[发明专利]一种激波辅助超短脉冲放电的纳米粒子的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米粒子的制备方法及装置，属于纳米材料领域技术。

背景技术

由于纳米粒子具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子效应、宏观量子隧道效应和催化效应。因此,它在催化性能、光学性能、磁性能、增强增韧性能、储氢性能和润滑性能等方面都具有特异功能，从而获得了广泛的应用。主要应用于:催化剂、纳米电子器件、传感器、磁性材料、光学和隐身材料以及增韧补强材料、生物医学材料。在增强结构材料方面有纳米颗粒增强材料、纳米晶须、纤维增强材料、纳米颗粒助烧结材料、纳米焊接技术。在磁性材料方面有纳米巨磁电阻材料、纳米磁记录材料、纳米微晶软磁材料、纳米微晶稀土永磁材料、纳米磁制冷工质材料。在生物材料方面有纳米复合牙齿替代材料、纳米复合骨替代材料。在半导体方面有纳米温敏材料、纳米压敏材料、纳米湿敏材料、纳米气敏材料、纳米光敏材料。在光学隐身材料方面有纳米光学隐身材料,其中又分为可见光隐身、微波隐身、红外隐身和激光隐身等。纳米粒子材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一。

纳米粒子的制备作为当前研究的热点，国内外的众多专家学者均对其展开了广泛的研究。目前，纳米粒子的制备方法有很多种，如机械粉碎法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法、水热合成法、离子溅射法等。

发明内容

本发明提供了一种新的纳米粒子的制备方法及装置—激波辅助超短脉冲放电的纳米粒子制备方法及装置。

激波辅助超短脉冲放电的纳米粒子的制备方法是：

(1)工作液槽中加入工作液，浸过加工工件和工具电极；

(2)加工工件和工具电极分别连接于超短脉冲电源两极，通过位移平台实现加工工件的进给，使加工工件和工具电极之间形成连续的脉冲性放电，利用放电通道中产生的瞬时高温去除材料，产生蚀除产物；

(3)在步骤(2)进行的同时，利用激波发生器对放电通道施加激波，将放电通道中的蚀除产物分散，凝固后，再对工作液过滤，得纳米粒子；工作液回收使用；

激波脉冲宽度的范围是500ns～5μs，激波压力的范围是10MPa～100MPa。

选择不同材质的加工工件可以制得不同材质的纳米粒子，上述加工工件的材质是能进行放电加工的任何材料，如导电性能良好的金属材料（如：铜、银等），具有导电性能半导体物质的(如：硅、锗等)，绝缘材料（如宝石、陶瓷等），当加工工件时绝缘材料，则在将加工工件置于工作液槽之前，还需要在加工工件上添加一个辅助电极。上述加工工件与辅助电极的固定方式可以是常规的物理或者化学方法，例如：涂覆、喷镀或机械夹紧等。工具电极和加工工件为同一种材料时能得到不含任何杂质的纳米粒子。

上述的工作液优选为绝缘液体，保证放电加工过程的顺利进行。

超短脉冲电源产生的放电脉冲的脉宽优选为50ns～500ns。

在制备过程中，工作液在工作液槽外部进行循环流动，并对其进行过滤。这不仅可以改善加工间隙状态，保证了加工的顺利进行，同时也可以收集制备出的纳米粒子。

本发明还提供了一种激波辅助超短脉冲放电的制备纳米粒子的装置，其特征在于：在位移平台上固定工作液槽，在工作液槽内固定激波发生器，激波发生器连接至激波电源；工作液槽内、离激波发生器正上方1cm～10cm处固定有一个工具电极；工具电极上方是加工工件，加工工件固定于位移平台上的支架，工具电极和加工工件均连接至超短脉冲电源；还包括一个带有过滤装置的工作液循环系统，两端与工作液槽相连，形成闭合环路。

位移平台用于保证加工中工具电极和激波发生器的定位精度和进给精度，使加工连续顺利进行。

作为对上述装置的优选，位移平台的重复定位精度<0.2μm，进给分辨率<0.2μm。

上述的激波发生器可以由上盖板、下底板、固定在上盖板和下底板之间的换能器组成。

上述的激波发生器，上盖板可以是绝缘介质，换能器可以是压电陶瓷。

上述的加工工件的材质为陶瓷等高电阻率材料时，加工工件上还需要有一层导电材料作为辅助电极。

装置中的过滤装置，可以采用公知的微滤膜、超滤膜等过滤装置，用于对生成的纳米粒子进行收集。

综上，本发明提供的使用激波辅助超短脉冲放电的制备纳米粒子的方法及装置具有如下有益效果：

(1)通过超短脉冲电源严格控制单脉冲放电能量，使单次放电能量尽可能减小，从而减少了单次放电蚀除材料尺寸，为蚀除材料的进一步细化奠定了基础。