[发明专利]高精度全自动纳米材料合成系统

说明书

本发明公开了一种高精度全自动纳米材料合成系统，属于智能装备制造领域。本发明针对目前缺少一种能够稳定制备、精确控制材料尺寸和结构的全自动纳米材料合成仪器。该技术核心是：利用计算机(包括微处理器)、传感、光电、信息、自动控制等技术，通过精确控制纳米材料制备过程中的各个技术环节，实现纳米材料的全自动、稳定、可控、批量制备；所制备的纳米材料颗粒均匀、大小均一。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

纳米科学技术(Nano Science and Technology,Nano ST)的诞生标志着人类认识世界和改造世界的能力从宏观世界到了微观世界的水平。作为物理、化学、材料、生物医学和电磁学等众多领域的交叉学科，纳米科学技术被人们视为21世纪科技发展领域的一个重要支柱。

纳米材料是指材料的尺寸可以用纳米(十亿分之一米)衡量，通常是指在三维空间中至少有一维处于1～100nm纳米或由纳米尺度的基本单元构成的材料。纳米材料的基本单元按其空间维度可分为三类：在空间上只有一个维度上尺寸为纳米尺度的二维纳米材料，如纳米薄膜和超晶格等；在空间二个维度上尺寸均为纳米尺度的材料为一维纳米材料，如纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带等纳米纤维；在空间的三个维度上尺寸同时为纳米尺度的材料为零维纳米材料，例如纳米颗粒、原子团簇等结构。在纳米尺度下，材料的尺寸和结构通常会在很大的程度上影响材料的物理和化学性质，从而产生小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、紫外上转换发光增强效应等特殊物理效应。这些新的效应和新型纳米材料为发展新的功能材料和器件提供了原理与物质上的基础。纳米材料的小尺寸以及由此带来的特殊效应为其实际应用开拓出了广阔的空间。例如，以半导体量子点、上转换纳米粒子为代表的零维纳米材料在发光显示、光伏电池、生物信息传感、荧光动力学治疗等领域都有着迷人的应用前景。

然而，作为一类新兴的特殊材料，目前已有的绝大多数纳米材料还是科学研究的对象，主要诞生在科学研究实验室里，其制备方法多数还停留在实验室的手工制作阶段。

在湿法化学制备中，纳米晶的成核、生长方式、生长时间、反应温度及其变化速度、保护气氛及其压力、反应釜的真空度、对反应溶液的搅拌速度及其均匀性、化学试剂的浓度及其相互比例、化学试剂的滴加速度及其精度都对材料尺寸和形貌有着重要的影响。因此，操作人员的实验技巧、熟练程度、环境因素、设施条件等等都会成为导致纳米材料尺寸和形貌难以控制的关键因素，从而造成手工制作出的纳米材料尺寸、结构很难一致和均匀，相同条件下会制作出尺寸和结构有着明显差异的纳米材料。另外，在纳米材料即将走入大规模实际应用的今天，开发可以稳定制备的量产技术将成为纳米技术发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以稳定制备、精确控制材料尺寸和结构的全自动纳米材料合成系统。为了实现该目的需要解决现有技术条件下存在的技术问题，主要包括：

1)湿法化学中纳米晶均匀成核问题；

2)磁力搅拌器转子跳动检测精度的问题；

3)晶核生长过程对于粒径的实时监测问题；

4)纳米材料晶体生长速度控制的问题；

5)机械搅拌器的密封和磁隔离问题。

本发明所提供的高精度全自动纳米材料合成系统，包括化学反应釜13、化学反应室16、温度控制单元、搅拌控制单元、投料控制单元、气路控制单元、结晶控制单元、粒径监测装置、计算机2、微处理器1、驱动供电线路3、驱动供电电源28和数据总线4。

其中，化学反应釜13安装在化学反应室16内；驱动供电电源28通过驱动供电线路3分别为微处理器1、温度控制单元、搅拌控制单元、投料控制单元、气路控制单元、结晶控制单元和粒径监测装置提供驱动电能；驱动供电电源28通过数据总线4与微处理器1和计算机2连接，并由计算机2控制供电；