[發明專利]納米顆粒材料的連續性、批量化的制備方法和制備裝置

有效

• 申請號: 201710884315.0
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN109553107B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 邱新平;張文廣;馬天翼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03;C01B33/029;H01M4/38;B01J13/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 夏東棟;錢程

1.一種納米顆粒材料的連續性、批量化的制備方法，所述納米顆粒材料為包覆材料或者中空材料，包覆材料由納米尺寸的核材料和納米尺寸的殼材料構成，中空材料為去除核材料后的殼材料，其特征在于，該方法包括：

步驟（1）：通過預熱使核材料的溫度達到第一溫度；

步驟（2）：通過預熱使所述殼材料的前驅體的溫度達到第二溫度，該第二溫度比所述殼材料的前驅體的反應溫度低；

步驟（3）：通過預熱使流化氣的溫度達到第三溫度；

步驟（4）：將預熱后的核材料加入反應器，持續通入流化氣使核材料處于流化狀態，并將流化狀態的核材料加熱至比所述殼材料的前驅體的反應溫度高的第四溫度；以及

步驟（5）：再通入所述殼材料的前驅體，確保了核材料充分均勻的分散在所述殼材料的前驅體中以反應生成所述包覆材料，

其中，所述殼材料的前驅體是氣體，

其中，在所述殼材料的前驅體的反應溫度為T0時，所述第一溫度和所述第三溫度為T0-100°C至T0°C，

其中，所述核材料是納米或微米級的金屬碳酸鹽，所述殼材料的前驅體是指包括含硅元素的化合物或混合物，包括：硅烷、三氯氫硅、二氯氫硅、四氯化硅及它們與氫氣的混合物中的至少一種或其組合。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括步驟（6）：反應完成后，通過流化氣將包覆材料從反應器側面吹出；

步驟（4）中預熱后的核材料是連續或分批加入的。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括步驟（7）：將所得的包覆材料與能夠與所述核材料反應的試劑進行反應以去除所述核材料，從而得到所述中空材料。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，該方法進一步包括：反應過程中產生的氣體、未反應的殼材料前驅體以及流化氣中的至少一種可以經多級納米過濾器過濾后進入氣體循環系統并返回反應器中。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述核材料參與或不參與反應；所述殼材料由單一前驅體發生分解反應得到，或者由兩種以上的前驅體相互反應得到。

6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述核材料的粒徑是1 nm至1 μm之間。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述核材料的粒徑是10 nm至200 nm之間。

8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述核材料的粒徑是30 nm至80 nm之間。

9.根據權利要求1所述的方法，其中，通入流化氣的時間為0.5h-5h，所述流化氣的速率為0.5L/min?cm2-1.5L/min?cm2；通入殼材料前驅體的時間為0.1h-3h，所述前驅體的速率為0.01L/min?cm2-0.03L/min?cm2。

10.根據權利要求1所述的方法，其中，初始通入的所述流化氣為惰性氣體。

11.根據權利要求1所述的方法，其中，處于流化狀態的核材料根據所處的流化的高度不同而被加熱到幾個不同的溫度；處于流化狀態的核材料自下而上被加熱的溫度越來越高。

12.根據權利要求1所述的方法，其中，所述核材料是選自碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鎂、碳酸鈣中的至少一種或其組合，其粒徑在10 nm至200 nm之間。

13.根據權利要求1所述的方法，其中，所述殼材料前驅體為硅烷氣，初始通入的流化氣選擇氮氣或氬氣，預熱后的硅烷氣、流化氣溫度均控制在300°C至400 °C之間。

14.根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬碳酸鹽的溫度在410至850 °C之間。