[發明專利]一種分級收集納米粒子的設備及方法

有效

• 申請號: 201210521302.4
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN102941349A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 司徒健強;李強柏
• 申請（專利權）人: 湖南光谷納米科技有限公司
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B07B7/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

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本發明涉及一種分級收集納米粒子的設備及方法。

背景技術

納米材料由于受到納米微粒6大基本物理效應的影響，在電、磁、光以及催化、吸附和化學反應性方面表現出特殊性能。因此可廣泛用于粉末冶金、機械零件制造、減摩材料、磁流體、潤滑劑及其制品開發方面。故納米材料因其奇異的電、磁、熱、力、光等特性成為世界研究和關注的焦點，而高質量納米粉的大批量生產更是熱點、重點和難點。目前制備金屬以及合金等材料的納米粉體的方法從大的方面講有物理方法和化學方法，物理方法如：機械合金化法，濺射法，等離子法，激光復合法等制備金屬納米粉。上述物理方法生產率低，產量小，產品純度低，粒度分布不均勻，生產金屬納米的品種單一，不能根據需要隨時按比例同時生產多種成分的復合金屬納米粉材料。化學方法如：電解法、微乳法、化學鍍還原法、羰基熱分解法等，化學法的缺點是產量低工藝控制復雜，批量生產困難，有一定污染性等。

CN1943924A的專利文獻公開了一種閃電氣化金屬絲制備納米粒粒子的方法，該方法利用閃電氣化金屬絲后凝固獲得納米粒子，實現了納米粒子的連續制備，同時，通過采用不同的保護氣獲得純度很高的納米粒子，解決了傳統方法制備時產率低、產量小、產品純度低、粒度不均勻等問題。但是，該方法并不能實現不同粒徑的納米粒子的收集。

納米顆粒由于直徑細小，表現出與宏觀世界完全不同的性質，顆粒之間極易凝聚。這是因為納米顆粒表面原子所處的晶體環境及結合力與內部原子不同，納米粒子表面為原子排列，表面比原子數目多，完全不同于體相的層狀結構，由于大量的孿晶、位錯、層錯等晶體缺陷的存在，導致了大量的懸鍵和不飽和鍵，使顆粒的表面積和表面活性點數目顯著增加，具有不飽和的性質，出現多活化中心，具有很高的化學活性，容易與其他原子相結合而趨于穩定。納米顆粒間存在著有別于常規粒子間的作用能，即納米作用能。納米作用能就是納米顆粒的表面因缺少鄰近配位的原子，而具有很高的活性，這是納米顆粒彼此團聚的內在原因。

引起納米顆粒團聚的原因很多，歸納起來有以下幾個方面：

（1）分子間力、靜電作用、活性高的化學鍵(氫鍵)等通常是引起納米顆粒團聚的因素，在納米顆粒中小尺寸效應和表面效應表現得更為激烈；?

（2）由于納米顆粒的比表面積大，使之與空氣或其他介質接觸后，易吸附氣體等介質或與其作用，導致粘連與團聚；

（3）因其很高的表面能和較大的接觸界面，納米顆粒沒有修飾而暴露時，使晶粒生長的速度加快，因而顆粒尺寸很難保持不變。

專利文獻CN1943924A公開的方法中，由于使用保護氣體包裹的原因，納米顆粒間的團聚多是由于納米顆粒的比表面積大，在與保護氣體接觸后產生的粘連或團聚。因此，在收集時只能收集到團聚的、單一的納米粒子，并不能對不同粒徑的納米粒子進行分級收集，導致獲得的納米粒子單一，品質不高。目前，在納米粒子制備工藝中只存在理論上的利用氣流分級收集，但實際效果并不好或者說根本不能實現有效分級。

因此開發一種產量大、可重復性好、控制簡單的分級收集金屬納米粒子的設備和方法顯得非常重要。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種分級收集納米粒子的設備及方法。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

一種分級收集納米粒子的設備，包括通過管道順次連接的超聲波分散裝置，消磁裝置，氣流自動控制裝置和分級收集系統；所述超聲波分散裝置中設有超聲波發生器；所述消磁裝置中設有由兩塊消磁板構成的交變磁場；所述氣流自動控制裝置的氣流入口端設有風速感應器，氣流出口端設有與風門控制器連接的風門；所述分級收集系統包括多個收集器，所述收集器頂部設有進出氣裝置，所述進出氣裝置一側設有一個沿收集器端口切線方向的進氣管，進出氣裝置頂端設有一個一端伸入收集器內部的出氣管，出氣管伸入收集器的一端為喇叭口。

一種基于上述設備分級收集納米粒子的方法，所述方法是將制備的納米粒子通入超聲波分散裝置進行超聲波分散、然后進入消磁裝置進行磁場消磁，再經過氣流自動控制器處理后進入分級收集系統收集，獲得不同顆徑的納米粒子；其中，所述磁場消磁步驟中的參數為：交流電壓24伏至36伏，頻率23Hz，電流800至1000毫安；所述氣流自動控制步驟中的參數為：溫度≤5度，壓力：0.15Mpa，濕度≤1%，風速：1.2m/S。