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有些问题看似想当然，以至于有人提出来，我们都要嘲笑他，更别说叫我们自己去试了。可正是这些不需要一个人太高智商就能想到的问题，说不定蕴藏着重大发现。
譬如，大家都知道，像铜、铝等金属材料导热本领一般都比液体强，例如，铜的热导率是水的数百倍。但大多数设备又不得不用液体做冷却剂。那么，现在就有这样一个傻问题：在液体中添加金属粉末能不能提高它的导热性能呢？
听到这样的问题，你我可能都要“扑哧”一下笑出来，但历史上还真有人尝试过在水中添加铜的粉末来提高水的导热性能。
结果怎样？可耻的失败！这些铜粉最后都沉淀到水底，随着水的流动，它们跟管道发生摩擦，磨损了管道和泵，而水的导热性能却一点都没提高。
听到这样的结果，你一定会很开心，“我不是说了嘛，事情哪有那么简单……”有人不死心，上述实验中人家用的是微米尺寸的铜粉，这一次他们拿更小的粉末——纳米粉末做实验。他们往流体里添加纳米尺寸的金属粉末，看这下行不行。因为纳米粉末有着微米粉末许多不及的优点，比如它们足够小，会一直悬浮在流体中，而不是沉下去；它们仅有一个大分子般大小，不会损坏管道；此外，它们还有相对比较大的表面积……这么多优点，看看对事情有没有补救？
结果怎样呢？往下看之前，先扶好你的眼镜——我怕你的眼镜要跌下来：流体的导热性能不仅有显著提高，提高的幅度还超乎想像，有的竟然一下子提高了百分之几百！
这是一个多么了不起的发现！我们知道，现在无数设备、工厂都离不开冷却和散热系统。哪怕导热效率提高1%，全世界每年节省下来的钱都不得了，现在试想一下，提高10%、50%，甚至百分之几百，那是什么概念！
纳米流体迄今未知的
导热之谜
故事始于1993年。这一年，一位日本科学家声称，他发现，如果在水中添加纳米尺寸的铝和氧化钛颗粒，水的热导率可以提高，添加得越多，提高得越显著。
因为这个发现的意义非同一般，所以在全世界立刻掀起了实验的热潮。类似的结果此后不断有人报道。比如，美国阿贡国家实验室的科学家在乙二醇——在机动车的引擎中常用的冷却剂——中添加了少量的铜纳米粉末之后，他们测得液体的热导率提高了40%。在水中添加铜纳米粉末效果还更好。不过最让人印象深刻的是，在硅油中添加碳纳米管之后，硅油的热导率一下提高了160%。而美国标准计量局的科学家在冰箱的制冷剂中添加了氧化铜纳米颗粒之后，制冷效率几乎提高了3倍！
科学家把这种添加了纳米粉末的流体称为“纳米流体”。
但在流体中添加纳米粉末为何能如此显著地改善流体的导热本领，这至今还是一个悬而未解的问题。
关于流体热传导的经典理论，早在一个多世纪前就由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦建立了。根据这个理论，当一种液体A中含有杂质B时，流体的热导率是：A的热导率乘以A在流体中的百分比，B的热导率乘以B在流体中的百分比，然后两者相加；甚至跟杂质的颗粒大小都没有关系。
在纳米流体中，纳米粉末比起流体来，一般量是很少的，所以按这一理论，添加纳米粉末对改善流体的热导率所起的作用应该微不足道，但纳米流体的表现却出乎人的预料。
那么，在纳米的尺度上，究竟发生了什么意想不到的事情呢？
第一种解释涉及布朗运动。我们在中学化学中都学过布朗运动。布朗运动是像花粉、尘埃这样一些固体颗粒在周围液体或气体分子频繁的碰撞下所做的无规则运动。但要想做布朗运动，颗粒不能太大，否则动不起来。因为纳米颗粒的质量仅相当于一个大分子的质量，所以它在流体中也做布朗运动，而微米颗粒就因太大而动弹不了。我们知道，当液体中没有纳米颗粒时，热量是完全靠液体分子的相互碰撞来传递的，添加了纳米颗粒之后，除了固有的液体分子碰撞，纳米颗粒通过布朗运动碰撞，也能传导一部分热量。根据这一点，有人猜测，在纳米流体中，正是纳米颗粒的布朗运动，可能加速了热量的传递。
另一种解释是这样：当流体在管道内流动的时候，越靠近管道壁的地方，流体流速越慢，甚至形成一层静止层（这跟河水越靠近两岸，流速越慢是一个道理）。这个静止层如果足够厚，就可能起到绝缘的作用，阻碍了管道壁内外两侧的热交换。流体中纳米粒子的存在则有助于把这一静止层变薄，这就加速了热量的交换。当然，这个解释对还是错，还有待今后的实验检验。
纳米流体
创造惊人的财富
让我们且把理论问题撇给科学家，先来预先享受一下这个发现的前景吧。
好处似乎是显而易见的。美国和欧洲的科学家正在联合研制一种用纳米流体做制冷剂的新型空调，目前已经生产出一个样机。在性能测试中，看来表现不俗，为达到同等的制冷效果，可节能近50%。在美国，单空调的效率提高1%，每年就可以节省3200亿千瓦时的电力，节约30亿美元，减少近1.5亿吨碳排放。现在一下子提高50%，那将节省下多少电，减少多少碳排放啊！
几年前，一位美国科学家还展示，用一种含有石墨烯颗粒的纳米流体替代机动车散热器上的冷却剂，可以把散热效率提高50%。机动车上有了这样一个散热器之后，那么通常装备在车上，用于冷却电子设备的第二个热交换器就可以不需要了。这将使得车身减轻，跑得更快。此外据计算，单散热效率提高10%，在美国每年就可以节省大约19亿吨汽油。
2010年，我国西安交大的一个研究组在家用冰箱的制冷剂中添加了纳米氧化钛之后，发现冰箱至少能节省10%的电力。不知道我国的数据如何，在英国，每年用于冷冻的电力，费用就达12亿英镑。如果每台冰箱都省电10%，那么一年就可节省1.2亿英镑，此外还减少了71万吨的碳排放。
除了节约电力，纳米流体还可以提高火力发电站的发电效率。火力电站是通过用燃料燃烧产生的热量把水加热化为蒸汽，推动涡轮发电的。但直接加热的部位容易一下子变得温度太高，上面的水还没有烧开，底下的水已经汽化了。这些气泡附在壁上，变大之后，会形成一层厚厚的气体层，阻碍热量的吸收，从而降低了燃料的利用率。如果在流体里添加纳米粉末，就能避免气体层的形成，热量会没有阻碍地被水吸收。
此外，在核电站冷却水中添加纳米粉末，还可以使核电站运行更加安全。
不过，纳米流体要进入普通人的生活大概还是一个遥远的梦想。目前，纳米粉末价格昂贵，每克动辄要数百美元。此外，对环境的影响还需考虑。在世界很多国家，每年从机动车上泄漏的冷却剂多达上万吨。如果机动车的冷却剂都换成纳米流体，那就要重新考虑对环境的影响，比如人呼吸进纳米粒子之后会有什么后果等等，而这方面我们迄今还了解得远远不够。
但在另一些重要的场所，纳米流体将很快现身。它们将在节能，减少碳排放等方面做出自己的贡献。
所以你看，有些傻念头可不能小觑呢，大自然经常在我们意想不到的地方显奇迹。
譬如，大家都知道，像铜、铝等金属材料导热本领一般都比液体强，例如，铜的热导率是水的数百倍。但大多数设备又不得不用液体做冷却剂。那么，现在就有这样一个傻问题：在液体中添加金属粉末能不能提高它的导热性能呢？
听到这样的问题，你我可能都要“扑哧”一下笑出来，但历史上还真有人尝试过在水中添加铜的粉末来提高水的导热性能。
结果怎样？可耻的失败！这些铜粉最后都沉淀到水底，随着水的流动，它们跟管道发生摩擦，磨损了管道和泵，而水的导热性能却一点都没提高。
听到这样的结果，你一定会很开心，“我不是说了嘛，事情哪有那么简单……”有人不死心，上述实验中人家用的是微米尺寸的铜粉，这一次他们拿更小的粉末——纳米粉末做实验。他们往流体里添加纳米尺寸的金属粉末，看这下行不行。因为纳米粉末有着微米粉末许多不及的优点，比如它们足够小，会一直悬浮在流体中，而不是沉下去；它们仅有一个大分子般大小，不会损坏管道；此外，它们还有相对比较大的表面积……这么多优点，看看对事情有没有补救？
结果怎样呢？往下看之前，先扶好你的眼镜——我怕你的眼镜要跌下来：流体的导热性能不仅有显著提高，提高的幅度还超乎想像，有的竟然一下子提高了百分之几百！
这是一个多么了不起的发现！我们知道，现在无数设备、工厂都离不开冷却和散热系统。哪怕导热效率提高1%，全世界每年节省下来的钱都不得了，现在试想一下，提高10%、50%，甚至百分之几百，那是什么概念！
纳米流体迄今未知的
导热之谜
故事始于1993年。这一年，一位日本科学家声称，他发现，如果在水中添加纳米尺寸的铝和氧化钛颗粒，水的热导率可以提高，添加得越多，提高得越显著。
因为这个发现的意义非同一般，所以在全世界立刻掀起了实验的热潮。类似的结果此后不断有人报道。比如，美国阿贡国家实验室的科学家在乙二醇——在机动车的引擎中常用的冷却剂——中添加了少量的铜纳米粉末之后，他们测得液体的热导率提高了40%。在水中添加铜纳米粉末效果还更好。不过最让人印象深刻的是，在硅油中添加碳纳米管之后，硅油的热导率一下提高了160%。而美国标准计量局的科学家在冰箱的制冷剂中添加了氧化铜纳米颗粒之后，制冷效率几乎提高了3倍！
科学家把这种添加了纳米粉末的流体称为“纳米流体”。
但在流体中添加纳米粉末为何能如此显著地改善流体的导热本领，这至今还是一个悬而未解的问题。
关于流体热传导的经典理论，早在一个多世纪前就由英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦建立了。根据这个理论，当一种液体A中含有杂质B时，流体的热导率是：A的热导率乘以A在流体中的百分比，B的热导率乘以B在流体中的百分比，然后两者相加；甚至跟杂质的颗粒大小都没有关系。
在纳米流体中，纳米粉末比起流体来，一般量是很少的，所以按这一理论，添加纳米粉末对改善流体的热导率所起的作用应该微不足道，但纳米流体的表现却出乎人的预料。
那么，在纳米的尺度上，究竟发生了什么意想不到的事情呢？
第一种解释涉及布朗运动。我们在中学化学中都学过布朗运动。布朗运动是像花粉、尘埃这样一些固体颗粒在周围液体或气体分子频繁的碰撞下所做的无规则运动。但要想做布朗运动，颗粒不能太大，否则动不起来。因为纳米颗粒的质量仅相当于一个大分子的质量，所以它在流体中也做布朗运动，而微米颗粒就因太大而动弹不了。我们知道，当液体中没有纳米颗粒时，热量是完全靠液体分子的相互碰撞来传递的，添加了纳米颗粒之后，除了固有的液体分子碰撞，纳米颗粒通过布朗运动碰撞，也能传导一部分热量。根据这一点，有人猜测，在纳米流体中，正是纳米颗粒的布朗运动，可能加速了热量的传递。
另一种解释是这样：当流体在管道内流动的时候，越靠近管道壁的地方，流体流速越慢，甚至形成一层静止层（这跟河水越靠近两岸，流速越慢是一个道理）。这个静止层如果足够厚，就可能起到绝缘的作用，阻碍了管道壁内外两侧的热交换。流体中纳米粒子的存在则有助于把这一静止层变薄，这就加速了热量的交换。当然，这个解释对还是错，还有待今后的实验检验。
纳米流体
创造惊人的财富
让我们且把理论问题撇给科学家，先来预先享受一下这个发现的前景吧。
好处似乎是显而易见的。美国和欧洲的科学家正在联合研制一种用纳米流体做制冷剂的新型空调，目前已经生产出一个样机。在性能测试中，看来表现不俗，为达到同等的制冷效果，可节能近50%。在美国，单空调的效率提高1%，每年就可以节省3200亿千瓦时的电力，节约30亿美元，减少近1.5亿吨碳排放。现在一下子提高50%，那将节省下多少电，减少多少碳排放啊！
几年前，一位美国科学家还展示，用一种含有石墨烯颗粒的纳米流体替代机动车散热器上的冷却剂，可以把散热效率提高50%。机动车上有了这样一个散热器之后，那么通常装备在车上，用于冷却电子设备的第二个热交换器就可以不需要了。这将使得车身减轻，跑得更快。此外据计算，单散热效率提高10%，在美国每年就可以节省大约19亿吨汽油。
2010年，我国西安交大的一个研究组在家用冰箱的制冷剂中添加了纳米氧化钛之后，发现冰箱至少能节省10%的电力。不知道我国的数据如何，在英国，每年用于冷冻的电力，费用就达12亿英镑。如果每台冰箱都省电10%，那么一年就可节省1.2亿英镑，此外还减少了71万吨的碳排放。
除了节约电力，纳米流体还可以提高火力发电站的发电效率。火力电站是通过用燃料燃烧产生的热量把水加热化为蒸汽，推动涡轮发电的。但直接加热的部位容易一下子变得温度太高，上面的水还没有烧开，底下的水已经汽化了。这些气泡附在壁上，变大之后，会形成一层厚厚的气体层，阻碍热量的吸收，从而降低了燃料的利用率。如果在流体里添加纳米粉末，就能避免气体层的形成，热量会没有阻碍地被水吸收。
此外，在核电站冷却水中添加纳米粉末，还可以使核电站运行更加安全。
不过，纳米流体要进入普通人的生活大概还是一个遥远的梦想。目前，纳米粉末价格昂贵，每克动辄要数百美元。此外，对环境的影响还需考虑。在世界很多国家，每年从机动车上泄漏的冷却剂多达上万吨。如果机动车的冷却剂都换成纳米流体，那就要重新考虑对环境的影响，比如人呼吸进纳米粒子之后会有什么后果等等，而这方面我们迄今还了解得远远不够。
但在另一些重要的场所，纳米流体将很快现身。它们将在节能，减少碳排放等方面做出自己的贡献。
所以你看，有些傻念头可不能小觑呢，大自然经常在我们意想不到的地方显奇迹。