[发明专利]一种掺杂纳米复合材料的合成装置及方法

权利要求书

1.一种掺杂纳米复合材料的合成装置，其特征在于，包括燃烧室（1）、火焰发生器（2）、喷雾器（3）、纳米粒子收集器（4）、智能监测控制系统(5)和高速摄像系统(6)；

所述燃烧室（1）具有一个密闭的空腔；

所述火焰发生器（2）设置在所述燃烧室（1）的一端，用于在燃烧室（1）内产生火焰，所述火焰发生器（2）包括燃料通道（2.1）、空气通道（2.2）、燃料气体混合器（2.3）、燃料动力系统（2.4）和燃料混合气体通道（2.5），所述燃料通道（2.1）和空气通道（2.2）分别与所述燃料气体混合器（2.3）的入口连接，所述燃料气体混合器（2.3）的出口与所述燃料动力系统（2.4）连接，所述燃料动力系统（2.4）与燃料混合气体通道（2.5）连接，所述燃料混合气体通道（2.5）设置在所述燃烧室（1）上；

所述喷雾器（3）设置在所述燃烧室（1）的一端，用于向所述火焰发生器（2）产生的火焰内喷射雾状的基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液的混合液，所述喷雾器（3）包括基体前驱体溶液通道（3.1）、掺杂体前驱体溶液通道（3.2）、液体混合器（3.3）、溶液体动力系统（3.4）和雾化喷嘴（3.5），所述掺杂体前驱体溶液通道（3.2）的数量与掺杂体前驱体溶液的种类一致，每个掺杂体前驱体溶液通道（3.2）用于单独喷射不同种类的掺杂体前驱体溶液，所述基体前驱体溶液通道（3.1）和掺杂体前驱体溶液通道（3.2）分别与液体混合器（3.3）的入口连接，所述液体混合器（3.3）的出口与溶液体动力系统（3.4）连接，所述溶液体动力系统（3.4）与雾化喷嘴（3.5）连接，所述雾化喷嘴（3.5）设置在所述燃烧室（1）上且位于所述燃料混合气体通道（2.5）内；

所述纳米粒子收集器（4）设置在所述燃烧室（1）的另一端，所述纳米粒子收集器（4）与所述火焰发生器（2）之间的距离大于等于基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液完成合成反应所需的距离；

所述智能监测控制系统（5）用于实时监测燃烧室（1）内的压力、组分浓度和温度，并据此对火焰发生器（2）中燃料和空气或氧气的流量及其当量比进行实时调节和控制；

所述高速摄像系统（6）用于对燃烧室内纳米粒子的形成过程和分布信息进行摄像并据此对喷雾器（3）的喷雾压力和各前驱体溶液浓度进行实时调控。

2.根据权利要求1所述的一种掺杂纳米复合材料的合成装置，其特征在于，所述合成装置还包括引力系统，所述引力系统与纳米粒子收集器连接，用于将燃烧室内合成好的掺杂纳米复合材料吸入纳米粒子收集器内。

3.一种掺杂纳米复合材料的合成方法，其特征在于，采用权利要求1-2中任一项所述的合成装置进行合成，该合成方法包括以下步骤：

S1、向燃料通道（2.1）内通入燃料，向空气通道（2.2）内通入氧气，燃料与氧气的当量比为0.5～1.5，燃气与氧气进入燃料气体混合器（2.3）内混合均匀，然后由燃料动力系统（2.4）经燃料混合气体通道(2.5)送入燃烧室(1)内，所述燃料混合气体通道(2.5)的供料速率为1.5-10L/min，启动火焰发生器(2)，在燃烧室(1)内产生火焰，燃烧室（1）内的燃烧温度为500℃~1500℃；

S2、向基体前驱体溶液通道（3.1）内通入基体前驱体溶液，向掺杂体前驱体溶液通道（3.2）内通入掺杂体前驱体溶液，基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液进入液体混合器（3.3）内混合均匀，然后由溶液体动力系统（3.4）经雾化喷嘴雾化成超细粒径喷射到燃烧室内的中高温火焰中，启动喷雾器(3)，向燃烧室(1)的火焰内喷射雾状的基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液的混合液，雾状溶液沿着火焰的发射路径依次发生挥发、分解、燃烧反应、分散、成核、碰撞、增长，得到纳米粒子，被纳米粒子收集器(4)收集；

S3、合成过程中，所述智能监测控制系统(5)实时监测燃烧室(1)内的压力、组分浓度和温度，并据此对火焰发生器(2)中燃料和氧气的流量及其当量比进行实时调节和控制，所述高速摄像系统(6)对燃烧室内纳米粒子的形成过程和分布信息进行摄像，并据此对喷雾器(3)的喷雾压力和各前驱体溶液浓度进行实时调控。

4.根据权利要求3所述的一种掺杂纳米复合材料的合成方法，其特征在于，所述燃料为甲烷、乙炔或丙烷。