CN107557884B - 气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，该气流气泡喷射制备纳米颗粒装置包括盛装有溶液或熔体的储液池、设置在储液池一侧的接收装置、设置在储液池内的气泡发生器、与气泡发生器连接的气体压缩机；气体压缩机将压缩后的气体提供给气泡发生器，气泡发生器对储液池内的溶液或熔体因气流作用形成的气泡进行喷射以形成纳米颗粒，接收装置收集所述纳米颗粒。本气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置结合电喷原理，在气体环境中将熔融状态下的无机物或者满足临界条件的有机物溶液喷射为纳米颗粒，利用负压最大限度地进行接收，从而实现简单易操作并且可制备范围广的纳米颗粒的方法。

Description

气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置

技术领域

本发明涉及一种气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，属于气泡纺领域。

背景技术

纳米颗粒，又称纳米尘埃，指纳米量级的微观颗粒。它被定义为至少在一个维度上小于100纳米的颗粒，包括有机的无机的纳米颗粒，包括一切可溶的物质的纳米颗粒。纳米颗粒具有重要的科学研究价值，它搭起了大块物质和原子、分子之间的桥梁，纳米尺寸上的颗粒功能多样化并且越来越多被应用到。制备纳米颗粒的方法有很多，比如共沉淀法、醇一水法、氧化沉淀法、溶胶一凝胶法、高温热解还原法等化学方法，也有机械球磨法、真空沉积等物理方法。磁控溅射方法也可以用来制备纳米颗粒，但是产量较低。

电喷，即静电雾化，就是利用静电电荷库仑力使液滴破裂成小液滴的过程，是目前制备纳米颗粒的有效方式。在这个过程中，静电力在两个阶段影响着雾化，第一个阶段是在液体从喷孔喷出后，由于喷孔剪切力和气体摩擦的作用而破碎形成喷雾，第二个阶段是在喷出的喷雾液滴在整个喷雾形成过程中，还会由于各种因素的影响发生二次雾化而破碎成小液滴。

气泡静电纺技术是受蜘蛛纺丝原理的灵感而启发创造出来的，应用气泡动力学原理，设计了气泡静电纺装置。在气泡静电纺过程中，若不施加高压电场，则气泡仅受到表而张力作用，其大小由气泡大小与气泡内外压差决定；一旦加载高压电场，溶液中的电荷受到电场诱导，瞬间分布在气泡表面，当电场强度达到阈值时，气泡受到的电场力足以克服气泡表面张力，气泡被拉伸破裂，带电射流瞬间从气泡顶端喷射而出；受熔喷纺丝的影响，气流辅助的静电纺丝技术得到了普遍推广，气流与静电场的共同作用，可提高溶液的可纺性与生产效率，气流辅助作用下的气泡在与静电场的耦合作用下，更易于被拉伸破裂形成射流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，该装置结合电喷原理，在气体环境中将熔融状态下的无机物或者满足临界条件的有机物溶液喷射为纳米颗粒，提高产量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒装置包括盛装有溶液或熔体的储液池、设置在储液池一侧的接收装置、设置在储液池内的气泡发生器、与所述气泡发生器连接的气体压缩机；所述气体压缩机将压缩后的气体提供给所述气泡发生器，所述气泡发生器对所述储液池内的溶液或熔体因气流作用形成的气泡进行喷射以形成纳米颗粒，所述接收装置收集所述纳米颗粒。

进一步地，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置设置有反应腔，所述储液池、接收装置设置在所述反应腔内，所述反应腔与供气装置连通。

进一步地，所述反应腔与供气装置通过导气管连接，所述供气装置向反应腔内提供气体，所述气体不与所述储液池内的溶液或熔体发生化学反应。

进一步地，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置还设置有溶液或熔体制备槽，所述溶液或熔体制备槽通过供液管与所述储液池连接。

进一步地，所述溶液或熔体制备槽内设置有高温装置。

进一步地，所述反应腔内设置有隔离板，所述隔离板将反应腔分割成第一腔室和第二腔室，所述储液池、接收装置设置在第一腔室内，所述溶液或熔体制备槽设置在第二腔室内，所述隔离板上设置有使所述第一腔室和第二腔室连通的开口。

进一步地，所述反应腔内设置有负压装置，所述负压装置和所述储液池相对设置在所述接收装置的两侧。

进一步地，所述反应腔为封闭式，所述反应腔的一侧设置有气体调节阀门。

进一步地，所述储液池的个数大于1个，所述气泡发生器对应所述储液池设置。

进一步地，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置还设置有静电高压装置，所述静电高压装置的一端与气泡发生器连接，另一端与接收装置连接。

本发明的有益效果在于：本气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置结合电喷原理，在气体环境中将熔融状态下的无机物或者满足临界条件的有机物溶液喷射为纳米颗粒，利用负压最大限度地进行接收，从而实现简单易操作并且可制备范围广的纳米颗粒的方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置的结构示意图。

图2为本发明气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置装有静电高压装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例一气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，该气流气泡喷射制备纳米颗粒装置包括盛装有溶液或熔体的储液池9、设置在储液池9一侧的接收装置6、设置在储液池9内的气泡发生器11、与所述气泡发生器11连接的气体压缩机10；气体压缩机10将压缩后的气体提供给气泡发生器11，气泡发生器11对储液池9内的溶液或熔体因气流作用形成的气泡进行喷射以形成纳米颗粒，所述接收装置6收集所述纳米颗粒。

气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置设置有反应腔12，储液池9、接收装置6设置在反应腔12内，反应腔12与供气装置1连通。反应腔12与供气装置1通过导气管连接，供气装置1向反应腔12内提供气体，该气体不与储液池9内的溶液或熔体发生化学反应。反应腔12为封闭式，反应腔12的一侧设置有气体调节阀门7，保证了反应腔12内的气体环境，使得整个反应过程质量得到保证。反应腔12内设置有隔离板8，隔离板8将反应腔12分割成第一腔室(未标号)和第二腔室(未标号)，储液池9、接收装置6设置在第一腔室内，溶液或熔体制备槽3设置在第二腔室内，避免了高温对溶液挥发和气流与负压对溶液或熔体制备槽3部分稳定造成的消极影响。本实施例中，供气装置1与第二腔室通过导气管(未标号)连通，供气装置1通过导气管向反应腔12内输送气体。隔离板8上设置有使第一腔室和第二腔室连通的开口(未标号)，开口的范围为1～50cm，让整个环境中有一定的温度，有助于加快溶剂的挥发。反应腔12内设置有负压装置5，负压装置5和储液池9相对设置在接收装置6的两侧，负压装置5设置在接收装置6的上方，负压装置5在接收装置6的上方产生负压，使得制备的纳米颗粒更好的被收集到接收装置6上。

储液池9的个数不小于1个，气泡发生器11的个数对应储液池9的个数设置，每个气泡发生器11对应一个储液池9。在本实施例中，储液池9的个数为1个，对应的气泡发生器11和气体压缩机10也为1个。诚然，在其他实施例中，储液池9的个数可以为多个，相应的气泡发生器11也随之变化，但气体压缩机10可以为1个，在与气体压缩机10连接的导气管上设置有多个分支，分别通往对应的气泡发生器11和储液池9。在其他实施例中，气体压缩机10也可以为多个，数量随储液池9和气泡发生器11的数量的变化而变化。在本实施例中，储液池9的材质为陶瓷坩埚。但在其他的实施例中，储液池9的材质也可以为塑料或无机玻璃等材质。

气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置还设置有溶液或熔体制备槽3，溶液或熔体制备槽3通过供液管2与储液池9连接。溶液或熔体制备槽3内设置有高温装置4。高温装置4的温度调节范围为大于0且小于5000℃。因为熔体或溶液是熔融状态下的无机物或有机物溶液，需要高温装置4进行调节和控制原料的状态，这样就使得制备的纳米颗粒范围加大并且产量更高，整个装置易于控制。

在本实施例中，供气装置1与反应腔12连接，气泡发生器11与导气管连接并且设置在储液池9的底部，这样储液池9不会发生倒流现象。供气装置1为惰性气体供气瓶，本实施例中，惰性气体为氦气。

本发明气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置的工作原理为：首先，打开气体调节阀门7和氦气供气瓶1，使氦气供气瓶1中的氦气充满整个反应腔12，然后关闭气体调节阀门7。氦气压缩机10直接压缩空气中的气体，然后通过导气管向气泡发生器11内输送气体。再设置高温装置4的温度为1200℃，在此温度下，使得熔体制备槽3中的铜无机物达到熔融状态，通过供液管2穿过隔离板8将熔体导入储液池9中；这时调节氦气压缩机10，先小气流档在气泡发生器11处形成气泡，再调节大气流档对气泡形成喷射作用；最后，在负压装置5的辅助作用下将形成的纳米颗粒收集在接收装置6上。

请参见图二，本实施例二与上述实施例一的区别在于，本实施例中的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置设置有静电高压装置13，在制备收集纳米颗粒的过程中，借助静电高压装置13的静电场作用力进行辅助收集。

综上所述：本气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置结合电喷原理，在气体环境中将熔融状态下的无机物或者满足临界条件的有机物溶液喷射为纳米颗粒，利用负压最大限度地进行接收，从而实现简单易操作并且可制备范围广的纳米颗粒的方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒装置包括盛装有溶液或熔体的储液池、设置在储液池一侧的接收装置、设置在储液池内的气泡发生器、与所述气泡发生器连接的气体压缩机；所述气体压缩机将压缩后的气体提供给所述气泡发生器，所述气泡发生器对所述储液池内的溶液或熔体因气流作用形成的气泡进行喷射以形成纳米颗粒，所述接收装置收集所述纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置设置有反应腔，所述储液池、接收装置设置在所述反应腔内，所述反应腔与供气装置连通。

3.如权利要求2所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述反应腔与供气装置通过导气管连接，所述供气装置向反应腔内提供气体，所述气体不与所述储液池内的溶液或熔体发生化学反应。

4.如权利要求3所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置还设置有溶液或熔体制备槽，所述溶液或熔体制备槽通过供液管与所述储液池连接。

5.如权利要求4所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述溶液或熔体制备槽内设置有高温装置。

6.如权利要求4所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述反应腔内设置有隔离板，所述隔离板将反应腔分割成第一腔室和第二腔室，所述储液池、接收装置设置在第一腔室内，所述溶液或熔体制备槽设置在第二腔室内，所述隔离板上设置有使所述第一腔室和第二腔室连通的开口。

7.如权利要求2所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述反应腔内设置有负压装置，所述负压装置和所述储液池相对设置在所述接收装置的两侧。

8.如权利要求2所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述反应腔为封闭式，所述反应腔的一侧设置有气体调节阀门。

9.如权利要求1所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述储液池的个数大于1个，所述气泡发生器对应所述储液池设置。

10.如权利要求1至9项中任意一项所述的气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置，其特征在于，所述气流气泡喷射制备纳米颗粒的装置还设置有静电高压装置，所述静电高压装置的一端与气泡发生器连接，另一端与接收装置连接。