[发明专利]一种掺杂纳米复合材料的合成装置及方法

说明书

本发明公开了一种掺杂纳米复合材料的合成装置及方法，该装置包括燃烧室、火焰发生器、喷雾器和纳米粒子收集器；所述火焰发生器设置在所述燃烧室的一端，用于在燃烧室内产生火焰；所述喷雾器设置在所述燃烧室的一端，用于向燃烧室内喷射雾状的基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液；所述纳米粒子收集器设置在所述燃烧室的另一端，其与所述火焰发生器之间的距离大于等于基体和掺杂体溶液完成合成反应所需的距离。该方法包括：启动火焰发生器在燃烧室内产生火焰，接着启动喷雾器向燃烧室的火焰内喷射超细雾状的基体和掺杂体前驱体溶液。本发明通过实时调控燃料当量比、温度、压力和溶液浓度，可以一步连续合成尺寸和形貌可控的复合纳米材料。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种掺杂纳米复合材料的合成装置及方法。

背景技术

纳米材料因具有表面效应、体积效应、量子隧道效应及量子尺寸效应等特点而具备优于常规材料的性能，因而成为一种最具有市场应用潜力的新材料。目前，纳米材料逐步应用在航空、新能源、环境保护、生命健康等领域。

单一纳米材料在应用时通常存在一定局限。纳米材料可以通过改性，包括修饰、沉积、复合、掺杂等，可以显著提高性能，其中组分掺杂改性作为最重要的改性手段受到日益关注。然而，现有多组分掺杂纳米材料的合成方法都需要经过多个步骤，存在过程繁琐复杂、生产缓慢、产量低、无法连续规模化合成等缺点，而且难以有效控制纳米材料的粒径和均匀性。

发明内容

为了解决目前多组份掺杂复合纳米材料制备需要多个步骤且不能连续合成的问题，本发明提供一种掺杂纳米复合材料的合成装置及方法，它通过喷雾燃烧方法，可以一步连续合成多组分掺杂的复合纳米材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种掺杂纳米复合材料的合成装置，包括燃烧室、火焰发生器、喷雾器和纳米粒子收集器；

所述燃烧室具有一个密闭的空腔；

所述火焰发生器设置在所述燃烧室的一端，用于在燃烧室内产生火焰；

所述喷雾器设置在所述燃烧室的一端，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，或基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液的混合液；

所述纳米粒子收集器设置在所述燃烧室的另一端，所述纳米粒子收集器与所述火焰发生器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。

按上述技术方案，所述火焰发生器包括燃料通道、空气通道、燃料气体混合器、燃料动力系统和燃料混合气体通道，所述燃料通道和空气通道分别与所述燃料气体混合器的入口连接，所述燃料气体混合器的出口与所述燃料动力系统连接，所述燃料动力系统与燃料混合气体通道连接，所述燃料混合气体通道设置在所述燃烧室上。

按上述技术方案，所述喷雾器包括基体前驱体溶液通道、掺杂体前驱体溶液通道、液体混合器、溶液体动力系统和雾化喷嘴，所述基体前驱体溶液通道和掺杂体前驱体溶液通道分别与液体混合器的入口连接，所述液体混合器的出口与溶液体动力系统连接，所述溶液体动力系统与雾化喷嘴连接，所述雾化喷嘴设置在所述燃烧室上。

按上述技术方案，所述雾化喷嘴设置在所述燃料混合气体通道内。

按上述技术方案，所述喷雾器设有一个通道，用于喷射基体前驱体溶液和掺杂体前驱体溶液的混合液；

或者，所述喷雾器设有两个及以上通道，其中一个通道用于喷射基体前驱体溶液，其余通道的数量与掺杂体前驱体溶液的种类一致，用于单独喷射不同种类的掺杂体前驱体溶液。

按上述技术方案，该合成装置还包括智能监测控制系统，其用于实时监测燃烧室内的压力、组分浓度和温度，并据此对火焰发生器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。