[发明专利]一种滑动弧放电等离子体装置及纳米粉体的制备方法

权利要求书

1.一种滑动弧放电等离子体装置，其特征在于，包括滑动弧等离子体发生器、预定比例的文丘里管及流化床；所述滑动弧等离子体发生器包括绝缘底盘、筒状电极和锥形电极；所述筒状电极和锥形电极与电源相连，进气口与筒状电极相切；所述绝缘底盘与筒状电极底部、锥形电极连接，其中，锥形电极位于筒状电极内部，绝缘底盘的一面与锥形电极通过陶瓷片相隔，绝缘底盘的另一面与锥形电极连接产生的缝隙通过能在室温下固化的硅橡胶进行密封；所述预定比例的文丘里管是一个两端出口面积大、中间截面小的管道，预定比例的文丘里管的出口端与流化床入口连接，预定比例的文丘里管的入口端与筒状电极顶部连接；所述锥形电极、陶瓷片与绝缘底盘通过绝缘底盘中心的电极高度调节孔连接并调整高度，通过能在室温下固化的硅橡胶将锥形电极与绝缘底盘产生的空隙进行填补；所述绝缘底盘为聚四氟乙烯圆盘，厚度为圆盘直径的1/4 ~ 1/3；所述陶瓷片为一种同心圆环陶瓷片，内圆是锥形电极调节孔，外圆直径略小于筒状电极直径，陶瓷片与锥形电极的底圆面间保留1~2 mm。

2.根据权利要求1所述的一种滑动弧放电等离子体装置，其特征在于，所述进气口位于筒状电极的下方，与锥形电极的底圆面在同一高度。

3.根据权利要求1所述的一种滑动弧放电等离子体装置，其特征在于，所述预定比例的文丘里管的入口管与喉管的比例为5:1~20:1；文丘里管的长度与入口管的比例为5:1~15:1。

4.采用如权利要求1至3任一所述装置的纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）载气、前体气体及刻蚀气体通过质量流量计调整比例，并通入密闭的滑动弧等离子体发生器；

（2）开启电源、引风机或真空泵，调整等离子体区域反应压力，维持滑动弧在稳定的状态下进行放电反应；

（3）等离子体裂解前体及刻蚀气体并成核，经预定比例的文丘里管中增大气体流速，在流化床中进一步生长，最终通过旋风分离器及布袋除尘器收集纳米粉体材料。

5.根据权利要求4所述的纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中大气压下的等离子体反应采用引风机带动气流，减压下的等离子体反应采用真空泵调控压力。

6.根据权利要求4所述的纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的载气为空气、氩气、氖气、氦气、氮气中的一种或多种组合的混合气体；前体气体为碳前体气体、硅前体气体、氮前体气体中的一种或多种组合的混合气体；刻蚀气体为氢气、二氧化碳、水蒸气中的一种或多种组合的混合气体；通入进气口的气体温度范围从室温到300 ℃。

7.根据权利要求4所述的纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的密封等离子体反应器压力为大气压时，载气与前体气体的质量流量比为6:1 ~ 16:1，前体气体与刻蚀气体的质量流量比为1:1 ~ 10:1；当压力范围在20 ~ 90 kPa时，载气与前体气体的质量流量比为0:1 ~ 10:1，前体气体与刻蚀气体的质量流量比为2:1 ~ 5:1。

8.根据权利要求4所述的纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的电源功率范围在1 ~ 50 kW；空载电压的范围在20 kV ~ 50 kV。

9.根据权利要求4所述的纳米粉体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的最终的纳米粉体为硅碳复合材料、石墨烯、掺杂的纳米碳或其它复合纳米粉体材料。