[发明专利]一种用于微纳材料制备的微尺度火焰燃烧器

说明书

本发明公开了一种用于微纳材料制备的微尺度火焰燃烧器，包括基座、炉盘、玻璃罩。基座内部从上而下分成三个气舱；炉盘由多孔芯、长毛细管以及短毛细管构成，多孔芯位于基座顶部，将不同的毛细管按阵列嵌入多孔芯的部分微孔中，短毛细管作为第二气舱传输气体到多孔芯表面的喷嘴，长毛细管作为第三气舱中传输气体到多孔芯表面的喷嘴，多孔芯中空置微孔直接连通第一气舱与多孔芯表面；每两根相邻毛细管之间至少间隔多孔芯的两个空置微孔；玻璃罩从上方将炉盘罩住，并与基座连接。样品杆置于玻璃罩内部并位于炉盘上方。本发明提供了一种安全可靠性高、操作简便、综合成本低、温区和化学组分稳定可控的微尺度火焰阵列燃烧器。

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，尤其是一种适用于高温制备微纳材料的微尺度平面火焰阵列燃烧器。

背景技术

高温合成是制备材料的重要方法，而稳定可控的实验设备是能否实现目标材料按需合成的重要因素。在高温合成纳米材料的方法中，化学气相沉积法（CVD）是广泛应用的方法之一，但是由于该方法依赖真空设备和电加热设备，所以不能满足部分材料低成本高通量制备的需求，并且所合成材料的尺寸也受限于真空腔。火焰法是一种历史悠久并被广泛应用于工业界生产炭黑、钛白粉等纳米颗粒材料的制备手段，其中火焰CVD法已逐渐发展成一种适应工业化制备大尺寸先进薄膜材料的方法。火焰CVD法的核心在于根据纳米材料的生长特性进行燃烧器的设计。

扩散燃烧是指燃料与空气分别从喷嘴喷出，借助扩散作用互相接触而燃烧。扩散火焰的特点是燃烧稳定、操作简单、运行可靠。通过使用扩散型火焰，可以有效避免由于火焰速度、回火以及预混型火焰带来的不稳定性，保持材料生长条件的稳定。扩散燃烧可以分为正扩散燃烧和反扩散燃烧，这两种模式均可以应用于纳米材料合成，通常情况下，反扩散火焰的烟尘比正扩散火焰的烟尘少。使用扩散火焰合成材料，可以在较低的成本下实现高通量的生产。

而现有的扩散火焰燃烧器大多难以提供大面积的稳焰区来满足薄膜类纳米材料对反应温度和组分均一性的要求，例如公告号为CN207778429U的中国实用新型专利，公开了一种多功能正反扩散火焰燃烧器，可以形成一种较为稳定的火焰。该装置的缺点主要体现在以下几个方面：一、火焰状态不够稳定；二、在径向上难以构成一个温度和组分具有高均一性的反应流；三、难以形成大面积的稳焰区；四、温区的调控不便。因此，难以为先进纳米材料尤其是薄膜类材料的生长提供大面积的稳定可控的条件。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种用于微纳材料制备的微尺度火焰燃烧器，解决采用火焰CVD法制备大尺寸纳米薄膜材料的过程中存在火焰状态不够稳定、温区调控操作不便的问题。

技术方案：一种用于微纳材料制备的微尺度火焰燃烧器，包括基座、炉盘、玻璃罩；基座内部从上而下分成第一气舱、第二气舱、第三气舱；炉盘由多孔芯、长毛细管以及短毛细管构成，多孔芯位于基座顶部，将不同的毛细管按阵列嵌入多孔芯的部分微孔中，短毛细管作为第二气舱传输气体到多孔芯表面的喷嘴，长毛细管作为第三气舱中传输气体到多孔芯表面的喷嘴，多孔芯中空置微孔直接连通第一气舱通过与多孔芯表面；每两根相邻毛细管之间至少间隔多孔芯的两个空置微孔；玻璃罩从上方将炉盘罩住，并与基座连接。

进一步的，短毛细管的上端与多孔芯的表面齐平，长毛细管的上端高出多孔芯的表面。

进一步的，第一气舱为燃料气舱，第二气舱为氧化剂气舱，第三气舱为前驱物气舱，火焰燃烧器工作在反扩散火焰模式。

进一步的，第一气舱为氧化剂气舱，第二气舱为燃料气舱，第三气舱为前驱物气舱，火焰燃烧器工作在正扩散火焰模式。

进一步的，第一气舱为燃料气舱，第二气舱为氧化剂气舱，第三气舱为燃料气舱，火焰燃烧器工作在双层火焰模式。

进一步的，多孔芯空置微孔目数与短毛细管目数比值为5~20:1，短毛细管目数与长毛细管目数比值为1:10~40。

进一步的，长毛细管和短毛细管的直径小于1mm，并为金属毛细管。