纳米流体燃料中铝铜纳米颗粒对连续热解碳烟形成的影响机制研究

本文首次系统研究了铝/庚烷和铜/庚烷纳米流体燃料在连续稳定热解过程中的碳烟生成特性，通过透射电镜（TEM）、拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）等技术揭示了纳米颗粒对碳烟形貌、纳米结构及石墨化程度的调控作用，为高能量密度燃料的燃烧性能优化提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究首次在无氧环境下实现纳米流体燃料的连续稳定热解，通过对比纯庚烷、1.0 wt%铜/庚烷和1.0 wt%铝/庚烷纳米流体燃料的碳烟生成特性，揭示了金属纳米颗粒对碳烟形貌、纳米结构和石墨化程度的独特影响机制。

Soot morphological characteristics

透射电镜（TEM）分析显示（图3），不同热解条件下生成的初级碳烟颗粒均呈现规则球形结构，外轮廓清晰，表明其高度成熟性。值得注意的是，铝和铜纳米颗粒的加入显著增大了初级颗粒尺寸和边缘条纹长度，但对其曲折度影响甚微。金属纳米颗粒通过增强颗粒间碰撞概率，促进了碳烟的形成与聚集。

Conclusion

主要发现如下：

1. 1.

   气体流速与碳烟形貌及石墨化程度呈负相关——流速升高会缩短反应区停留时间，降低碳烟颗粒的碳化程度；

2. 2.

   金属纳米颗粒的引入使纳米流体雾化液滴更快达到热解温度，从而提升碳烟石墨化程度；

3. 3.

   铜/铝纳米颗粒可减弱流速对碳烟石墨化程度的影响，并显著提高初级颗粒的均一性。

CRediT authorship contribution statement

Runtian Yu：实验设计、数据分析及论文撰写；Dong Liu：课题构思、经费支持与论文审校；其余作者共同参与实验与数据分析。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgments

本研究受国家自然科学基金（52376115）资助。