[发明专利]有机包覆金属纳米粉末的制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种有机包覆金属纳米粉末的制备方法及其装置。

背景技术

目前，大多数研究单位和生产厂家主要集中在纳米粉末材料的制备，很少考虑到纳米粉末的包覆问题。通常情况下，金属纳米粉末因暴露在大气中而发生氧化，以致影响了金属纳米粉末的表面特性，严重阻碍了它们的实际应用。随着纳米科学技术的进一步发展和后续纳米产品的进一步开发，金属纳米粉末的保存问题迫切需要得到解决。因此，金属纳米粉末的包覆技术将是以后纳米技术研究的重点。人们已经开始探索在纳米粉末的表面生成一薄层材料而将纳米粉末包覆起来。包覆层不但消除纳米粉末表面的带电效应，防止纳米粉末团聚，同时，形成了一个势垒，使它们在合成烧结过程中(指无机包覆)颗粒不易长大。现在，对纳米粉末包覆的研究主要集中在化学溶胶方法和其他化学方法，而且研究对象主要是金属氧化物，形成的包覆层主要是碳，二氧化硅，聚合物等。这些包覆层或者易剥落、或者将氧引入纳米粉末中，而影响包覆的效果和质量。对纯金属纳米粉末的包覆，尤其是在线有机包覆还未见报导。名称为《表面包覆金属化合物的纳米氧化钛粉体及制备方法》的中国专利技术

(专利号：ZL.98117464.7)中公开了一种化学方法表面包覆金属化合物的纳米氧化钛粉体，该方法容易将杂质引入向纳米粉体，并且包覆材料局限在氧化物。

发明内容

本发明提供一种有机包覆金属纳米粉末的包覆方法及其装置。采用本发明可以同时进行金属纳米粉末的制备与有机包覆，达到在线有机包覆金属纳米粉末的目的；采用本发明也可以将已经制好的金属纳米粉末包覆上一层有机材料，实现离线有机包覆金属纳米粉末。

本发明所述的有机包覆金属纳米粉末的包覆方法含有以下内容：A、有机包覆金属纳米粉末的制备装置中的放电管、连接管、接收器、收集容器抽真空；B、向放电管通入氢气、有机气体和作为金属纳米粉末输运的、约1个大气压的惰性气流；C、加在放电管上的高频高压电源通电，调节其工作频率和电压，直到在放电管内产生均匀、连续、稳定的高压等离子体；D、使金属纳米粉末在惰性气流的定向输运下进入由氢气和有机气体生成的高压等离子体区；E、高压等离子体区的等离子体离子/原子吸附在金属纳米粉末表面上，在金属纳米粉末表面上生成一层主要组成为碳氢的有机薄膜，将金属纳米粉末包覆起来；F、在气流的定向输运下，被有机薄膜包覆的金属纳米粉末穿过高压等离子体区、进入收集容器。

本发明的有机包覆金属纳米粉末的制备装置包括：金属纳米粉末原料进入部分、金属纳米粉末分级管道、未反应的金属纳米粉末收集容器、连接管道I、连接管道II、有机包覆的金属纳米粉末接收器、有机包覆的金属纳米粉末收集容器、用于产生高压等离子体的发生装置、有机气体进入口、氢气进入口、惰性气流进入口，高压等离子体发生装置包括高频高压电源和放电管；其连接关系是，金属纳米粉末原料进入部分设置有惰性气流进入口，金属纳米粉末原料进入部分通过金属纳米粉末分级管道、连接管道与用于产生均匀、连续、稳定的高压等离子体发生装置的放电管连接，在金属纳米粉末分级管道外设置有水冷装置及冷却水入口和冷却水出口，在金属纳米粉末分级管道的下方还设置有未反应的金属纳米粉末收集容器；放电管下端分别设置有有机气体进入口和氢气进入口；放电管通过连接管道与有机包覆的金属纳米粉末接收器及收集容器连接；有机包覆的金属纳米粉末接收器的下端设置有一出口与真空泵连接。

用于产生高压等离子体发生装置的放电管采用圆柱形结构，从管内向管外依次排布为高压电极、紧靠高压电极的介质阻挡层、作为高压等离子体区的放电间隙、紧靠接地电极的介质阻挡层和接地电极。用于产生高压等离子体的发生装置的的高频高压电源的工作电压为1kV～35kV、工作频率为20kHz～40kHz。

本发明用于产生高压等离子体的电源是高频高压电源，在放电管的两金属电极之间放置介质阻挡如石英玻璃等来控制电子流密度，抑制放电形式从雪崩放电向流注放电转变，产生均匀、连续、稳定的高压等离子体。电源的工作电压必须足够高以保证电场足够强以击穿工作气体；工作频率必须适当，如果频率太低，放电不能启动；若太高，会在两电极间形成大量丝状放电。本发明中，放电气体为有机气体、氢气和惰性气体。当金属纳米粉末在气流的输运下穿过高压等离子体区时，金属纳米粉末强的表面吸附能力将引起带电的碳氢离子附着在粉末表面，从而将纳米粉末包覆起来。通过调节有机气体、氢气的气体流量，可以控制包覆层中的碳氢比例。