[發明專利]一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統

有效

• 申請號: 201810180349.6
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108483486B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 林紅;張琦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01G21/00
• 分類號: C01G21/00;B82Y30/00
• 代理公司: 11246 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 張文寶

本發明提出一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統，該系統按照工藝流程依序包括前期處理設備、低維單相納米材料合成設備、中期處理設備、納米復合材料合成設備和后期處理設備以及輔助通道。該系統可精準定位低維單相納米材料及其復合材料合成的關鍵環節，通過對不同階段的材料進行處理，改善表面或界面特性，并高精度控制液相合成方法及其工藝條件，可獲得滿足不同需求的小批量、多維度、高品質、良好穩定性、優異各向異性的單相納米材料及其納米復合材料，具有結構簡單、利用率高、用途廣、產品質量高、成本低、可連續化生產等特點。此外，該系統也可用于前驅體溶液的合成、納米復合材料定向生長控制、表面及界面處理、納米器件的組裝。

技術領域

本發明涉及納米復合材料技術領域，特別是涉及一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統。

背景技術

納米材料獨特的表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應，顯示出其優于塊體材料的獨特優勢；而其零維、一維和二維等低維單相納米材料則具有良好的各向異性，由其構建的核殼結構材料、低維構建準三維結構材料和范德瓦爾斯異質結等納米復合材料則具有更加豐富的化學活性、良好的光電特性，也為其應用提供多種可能。但由于微納結構嚴重的團聚、相變、取向分布各異、基體材料/增強相的物化性質存在差異及其復合方式的不相容均導致納米復合材料性能的不穩定，降低此類材料應用價值；而材料的表面或界面特性、合成方法及工藝條件均直接影響其性能。因而，深入研究納米技術有助于全面掌握該類材料的性質并拓寬其應用領域。縱觀納米技術發展，第二代納米技術注重納米材料功能性研究，而第三代納米技術則更加關注對三維納米體系材料的制備、納米尺度和多尺度結構的網狀化生產。與固相、氣相合成反應相比，液相合成納米材料具有設備簡單、工藝可控性強、制造成本低廉、產品性能良好、可實現大規模生產的優勢，因而受到廣泛關注。目前，已有大量液相合成工藝及設備處于在研或小規模應用階段，如水熱反應、離子注入(如熱注入)、共沉積法、陰/陽離子交換(如SILAR法)、包覆法(如化學沉積)、電泳法及相關表面處理工藝等。然而，現行的液相合成體系也存在生產單一、應用范圍局限、連續化和功能化程度低等缺陷。因此，開發一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統顯得尤為重要。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明的目的是提出一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統，以獲得滿足不同需求的小批量、多維度、高品質、良好穩定性、優異各向異性的單相納米材料及其納米復合材料。具體技術方案如下：

本發明提出一種多維度納米復合材料的陣列式液相合成系統，其特征在于：按照工藝流程依序包括前期處理設備、低維單相納米材料合成設備、中期處理設備、復合材料合成設備和后期處理設備以及輔助通道。

可選的，所述前期處理設備通過調節添加液類型、溶液濃度、溫度、pH值等工藝條件，修飾合成材料的表面結構，為納米材料的合成提供適宜的前驅體溶液、材料的界面修飾、合成材料及合成環境。該設備按照工藝流程依序包括攪拌桿、出氣路、進氣路、頂蓋、進料口、抽真空管、加熱棒、粘度計、pH計、電導率計、測溫探頭、外殼、超聲器和出料口。

可選的，所述低維單相納米材料合成設備通過控制添加液類型、溶液濃度、溫度、pH值等溶劑合成條件及外加場類型、電場強度、時間等外加電場條件，控制合成零維、一維或二維等低維單相納米材料的形貌、尺寸、各向異性的合成。該合成設備包括出氣路、進氣路、頂蓋、進料口、抽真空管路、粘度計、引導電極正極、內襯、外殼、注氣口、pH計、快速注液口、測溫探頭、電導率計、基底材料、出料口、引導電極負極、加熱棒和超聲器。

可選的，所述中期處理設備和后期處理設備結構相同，通過調節添加液類型、溶液濃度、溫度、pH值等工藝條件，修飾低維單相納米材料的表面結構，為復合材料合成提供適宜的合成材料及合成環境；此外，可實現對納米材料的清洗及復合材料合成環境的調節。所述設備包括攪拌桿、出氣路、進氣路、頂蓋、進料口、抽真空管路、粘度計、加熱棒、pH計、電導率計、測溫探頭、出料口、超濾膜/濾紙、外殼、過濾隔板和過濾抽真空管路。