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纳米材料制备系统及其制备方法与流程

国知局
2024-07-27 12:12:26

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及纳米材料制备系统及其制备方法。

背景技术：

纳米材料是指粒度在100纳米以下的粉末，是一种介于原子、分子与宏观物体之间的中间物态的固体颗粒材料，由于其具有一系列优异的性能，被广泛应用于各个技术领域。纳米材料的制备方法可分为物理法和化学法，物理法主要包括机械粉粹法和深度塑性变形法等，化学法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。其中，化学法制备工艺复杂，过程难以控制，容易引入杂质，且能耗大，后处理复杂，容易造成环境污染，限制了其广泛应用。虽然采用特殊的机械粉粹、研磨、电火花爆炸等技术，将普通级别的粉末粉粹至超细等的物理法，可以很大程度改善上述问题，但该方法能耗大，制备过程温度高(容易破坏材料活性成分)且制备的产品粒度不均匀，甚至达不到纳米级，仍然具有一定局限性。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种纳米材料制备系统及其制备方法，该纳米材料制备系统和制备方法在保证所制得的纳米材料能够满足粒径和粒度需求的同时，能够很大程度降低能耗，绿色环保。

一种纳米材料制备系统，包括旋风机械装置和谐振装置，所述谐振装置包括谐振组件和主谐振腔体，所述旋风机械装置和所述谐振装置连通；所述旋风机械装置用于产生旋风且与所述谐振装置连通，以使所述旋风机械装置产生的旋风进入所述主谐振腔体中，所述谐振组件在所述主谐振腔体中的旋风的作用下共振。

在其中一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括冷凝装置，所述冷凝装置与所述谐振装置连接，用于控制所述谐振组件和所述主谐振腔体内物料的温度。

在其中一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括谐振控制装置，所述谐振控制装置用于控制所述谐振装置。

在其中一实施例中，所述纳米材料制备系统还包括物料收集装置，所述物料收集装置与所述物料排出口连通。

在其中一实施例中，所述物料收集装置包括物料收集罐和物料收集控制面板，所述物料收集控制面板用于控制物料进入所述物料收集罐。

在其中一实施例中，所述主谐振腔体内还设置有气压检测装置，用以检测所述主谐振腔体内气压。

在其中一实施例中，在所述主谐振腔体内开设物料投放口和物料排出口，且所述物料投放口设置有用于控制物料进入所述主谐振腔体的物料投放调节装置，以控制物料的投放；所述物料排出口设置有用于控制物料排出的物料排放调节装置。

在其中一实施例中，所述主谐振腔体内壁设置有纳米稀土材料涂层。

一种采用上述纳米材料制备系统制备纳米材料的方法，包括以下步骤：

开启所述旋风机械装置和冷凝装置；

将原材料添加至所述主谐振腔体中加工即得所述纳米材料。

在其中一实施例中，将原材料添加至所述主谐振腔体中的步骤之前还包括检测所述主谐振腔体内气压的步骤，当所述主谐振腔体内气压大于120mpa时添加所述原材料。

在其中一实施例中，所述谐振组件的震荡频率为30赫兹-80赫兹。

在其中一个实施例中，所述原材料为固体材料。

在其中一个实施例中，所述原材料为中草药、化学药物、食品及微量元素添加剂中的一种或多种。

上述纳米材料制备系统及其制备方法通过采用旋风原理和谐振原理，利用旋风机械装置产生高频震荡，形成运动态气流，继而增幅并诱发谐振腔的谐振组件产生共振，主谐振腔体摄入空间能量，使气流增压并形成与谐振频率同频、倍频、多频的冲击波和多重飓风旋流团，原材料介入后，随即演变为一个局限、撕裂和高速碰撞的加工环境，原材料在不同能量级的重飓风旋流团间穿越，强烈的能量差交变使原材料瞬间破裂，最终形成具有极小粒径的纳米粉末，且粉末颗粒在旋风的作用下离心运动，当原材料达到纳米级别，质量减少，受离心力作用减少，在向心力的作用下在特定区域内收集，即可实现粒径的调节，且所得到的纳米粉末粒度具有较高的均匀性。

此外，上述制备方法运用谐振原理，采用较小的激振力获取巨大的谐振能量，高效节能，能耗是其它机械粉粹的几十分之一，大幅度地降低了能耗，且制备温度可控，没有废弃物，不产生环境污染。

附图说明

图1为一实施例的纳米材料制备系统的示意图；

图2为实施例1制得的纳米氧化锌的粒径分布图；

图3为实施例5制得的纳米级珍珠粉的粒径分布图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明的一实施方式的纳米材料制备系统10，包括旋风机械装置110和谐振装置120，谐振装置120包括谐振组件121和主谐振腔体122；旋风机械装置110用于产生旋风，且与谐振装置120连通，以使旋风机械装置110产生的旋风进入主谐振腔体122中，谐振组件121在主谐振腔体122中的旋风的作用下共振。

其中，旋风机械装置110是指能够产生旋风的装置，通常该类装置通过叶盘高速运转产生旋风，可以采用现有的旋风发生装置，在此不做特别限定。谐振装置120是指能够产生谐振的装置，可以采用现有的谐振组件121构成的装置，在此不做特别限定。

其中，可以在主谐振腔体122内开设物料投放口1221和物料排出口1222，且在物料投放口1221设置有用于控制物料进入主谐振腔体122内的物料投放调节装置，在物料排出口1222设置有用于控制物料排出的物料排放调节装置。

另外，还可以在主谐振腔体内设置气压、温度等的监测装置，用以监测主谐振腔体内气压、温度等，以利于判别原材料的加入和排出时间点，实现系统的自动化控制。在一实施例中。主谐振腔体122内还设置有气压检测装置1223。

在一实施例中，主谐振腔体122内壁设置有纳米稀土材料涂层，以防止原材料(特别是金属矿物质等)在高频谐振过程中撞坏主谐振腔内壁，保护主谐振腔体。

通过将旋风机械装置110和谐振装置120串联，利用旋风机械装置产生高频震荡，形成运动态气流，继而增幅并诱发谐振腔组件121产生共振，主谐振腔体122摄入空间能量，使气流增压并形成与谐振频率同频、倍频、多频的冲击波和多重飓风旋流团，原材料介入后，随即演变为一个局限、撕裂和高速碰撞的加工环境，原材料在不同能量级的重飓风旋流团间穿越，强烈的能量差交变使原材料瞬间破裂，最终形成具有极小粒径的纳米粉末，且粉末颗粒在旋风的作用下离心运动，当原材料达到纳米级别质量减少，受离心力作用减少，在向心力的作用下在特定区域内收集，即可实现粒径的调节，且所得到的纳米颗粒粒度具有较高的均匀性。

上述纳米材料制备系统10还可以设置冷凝装置130，冷凝装置130与谐振装置120连接，用于降低谐振组件121和主谐振腔体122内物料的温度。通过设置冷凝装置130可以控制主谐振腔体122内组件及物料的温度，从而避免温度过高而影响物料的性质，特别是一些生物活性原材料，通过控制主谐振腔体122内的温度可以有效地避免物料失活。

另外，还可以设置原材料投放装置140和物料收集装置150，原材料投放装置140通过主谐振腔体122的物料投放口1221与主谐振腔体122连通，物料收集装置150通过主谐振腔体122的物料排出口1222与主谐振腔体122连通。还可以设置数个物料收集罐151，收集不同需求的物料。

为了实现自动化控制，原材料投放装置140可以采用自动化进料装置，物料收集装置150可以采用自动化出料装置，并设置相应的控制面板160。

本发明另一实施方式的纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

s210：开启纳米材料制备系统，检测试验指标是否符合制备条件；

试验指标包括：温度、气压、湿度等指标，各项检测指标符合制备条件开始下述制备工序。需要说明的是，上述指标的设置无特别要求，需要根据具体制备的原料来进行选择。

s220：开启旋风机械装置和冷凝装置；

通过开启旋风机械装置诱发主谐振腔体中谐振腔组件产生共振，继而形成同频、倍频、多频的冲击波和多重飓风旋流团。

s230：检测主谐振腔体内气压，当达到规定的气压时将原材料添加至自动进料装置的进料腔。

其中，气压的大小需要根据所选择的原料来进行调节，在一实施例中，制备氧化锌，当气压大于120mpa时进料至主谐振腔体。

s240：开启自动进料装置和自动出料装置，原材料即持续自动进入谐振腔进行纳米加工，并自动收集进入物料收集罐，待加工完成后自物料收集罐中取出即可。

下面列举具体实施方式来对本申请进一步说明。

实施例1

氧化锌

制备方法：

(1)开启纳米材料制备系统，检测各项指标，温度为22℃，气压为101kp，湿度为46％。