RU196297U1 - DEVICE FOR PRODUCING A WATER DISPERSION OF NANOPARTICLES - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к металлургии, а именно к технологии изготовления водной дисперсии наночастиц токопроводящих материалов с помощью высоковольтных импульсных разрядов, и может быть использована в медицине, биологии и порошковой металлургии. Устройство, содержащее генератор (1) высоковольтных электрических импульсов, разрядную камеру (2) с проточной жидкостью, в которой размещены соосно смонтированные токопроводящие электроды (3) и (4) с образованием межэлектродного промежутка (А), устройство (7) стабилизации межэлектродного промежутка и оптический датчик (8), выполненный с возможностью контроля положения торцевой части первого электрода (3) и соединенный с первым входом устройства (7) стабилизации, первый выход которого связан с приводом (6), выполненным с возможностью продольного перемещения первого электрода (3), согласно полезной модели, устройство снабжено вторым оптическим датчиком (9) и вторым приводом (5), выполненным с возможностью продольного перемещения второго электрода (4), при этом второй датчик (9) выполнен с возможностью контроля положения торцевой части второго электрода (4) и соединен со вторым входом устройства (7) стабилизации, второй выход которого связан со вторым приводом (5), причем устройство (7) стабилизации выполнено с возможностью формирования независимых друга от друга сигналов на включение приводов (5) и (6) перемещения электродов (3) и (4), а оба электрода (3) и (4) выполнены в виде длинных тонких стержней. Повышен ресурс при поддержании постоянными характеристик генерируемых наночастиц за счет обеспечения длительной непрерывной работы устройства и поддержания постоянными характеристик разрядного промежутка.The utility model relates to metallurgy, and in particular to the technology of manufacturing an aqueous dispersion of nanoparticles of conductive materials using high-voltage pulsed discharges, and can be used in medicine, biology, and powder metallurgy. A device containing a generator (1) of high-voltage electrical pulses, a discharge chamber (2) with flowing fluid, in which coaxially mounted conductive electrodes (3) and (4) are placed to form an electrode gap (A), a device (7) for stabilizing the electrode gap and an optical sensor (8), configured to control the position of the end part of the first electrode (3) and connected to the first input of the stabilization device (7), the first output of which is connected to the drive (6), made with the possibility of longitudinal moving the first electrode (3), according to a utility model, the device is equipped with a second optical sensor (9) and a second drive (5) configured to longitudinally move the second electrode (4), while the second sensor (9) is configured to control the position of the end part of the second electrode (4) and connected to the second input of the stabilization device (7), the second output of which is connected to the second drive (5), and the stabilization device (7) is configured to generate independent signals from each other to turn on odes (5) and (6) move the electrodes (3) and (4), and both electrodes (3) and (4) are made in the form of long thin rods. The resource is increased while maintaining the constant characteristics of the generated nanoparticles by ensuring long continuous operation of the device and maintaining constant characteristics of the discharge gap.

Description

Полезная модель относится к металлургии, а именно к технологии изготовления водной дисперсии наночастиц токопроводящих материалов с помощью высоковольтных импульсных разрядов, и может быть использовано в медицине, биологии и порошковой металлургии.The utility model relates to metallurgy, and in particular to the technology of manufacturing an aqueous dispersion of nanoparticles of conductive materials using high-voltage pulsed discharges, and can be used in medicine, biology, and powder metallurgy.

Известны способ и устройство для изготовления металлического нанопорошка в жидкой среде с использованием низковольтного импульсного электродугового разряда, RU 2604283 С2, опубл. 10.12.2016.A known method and device for the manufacture of metal nanopowder in a liquid medium using a low voltage pulsed electric arc discharge, RU 2604283 C2, publ. 12/10/2016.

Два электрода устанавливают в емкости с жидкой средой, подают на них импульсное напряжение, в результате образовывается плазма в жидкой среде, и из материала электродов формируются наночастицы, которые выпадают в осадок. Один из электродов устанавливают на механическом вибраторе с возможностью возвратно-поступательного движения по всей длине второго электрода, закрепленного у дна емкости с жидкой средой. На электроды подают двухполярные импульсы от генератора низкого напряжения, при этом электроды осуществляют принудительное замыкание и разрыв электрической цепи. Синусоидально изменяют разрядный промежуток между электродами для обеспечения генерации сильноточного разряда между электродами.Two electrodes are installed in a container with a liquid medium, a pulse voltage is applied to them, as a result, a plasma is formed in the liquid medium, and nanoparticles are formed from the material of the electrodes, which precipitate. One of the electrodes is mounted on a mechanical vibrator with the possibility of reciprocating movement along the entire length of the second electrode, fixed at the bottom of the tank with a liquid medium. Bipolar pulses from the low voltage generator are supplied to the electrodes, while the electrodes carry out a forced circuit and an open circuit. The discharge gap between the electrodes is sinusoidally changed to ensure the generation of a high-current discharge between the electrodes.

Недостатком известного технического решения является отсутствие постоянного проточного движения жидкости через камеру, в результате чего в камере накапливаются продукты эрозии электродов, которые влияют на условия разряда и параметры конечного продукта. Установка также имеет невысокий ресурс, т.к. взаимное возвратно-поступательное движение электродов друг относительно друга вызывает их быстрый износ. Кроме того, требуется периодическая, довольно частая, остановка для замены изношенных электродов, т.е. не обеспечивается длительная непрерывная работа установки.A disadvantage of the known technical solution is the lack of constant fluid flow through the chamber, as a result of which erosion products of the electrodes accumulate in the chamber, which affect the discharge conditions and parameters of the final product. The installation also has a low resource, because mutual reciprocating motion of the electrodes relative to each other causes their rapid wear. In addition, a periodic, rather frequent, stop is required to replace worn electrodes, i.e. long continuous operation of the installation is not ensured.

Известно устройство для изготовления наночастиц токопроводящих материалов в виде суспензий с помощью электрических разрядов, RU 94492 U1, опубл. 27.05.2010. В камере с рабочей жидкостью смонтированы два электрода, один из которых имеет возможность продольного перемещения, второй электрод вращается и совершает реверсивные поперечные движения, образуя разрядный промежуток. Между электродами осуществляют периодические импульсные электрические разряды, генерирующие наночастицы. Электроды электрически связаны через колебательный контур, который позволяет каждый разрядный импульс модулировать по частоте, что обеспечивает стабилизацию параметров электродугового процесса в разрядном промежутке.A device for the manufacture of nanoparticles of conductive materials in the form of suspensions using electric discharges, RU 94492 U1, publ. 05/27/2010. Two electrodes are mounted in the chamber with the working fluid, one of which has the possibility of longitudinal movement, the second electrode rotates and performs reverse transverse movements, forming a discharge gap. Between the electrodes carry out periodic pulsed electrical discharges generating nanoparticles. The electrodes are electrically connected through an oscillatory circuit, which allows each discharge pulse to be modulated in frequency, which ensures stabilization of the parameters of the electric arc process in the discharge gap.

К недостаткам данного устройства относятся:The disadvantages of this device include:

- низкая производительность, обусловленная малым межэлектродным промежутком, в котором происходит застой насыщенного гидрозоля и дестабилизируется поступление в рабочую жидкость наночастиц;- low productivity due to the small interelectrode gap in which the saturated hydrosol stagnates and the entry of nanoparticles into the working fluid is destabilized;

- невысокое качество конечного продукта, обусловленное сложностью контроля насыщения рабочей жидкости наночастицами по изменению цвета гидрозоля. Кроме того, фиксация изменения разрядного промежутка по показаниям счетчика импульсов недостаточна для получения монодисперсных наночастиц, так как эти показания снимаются при существенном изменении условий формирования разряда и, соответственно, параметров наночастиц; малые размеры межэлектродного промежутка значительно повышают требования к системе его стабилизации, так как необходимо фиксировать и отрабатывать микронные изменения;- low quality of the final product, due to the complexity of controlling the saturation of the working fluid with nanoparticles by changing the color of the hydrosol. In addition, fixing the change in the discharge gap according to the readings of the pulse counter is insufficient to obtain monodisperse nanoparticles, since these readings are taken with a significant change in the conditions for the formation of the discharge and, accordingly, the parameters of the nanoparticles; the small dimensions of the interelectrode gap significantly increase the requirements for its stabilization system, since it is necessary to record and practice micron changes;

- невысокий ресурс и отсутствие возможности непрерывной работы из-за возникновения гидродинамических воздействий, разрушающих поверхности электродов, а также ввиду необходимости частой замены рабочей жидкости и электродов.- low resource and the lack of the possibility of continuous operation due to the occurrence of hydrodynamic effects that destroy the surfaces of the electrodes, and also because of the need for frequent replacement of the working fluid and electrodes.

Известно устройство для изготовления наночастиц токопроводящих материалов, содержащее камеру с проточной водой, два электрода в конфигурации острие - плоскость, один из которых неподвижный (плоскость), а второй (острие) имеет привод для автоматической подачи с переменной скоростью. Устройство имеет блок генерации высоковольтных импульсов, средство для регулирования межэлектродного промежутка на основе сравнения токов, протекающих в первичной и вторичной обмотках трансформатора, и блок управления приводом, RU 2262487 С1, опубл. 20.10.2005.A device for the manufacture of nanoparticles of conductive materials, containing a chamber with running water, two electrodes in the configuration of the tip is a plane, one of which is stationary (plane), and the second (tip) has a drive for automatic feeding with variable speed. The device has a high-voltage pulse generating unit, a means for regulating the interelectrode gap based on a comparison of the currents flowing in the primary and secondary windings of the transformer, and a drive control unit, RU 2262487 C1, publ. 10/20/2005.

Недостатком известного устройства является нестабильность процесса функционирования из-за неравномерного эрозионного износа электродов, что вызывает существенные изменения условий формирования разряда и приводит к затуханию дуги или к короткому замыканию межэлектродного промежутка, а также служит причиной разброса размера получаемых наночастиц, имеющих различные физические свойства и служебные характеристики.A disadvantage of the known device is the instability of the functioning process due to uneven erosion of the electrodes, which causes significant changes in the conditions for the formation of the discharge and leads to arc decay or short circuit of the interelectrode gap, and also causes a spread in the size of the resulting nanoparticles having different physical properties and service characteristics .

Основным недостатком известного устройства является невысокий ресурс, обусловленный износом неподвижного электрода при длительном воздействии высоковольтных импульсных разрядов. Это ограничивает возможность непрерывной работы устройства, снижает производительность, так как требуется частая замена неподвижного электрода.The main disadvantage of the known device is its low resource due to the wear of the fixed electrode during prolonged exposure to high-voltage pulse discharges. This limits the possibility of continuous operation of the device, reduces productivity, since frequent replacement of the stationary electrode is required.

Известны способ и устройство изготовления наночастиц токопроводящих материалов, RU 2272697 С1, опубл. 27.03.2006. Известное устройство выбрано в качестве прототипа по технической сущности и числу совпадающих признаков.A known method and device for the manufacture of nanoparticles of conductive materials, RU 2272697 C1, publ. 03/27/2006. The known device is selected as a prototype according to the technical nature and the number of matching features.

Известное устройство содержит генератор высоковольтных электрических импульсов, разрядную камеру с проточной жидкостью, в которой размещены соосно смонтированные токопроводящие электроды, один из которых выполнен в виде стержня и является подвижным, а второй выполнен в виде плоскости и является неподвижным; между электродами образован межэлектродный промежуток. Известное устройство содержит также устройство стабилизации (контроллер) межэлектродного промежутка и оптический датчик, выполненный с возможностью контроля положения торцевой части подвижного электрода и соединенный с первым входом устройства стабилизации, выход которого связан с приводом, выполненным с возможностью продольного перемещения подвижного электрода. Известное устройство также содержит два датчика температуры для измерения температуры жидкости на входе и выходе из камеры; температуру поддерживают в заданных пределах, изменяя расход жидкости, проходящей через камеру.The known device comprises a generator of high-voltage electrical pulses, a discharge chamber with flowing fluid, in which coaxially mounted conductive electrodes are placed, one of which is made in the form of a rod and is movable, and the second is made in the form of a plane and is stationary; an interelectrode gap is formed between the electrodes. The known device also contains a stabilization device (controller) of the interelectrode gap and an optical sensor configured to control the position of the end part of the movable electrode and connected to the first input of the stabilization device, the output of which is connected to a drive configured to longitudinally move the movable electrode. The known device also contains two temperature sensors for measuring the temperature of the liquid at the inlet and outlet of the chamber; the temperature is maintained within predetermined limits by changing the flow rate of the fluid passing through the chamber.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- нестабильность характеристик генерируемых наночастиц и изменение структуры и чистоты изготавливаемой суспензии, вызванные нестабильностью условий формирования разряда и характеристик разрядного промежутка, из-за неравномерного эрозионного износа неподвижного плоскостного электрода, который срабатывается с образованием лунки. Использование для поддержания постоянными условий формирования разряда регулирования потока проходящей жидкости, в зависимости от температуры жидкости на входе и выходе камеры, неэффективно, т.к. приходится отслеживать незначительные изменения характеристик разрядного промежутка;- the instability of the characteristics of the generated nanoparticles and the change in the structure and purity of the manufactured suspension, caused by the instability of the conditions for the formation of the discharge and the characteristics of the discharge gap, due to uneven erosion wear of the stationary planar electrode, which is triggered with the formation of the hole. Using to maintain constant conditions for the formation of a discharge, regulating the flow of passing liquid, depending on the temperature of the liquid at the inlet and outlet of the chamber, is inefficient, you have to track minor changes in the characteristics of the discharge gap;

- невысокий ресурс, обусловленный необходимостью частой замены неравномерно изношенного неподвижного электрода при длительном воздействии высоковольтных импульсных разрядов, что требуется для поддержания постоянными характеристик разрядного промежутка. Это ограничивает возможность непрерывной работы устройства и снижает производительность устройства.- low resource due to the need for frequent replacement of unevenly worn stationary electrode during prolonged exposure to high-voltage pulse discharges, which is required to maintain constant characteristics of the discharge gap. This limits the possibility of continuous operation of the device and reduces the performance of the device.

В основу предлагаемого устройства положено решение задачи повышения ресурса при поддержании постоянными характеристик генерируемых наночастиц, структуры и чистоты изготавливаемой водной дисперсии за счет обеспечения длительной непрерывной работы устройства и поддержания постоянными характеристик разрядного промежутка.The basis of the proposed device is the solution to the problem of increasing the resource while maintaining constant characteristics of the generated nanoparticles, structure and purity of the produced aqueous dispersion by ensuring long-term continuous operation of the device and maintaining constant characteristics of the discharge gap.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для изготовления водной дисперсии наночастиц, содержащее генератор высоковольтных электрических импульсов, разрядную камеру с проточной жидкостью, в которой размещены два соосно смонтированных токопроводящих электрода с образованием межэлектродного промежутка, устройство стабилизации межэлектродного промежутка и оптический датчик, выполненный с возможностью контроля положения торцевой части первого электрода и соединенный с первым входом устройства стабилизации, первый выход которого связан с приводом, выполненным с возможностью продольного перемещения первого электрода, согласно полезной модели, устройство снабжено вторым оптическим датчиком и вторым приводом, выполненным с возможностью продольного перемещения второго электрода, при этом второй датчик выполнен с возможностью контроля положения торцевой части второго электрода и соединен со вторым входом устройства стабилизации, второй выход которого связан со вторым приводом, причем устройство стабилизации выполнено с возможностью формирования независимых друга от друга сигналов на включение приводов перемещения электродов, а оба электрода выполнены в виде длинных тонких стержней.The problem is solved due to the fact that the device for the manufacture of an aqueous dispersion of nanoparticles containing a high-voltage electric pulse generator, a discharge chamber with flowing liquid, in which two coaxially mounted conductive electrodes are placed with the formation of an interelectrode gap, an interelectrode gap stabilization device and an optical sensor made with the ability to control the position of the end part of the first electrode and connected to the first input of the stabilization device, the first in the output of which is associated with a drive made with the possibility of longitudinal movement of the first electrode, according to a utility model, the device is equipped with a second optical sensor and a second drive made with the possibility of longitudinal movement of the second electrode, while the second sensor is configured to control the position of the end part of the second electrode and is connected with the second input of the stabilization device, the second output of which is connected with the second drive, and the stabilization device is configured to of Independent from each other by drive signals to switch displacement electrode, and both electrodes are in the form of long thin rods.

Предпочтительно, оптические датчики установлены так, что их оптические оси параллельны и разнесены на расстояние, равное межэлектродному промежутку, при этом оптические оси датчиков перпендикулярны соосно смонтированным электродам и пересекают их в области торцевых частей электродов; причем устройство может быть снабжено тубусом, установленным между камерой и оптическими датчиками, при этом в стенке камеры и в крышке тубуса выполнены узкие светопропускающие отверстия, оси которых совпадают с оптическими осями датчиков.Preferably, the optical sensors are mounted so that their optical axes are parallel and spaced at a distance equal to the interelectrode gap, while the optical axes of the sensors are perpendicular to the coaxially mounted electrodes and intersect them in the region of the end parts of the electrodes; moreover, the device can be equipped with a tube installed between the camera and optical sensors, while narrow light-transmitting holes are made in the chamber wall and in the cover of the tube, the axes of which coincide with the optical axes of the sensors.

Электроды могут быть выполнены в виде токопроводящих капиллярных трубок, при этом электроды могут быть выполнены с возможностью подачи в межэлектродный промежуток газа или жидкости.The electrodes can be made in the form of conductive capillary tubes, while the electrodes can be configured to supply gas or liquid into the interelectrode gap.

Снабжение устройства двумя электродами в виде тонких стержней (острийными) обусловливает хорошую симметрию электрического поля, благодаря равенству площадей торцевых поверхностей электродов, выполненных, в частности, из проволоки одного диаметра. Малый диаметр электродов (~1 мм) приводит к искажению поля, повышая его напряженность у эмитирующей поверхности, тем самым способствуя получению монодисперсных наночастиц. Благодаря выполнению обоих электродов подвижными, с автономными приводами, обеспечивается их продольное перемещение независимо друг от друга, что позволяет стабилизировать межэлектродный промежуток и компенсировать разный эрозионный износ. Благодаря выполнению электродов в виде длинных тонких стержней (в частности, мотков проволоки) не требуется частая замена изношенных электродов, т.к. взамен изношенного торца электрода в разрядный промежуток подается следующая часть стержня. Таким образом, время непрерывной работы устройства увеличивается, фактически оно ограничивается длиной смотанной проволоки. Благодаря осуществлению контроля положения торца каждого из электродов с помощью оптической схемы отслеживания осуществляется автоматическая подача каждого электрода в зависимости от его изношенности, что позволяет поддерживать характеристики межэлектродного промежутка и условия формирования разряда постоянными. При этом обеспечивается стабильность характеристик генерируемых наночастиц, а также структуры и чистоты изготавливаемой их водной дисперсии. Таким образом, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для решения поставленной задачи -повышения ресурса при поддержании постоянными характеристик генерируемых наночастиц, структуры и чистоты изготавливаемой водной дисперсии за счет обеспечения длительной непрерывной работы устройства и поддержания постоянными характеристик разрядного промежутка.The supply of the device with two electrodes in the form of thin rods (pointed) determines good symmetry of the electric field, due to the equality of the areas of the end surfaces of the electrodes, made, in particular, of wire of the same diameter. The small diameter of the electrodes (~ 1 mm) leads to a distortion of the field, increasing its intensity at the emitting surface, thereby contributing to the production of monodisperse nanoparticles. Due to the implementation of both electrodes movable, with self-contained drives, their longitudinal movement is ensured independently of each other, which allows to stabilize the interelectrode gap and compensate for different erosive wear. Due to the implementation of the electrodes in the form of long thin rods (in particular, coils of wire), frequent replacement of worn electrodes is not required, because instead of the worn end of the electrode, the next part of the rod is fed into the discharge gap. Thus, the continuous operation time of the device increases, in fact, it is limited by the length of the coiled wire. By monitoring the position of the end face of each of the electrodes using an optical tracking circuit, each electrode is automatically supplied depending on its wear and tear, which allows the characteristics of the interelectrode gap and the conditions for the formation of the discharge to be maintained constant. This ensures the stability of the characteristics of the generated nanoparticles, as well as the structure and purity of the manufactured aqueous dispersion. Thus, each essential feature is necessary, and their combination in a stable relationship is sufficient to solve the stated problem of increasing the resource while maintaining constant characteristics of the generated nanoparticles, structure and purity of the produced aqueous dispersion by ensuring long-term continuous operation of the device and maintaining constant characteristics of the discharge gap.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

- на Фиг. 1 - блок-схема устройства для изготовления водной дисперсии наночастиц;- in FIG. 1 is a block diagram of a device for manufacturing an aqueous dispersion of nanoparticles;

- на Фиг. 2 - кинематическая схема устройства для изготовления водной дисперсии наночастиц.- in FIG. 2 is a kinematic diagram of a device for manufacturing an aqueous dispersion of nanoparticles.

Устройство для изготовления водных дисперсий наночастиц содержит генератор 1 высоковольтных электрических импульсов, разрядную камеру 2 с проточной жидкостью, в частности, дистиллированной водой, в которой размещены соосно смонтированные подсоединенные к генератору 1 токопроводящие электроды 3 и 4 с образованием межэлектродного промежутка А. Электроды 3 и 4 связаны с приводами 6 и 5, выполненными с возможностью продольного перемещения электродов 3 и 4, соответственно. В качестве приводов 5 и 6 использованы шаговые двигатели. Управление приводами 5 и 6 осуществляют устройством 7 стабилизации межэлектродного промежутка. Контроль положения торцевых частей электродов 3 и 4 осуществляют с помощью оптических датчиков 8 и 9, соединенных с входами устройства 7 стабилизации, выходы которого соединены с приводами 6 и 5, выполненными с возможностью независимого друг от друга продольного перемещения электродов 3 и 4, соответственно. Электроды 3 и 4 выполнены в виде длинных тонких стержней, в частности, из проволоки из токопроводящих материалов диаметром 0,5-1,2 мм.A device for the manufacture of aqueous dispersions of nanoparticles contains a generator 1 of high-voltage electrical pulses, a discharge chamber 2 with a flowing liquid, in particular distilled water, in which are placed coaxially mounted conductive electrodes 3 and 4 connected to the generator 1 with the formation of the interelectrode gap A. Electrodes 3 and 4 connected to the actuators 6 and 5, made with the possibility of longitudinal movement of the electrodes 3 and 4, respectively. As drives 5 and 6, stepper motors are used. Drives 5 and 6 are controlled by the device 7 for stabilizing the interelectrode gap. The position of the end parts of the electrodes 3 and 4 is monitored using optical sensors 8 and 9 connected to the inputs of the stabilization device 7, the outputs of which are connected to the drives 6 and 5, made with the possibility of independent longitudinal movement of the electrodes 3 and 4, respectively. The electrodes 3 and 4 are made in the form of long thin rods, in particular, from a wire of conductive materials with a diameter of 0.5-1.2 mm.

Оптические датчики 8 и 9, в частности, выполнены в виде фотодиодов, которые установлены так, что их оптические оси параллельны и разнесены на расстояние А, равное межэлектродному промежутку, при этом оптические оси датчиков 8 и 9 перпендикулярны соосно смонтированным электродам 3 и 4 и пересекают их в области торцевых частей электродов.The optical sensors 8 and 9, in particular, are made in the form of photodiodes, which are mounted so that their optical axes are parallel and spaced apart by a distance A equal to the interelectrode gap, while the optical axes of the sensors 8 and 9 are perpendicular to the coaxially mounted electrodes 3 and 4 and intersect them in the area of the end parts of the electrodes.

Между камерой 2 и оптическими датчиками 8 и 9 установлен тубус 10, при этом в стенке камеры 2 и в крышке тубуса 10 выполнены узкие светопропускающие отверстия, оси которых совпадают с оптическими осями датчиков 8 и 9. Таким образом, датчики 8 и 9 посредством тубуса 10 оптически связаны с торцами электродов 3 и 4. Электроды 3 и 4 соосны и пересекают оптические оси фотодиодов 8 и 9 под углом 90°.A tube 10 is installed between the camera 2 and the optical sensors 8 and 9, while narrow light-transmitting holes are made in the chamber wall 2 and in the cover of the tube 10, the axes of which coincide with the optical axes of the sensors 8 and 9. Thus, the sensors 8 and 9 by means of the tube 10 optically connected to the ends of the electrodes 3 and 4. The electrodes 3 and 4 are aligned and intersect the optical axis of the photodiodes 8 and 9 at an angle of 90 °.

Электроды 3 и 4 могут быть выполнены в виде токопроводящих капиллярных трубок, выполненных с возможностью подачи в межэлектродный промежуток газа или жидкости. Это позволяет изготавливать наночастицы с заранее заданными свойствами, а также получать окислы металлических наночастиц.The electrodes 3 and 4 can be made in the form of conductive capillary tubes made with the possibility of supplying gas or liquid into the interelectrode gap. This allows us to produce nanoparticles with predetermined properties, as well as to obtain oxides of metal nanoparticles.

Устройство работает следующим образом. Напряжение 220 В от питающей сети подают на генератор 1 высоковольтных импульсов. Импульсное напряжение величиной 30-60 кВ подается на электроды 3 и 4, расположенные в разрядной камере 2 с проточной водой, в результате чего возникают периодические высоковольтные электрические разряды. Энергия импульса составляет 0,1-2,0 Дж, длительность разряда 0,1-20 мкс. Под действием импульсных периодических электрических разрядов происходит эрозия материала электродов 3 и 4 и образование водной дисперсии, содержащей наночастицы материалов электродов. Водная дисперсия наночастиц непрерывно удаляется из разрядной камеры 2 проточной водой.The device operates as follows. The voltage of 220 V from the supply network is supplied to the generator 1 of high voltage pulses. An impulse voltage of 30-60 kV is applied to the electrodes 3 and 4 located in the discharge chamber 2 with running water, resulting in periodic high-voltage electric discharges. The pulse energy is 0.1-2.0 J, the discharge duration is 0.1-20 μs. Under the influence of pulsed periodic electrical discharges, erosion of the material of electrodes 3 and 4 and the formation of an aqueous dispersion containing nanoparticles of electrode materials occur. An aqueous dispersion of nanoparticles is continuously removed from the discharge chamber 2 by running water.

При работе устройства происходит износ торцевой части электродов 3 и 4, и увеличение межэлектродного промежутка. Для получения наночастиц с заданными параметрами необходимо контролировать и поддерживать постоянным межэлектродный промежуток в течение всего процесса изготовления водной дисперсии, для чего предназначено устройство 7 стабилизации. Межэлектродный промежуток X величиной от 1,0 до 5,0 мм определяется расстоянием А между двумя параллельными оптическими осями фотодиодов 8 и 9, пересекающими электроды 3 и 4 под углом 90°. Контроль и поддержание межэлектродного промежутка основано на оптической локализации приэлектродной зоны разряда. В результате эрозии торцевой части электродов 3 и 4 и увеличения межэлектродного промежутка излучение из разряда через выделенную диафрагмой область и тубус 10 поступает на фотодиоды 8 или 9. Сигналы с фотодиодов, преобразованные устройством формирования и усиления (на чертежах не показано), включают драйвер шаговых двигателей 5 или 6, которые осуществляют подачу электродов 3 или 4. Шаг подачи электрода составляет (А - Х)/2, но не более двух диаметров электрода. Таким образом, за счет автоматического поддержания межэлектродного промежутка постоянным происходит непрерывное образование водной дисперсии наночастиц, при этом эксплуатация устройства не требует частых остановок для замены расходуемых электродов.During operation of the device, the end part of the electrodes 3 and 4 is worn out, and the interelectrode gap increases. To obtain nanoparticles with specified parameters, it is necessary to control and maintain a constant interelectrode gap during the entire process of manufacturing an aqueous dispersion, for which stabilization device 7 is intended. The interelectrode gap X from 1.0 to 5.0 mm is determined by the distance A between the two parallel optical axes of the photodiodes 8 and 9, intersecting the electrodes 3 and 4 at an angle of 90 °. Monitoring and maintaining the interelectrode gap is based on the optical localization of the near-electrode discharge zone. As a result of erosion of the end part of electrodes 3 and 4 and an increase in the interelectrode gap, radiation from the discharge through the region selected by the diaphragm and tube 10 is fed to photodiodes 8 or 9. Signals from photodiodes converted by the forming and amplification device (not shown in the drawings) include a stepper motor driver 5 or 6, which feed the electrodes 3 or 4. The pitch of the electrode is (A - X) / 2, but not more than two diameters of the electrode. Thus, due to the automatic maintenance of the interelectrode gap constant, an aqueous dispersion of nanoparticles is continuously formed, while the operation of the device does not require frequent stops to replace consumable electrodes.

Для изготовления устройства для изготовления водной дисперсии наночастиц использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».For the manufacture of a device for the manufacture of an aqueous dispersion of nanoparticles, conventional structural materials and factory equipment were used. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that this utility model meets the patentability condition “Industrial Applicability”.

Claims (5)

1. Устройство для изготовления водной дисперсии наночастиц, содержащее генератор (1) высоковольтных электрических импульсов, разрядную камеру (2) с проточной жидкостью, в которой размещены соосно смонтированные токопроводящие электроды (3) и (4) с образованием межэлектродного промежутка (А), устройство (7) стабилизации межэлектродного промежутка и оптический датчик (8), выполненный с возможностью контроля положения торцевой части первого электрода (3) и соединенный с первым входом устройства (7) стабилизации, первый выход которого связан с приводом (6), выполненным с возможностью продольного перемещения первого электрода (3), отличающееся тем, что оно снабжено тубусом (10), вторым оптическим датчиком (9) и вторым приводом (5), выполненным с возможностью продольного перемещения второго электрода (4), при этом второй датчик (9) выполнен с возможностью контроля положения торцевой части второго электрода (4) и соединен со вторым входом устройства (7) стабилизации, второй выход которого связан со вторым приводом (5), причем устройство (7) стабилизации выполнено с возможностью формирования независимых друга от друга сигналов на включение приводов (5) и (6) перемещения электродов (3) и (4), а оба электрода (3) и (4) выполнены в виде длинных тонких стержней, при этом тубус (10) установлен между камерой (2) и оптическими датчиками (8) и (9), а в стенке камеры (2) и в крышке тубуса (10) выполнены узкие светопропускающие отверстия, оси которых совпадают с оптическими осями датчиков (8) и (9).1. A device for the manufacture of an aqueous dispersion of nanoparticles, containing a generator (1) of high-voltage electrical pulses, a discharge chamber (2) with a flowing liquid, in which coaxially mounted conductive electrodes (3) and (4) are placed to form an electrode gap (A), a device (7) stabilization of the interelectrode gap and an optical sensor (8) configured to control the position of the end part of the first electrode (3) and connected to the first input of the stabilization device (7), the first output of which is connected to ode (6) made with the possibility of longitudinal movement of the first electrode (3), characterized in that it is equipped with a tube (10), a second optical sensor (9) and a second drive (5) made with the possibility of longitudinal movement of the second electrode (4) wherein the second sensor (9) is configured to monitor the position of the end part of the second electrode (4) and is connected to the second input of the stabilization device (7), the second output of which is connected to the second drive (5), and the stabilization device (7) is made with the possibility of forming independent of signals that are different from each other to turn on the drives (5) and (6) for moving the electrodes (3) and (4), and both electrodes (3) and (4) are made in the form of long thin rods, while the tube (10) is installed between camera (2) and optical sensors (8) and (9), and narrow light-transmitting holes are made in the chamber wall (2) and in the cover of the tube (10), the axes of which coincide with the optical axes of the sensors (8) and (9). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптические датчики (8) и (9) установлены так, что их оптические оси параллельны и разнесены на расстояние (А), равное межэлектродному промежутку, при этом оптические оси датчиков (8) и (9) перпендикулярны соосно смонтированным электродам (3) и (4) и пересекают их в области торцевых частей электродов.2. The device according to p. 1, characterized in that the optical sensors (8) and (9) are installed so that their optical axes are parallel and spaced apart by a distance (A) equal to the interelectrode gap, while the optical axis of the sensors (8) and (9) are perpendicular to the coaxially mounted electrodes (3) and (4) and intersect them in the region of the end parts of the electrodes. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды (3) и (4) выполнены в виде токопроводящих капиллярных трубок.3. The device according to claim 1, characterized in that the electrodes (3) and (4) are made in the form of conductive capillary tubes. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что электроды (3) и (4) выполнены с возможностью подачи в межэлектродный промежуток газа.4. The device according to p. 3, characterized in that the electrodes (3) and (4) are configured to supply gas into the interelectrode gap. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что электроды (3) и (4) выполнены с возможностью подачи в межэлектродный промежуток жидкости.5. The device according to p. 3, characterized in that the electrodes (3) and (4) are configured to supply liquid into the interelectrode gap.

Images