了多種模型對納米熔鹽強化機理進行解釋，但是這些機理描述前後存在許多矛盾。而納米熔鹽配製方法的不同也存在著不同的納米熔鹽熱物性強化機理。本實驗采用高溫熔融法，將SiO2納米顆粒分散至solar salt中，配製得到納米熔鹽。對納米熔鹽的密度和表麵張力進行了實驗測量。並以此為例，對納米熔鹽強化密度和表麵張力的機理進行分析。

在使用高溫熔融法製備納米熔鹽時，SiO2納米顆粒具有很強的活性，當與solar salt進行混合後，SiO2納米顆粒表麵缺少的配位的原子，會與solar salt中的堿金屬原子和氧原子作用，形成K一O鍵和Na-O鍵以及Si-O鍵，如圖9(a)所示。因此solar salt由於化學鍵的作用會在SiO2納米顆粒表麵形成穩定的化學吸附層，在使用高溫熔融法對納米熔鹽進行攪拌時，熔鹽分子會由於範德華力和靜電力的作用，吸附在納米顆粒表麵，形成多層物理吸附層，如圖9(b)所示。而當納米顆粒最外層熔鹽分子受到的範德華力和靜電力作用處於平衡時，會形成以SiO2納米顆粒為中心周圍包裹著熔鹽分子的納米雲核，利用高溫熔融法將SiO2納米顆粒分散至熔融鹽中形成的納米雲核如圖9(c)所示。

如圖9所示。

采用高溫熔融法製備納米熔鹽時，由於範德華力和靜電力的作用會有大量的熔鹽分子包裹在SiO2納米顆粒周圍，而SiO2納米顆粒的密度為2.20g/cm3，與solar salt的密度相差不大，且在solar salt中加入的SiO2納米顆粒較少，因此形成的納米雲核中熔融鹽分子的密度占主導地位，SiO2納米顆粒對solar salt的密度影響可忽略不計，也能夠很好地解釋在密度實驗中測得5種納米熔鹽的密度與基鹽的密度保持一致。

表麵張力是液體表麵分子為了對抗與液體內部分子之間的作用力而產生的力。在solar salt中加入SiO2納米顆粒後，會有大量的熔鹽分子包裹在SiO2納米顆粒周圍，形成納米雲核後會對熔鹽液麵的分子產生一個作用力，因此在solar salt中加入SiO2納米顆粒後，會使得熔鹽的表麵張力增大。在熔鹽係統中形成的納米雲核對表麵張力的影響會隨著SiO2納米顆粒周圍熔鹽厚度的改變而改變。

當在solar salt中加入的SiO2納米顆粒濃度小於0.3%時，由於SiO2納米顆粒濃度較小，包裹在SiO2納米顆粒的熔鹽分子早已達到飽和，因此表麵張力會隨著SiO2納米顆粒濃度的增加而增加。而當SiO2納米顆粒濃度大於0.3%，小於0.5%時，此時包裹在SiO2納米顆粒周圍的熔鹽分子未達到飽和，此時的表麵張力會減小。當SiO2納米顆粒的濃度大於0.5%時，由於加入的SiO2納米顆粒的濃度較大，納米雲核中熔鹽分子層的厚度較薄，納米雲核之間開始相互作用，而納米雲核的聚集會增大對熔鹽表麵分子的引力，同時SiO2納米顆粒也會對熔鹽表麵的分子產生一個用力，從而使得表麵張力增大，並且會隨著SiO2納米顆粒濃度的增加表麵張力也隨之增大。

3結論

利用高溫熔融法，將30nm的SiO2納米顆粒分散至solar salt中，製得5種納米熔鹽，並對solar salt和5種納米熔鹽的密度和表麵張力進行實驗測量，提出高溫熔融法製備納米熔鹽的形成機理，並對納米顆粒對熔融鹽密度和表麵張力的影響機理進行解釋分析。主要得出以下結論。

(1)搭建的密度-表麵張力實驗台能夠在高溫下測量熔體的密度和表麵張力，密度實驗台的最大偏差值低於0.12%，表麵張力實驗台的最大偏差值低於4.0%；利用高溫熔融法在solar salt中加入30nm的SiO2納米顆粒，製備了基鹽及5種納米熔鹽，得到了納米熔鹽密度和表麵張力隨溫度和SiO2納米顆粒濃度的變化情況，並對實驗數據進行擬合得到了密度和表麵張力隨溫度的擬合關係式。

(2)納米熔鹽的密度不隨SiO2納米顆粒濃度的改變而改變，且5種納米熔鹽的密度均與基鹽的密度保持一致。

(3)納米熔鹽的表麵張力與加入的SiO2納米顆粒濃度有關，當SiO2納米顆粒濃度小於0.5%時，納米熔鹽的表麵張力先增大後減小；當SiO2納米顆粒濃度大於0.5%時，納米熔鹽的表麵張力隨SiO2納米顆粒濃度的增加而增大。

(4)采用高溫熔融法製備納米熔鹽時，由於SiO2納米顆粒表麵缺少配位的原子，熔融鹽分子會在SiO2納米顆粒周圍先形成化學吸附層，隨後由於攪拌的作用，形成物理吸附層，最終以納米雲核的形式存在於熔鹽體係中。