[發(fā)明專利]納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置

無效

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• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN102050425A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王平;康向東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 張志偉

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉體納米復(fù)合材料制備裝置，具體為一種納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置。

背景技術(shù)

納米科技的興起是當(dāng)代自然科學(xué)的標(biāo)志性進(jìn)展之一。就材料學(xué)和固體物理學(xué)定義，尺寸小于100納米的顆粒即屬納米材料范疇，此時材料表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子耦合效應(yīng)等常規(guī)體相材料不具備的特性。利用納米材料獨特的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化性能來發(fā)展新型功能材料與器件是當(dāng)前材料、化學(xué)、化工、生物、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域的前沿?zé)狳c。

納米催化是納米技術(shù)的重要分支。納米顆粒/團(tuán)簇?fù)碛懈弑砻?體相原子比，表面原子因配位飽和度低而具有高反應(yīng)活性，導(dǎo)致納米顆粒的催化活性遠(yuǎn)高于體相材料。納米催化技術(shù)具有極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，但依應(yīng)用領(lǐng)域和反應(yīng)類型不同，其發(fā)展現(xiàn)狀迥異。在石油化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域，應(yīng)用負(fù)載型納米催化劑催化多種氣相、液相反應(yīng)已得到工業(yè)化應(yīng)用；而對于主要涉及固相或固/氣反應(yīng)的粉體材料，多相納米催化尚處于應(yīng)用基礎(chǔ)研究階段，其中一個重要原因在于缺乏成熟的納米復(fù)合材料制備技術(shù)。目前，制備粉體納米復(fù)合材料的技術(shù)手段主要包括濕化學(xué)法和機(jī)械球磨法，而采用的前驅(qū)體添加相為過渡金屬化合物或元素態(tài)過渡金屬粉末。采用濕化學(xué)法或有機(jī)化合物前驅(qū)體時，可制得納米團(tuán)簇均勻分布的復(fù)合材料，但同時會在體系中引入相當(dāng)量的有機(jī)配體，造成體系加熱過程中產(chǎn)生碳?xì)浠衔镂廴疚铮徊捎脽o機(jī)化合物前驅(qū)體時，添加相多與基體材料反應(yīng)生成雜質(zhì)相，對復(fù)合材料的功能性帶來負(fù)面影響；直接采用過渡金屬粉末與基體相混合球磨雖可解決上述問題，但受限于球磨技術(shù)自身局限性，難于獲得理想的納米相復(fù)合結(jié)構(gòu)(復(fù)合相顆粒大，彌散分布程度低)，導(dǎo)致復(fù)合材料性能欠佳。綜合上述分析，發(fā)展適用于粉體材料的高效、無污染納米顆粒復(fù)合技術(shù)是納米技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一個關(guān)鍵課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置。該裝置結(jié)合運用離子束/磁控濺射和反彈盤技術(shù)來制備納米粒子，并實現(xiàn)納米粒子與粉體材料的原位相復(fù)合，該技術(shù)/裝置普遍適用于制備各種粉體納米復(fù)合材料，具有制備效率高、可調(diào)控納米復(fù)合相結(jié)構(gòu)、制得復(fù)合材料無污染物等技術(shù)特點，在能源材料領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，該裝置包括納米顆粒制備系統(tǒng)、納米顆粒/粉體材料復(fù)合系統(tǒng)及進(jìn)樣/取樣系統(tǒng)，其中：

納米顆粒制備系統(tǒng)設(shè)有真空室、離子源、轉(zhuǎn)靶，離子源一端伸入真空室內(nèi)，轉(zhuǎn)靶設(shè)置于真空室內(nèi)、與離子源的濺射方向相對應(yīng)，離子源另一端連有離子源電源和高純氬氣體鋼瓶；

復(fù)合系統(tǒng)設(shè)有反彈盤，反彈盤設(shè)置于真空室內(nèi)的下方，與轉(zhuǎn)靶反射的方向相對應(yīng)；

進(jìn)樣/取樣系統(tǒng)設(shè)有手套操作箱，真空室一側(cè)的密封艙門伸到手套操作箱中，手套操作箱上連有機(jī)械泵、循環(huán)凈化系統(tǒng)和高純惰性氣體鋼瓶。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，反彈盤驅(qū)動采用機(jī)械、壓電陶瓷振蕩或電磁激勵模式。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，反彈盤采用機(jī)械、壓電陶瓷振蕩或電磁激勵，反彈盤在濺射過程可軸向震動、軸向小角度傾轉(zhuǎn)或徑向往復(fù)運動，具有多維/多模式運動特征。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，真空室上連有分子泵和機(jī)械泵。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，密封艙門所在的真空室開口處設(shè)有樣品傳輸機(jī)構(gòu)，可往復(fù)移動的樣品傳輸機(jī)構(gòu)分別與手套操作箱和反彈盤相對應(yīng)。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，離子源伸入真空室內(nèi)的一端前部設(shè)置離子源擋板。

所述的納米粒子制備及與粉體材料原位復(fù)合裝置，真空室內(nèi)設(shè)有紅外加熱單元。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明裝置結(jié)合運用離子束濺射或磁控濺射技術(shù)和反彈盤技術(shù)，在制備納米粒子的同時完成納米粒子與粉體材料的原位相復(fù)合，實現(xiàn)無污染粉體納米復(fù)合材料制備。

2、本發(fā)明采用離子束濺射或磁控濺射過渡金屬靶材可以用于制備過渡金屬納米粒子。

3、本發(fā)明采用反彈盤技術(shù)實現(xiàn)納米粒子與粉體材料的原位相復(fù)合，避免在催化相復(fù)合過程中引入有害雜質(zhì)。

4、本發(fā)明裝置配備手套操作箱，用于提供進(jìn)樣、取樣及后續(xù)樣品操作過程中的無污染操作環(huán)境。

5、本發(fā)明提供的裝置具有制備效率高、可調(diào)控納米復(fù)合相結(jié)構(gòu)、制得復(fù)合材料無污染物等技術(shù)特點，普遍適用于制備各種粉體納米復(fù)合材料，在能源材料領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。