[发明专利]一种微等离子体离解醇类制备纳米金刚石方法

说明书

技术领域

本发明涉及金刚石制备领域，特别是涉及一种微等离子体离解醇类制备纳米金刚石方法。

背景技术

碳由多种存在形式，在散装和纳米尺度包含有石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和纳米金刚石。其中纳米金刚石，因为其表现出新颖的机械、光学和生物特性，引起兴趣广泛的技术应用。纳米金刚石的主要制备方法有高温高压法、冲击法、爆轰法、化学气相沉积法等，制备条件苛刻，需要高温或高压环境才能实现。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种微等离子体离解醇类制备纳米金刚石方法，该方法具有在室温和一个标准大气压下制备高纯度纳米金刚石的潜力。

本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：

提供一种微等离子体离解醇类制备纳米金刚石方法，1)将含有醇类蒸汽和氩气的混合气通过进料口进入微等离子体装置，醇类包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或其它醇；2)启动与上电极和下电极相连的高压电源，微等离子体反应器开始工作；3)施加的高电压将电极之间的混合气击穿电离，形成微弧微等离子体，处于等离子体区域中的醇类蒸汽，在高能电子、自由基活性物质以及电场的作用下，发生等离子体化学反应生成纳米金刚石，纳米金刚石随着未反应的混合气从出料口排出。

所述的微等离子体装置，包括微等离子体反应器及给微等离子体反应器供电的高压电源；微等离子体反应器包括进料口、石英容器、上电极、下电极、上聚四氟乙烯密封圈、下聚四氟乙烯密封圈、上反应接头、下反应接头、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、出料口；上电极和下电极通过高压电线与高压电源相连接，上电极和下电极同轴置于石英容器内，上电极和下电极形状和材料相同，为带有尖端的不锈钢棒；石英容器通过上反应接头、下反应接头固定，并在上下连接处分别设置上聚四氟乙烯密封圈和下聚四氟乙烯密封圈；上反应接头通过上聚四氟乙烯法兰支撑，下反应接头通过下聚四氟乙烯法兰支撑；石英容器设置进料口和出料口，含有醇类蒸汽和氩气的混合气通过进料口进入微等离子体反应器，在装置工作时，醇类蒸汽将完全暴露在微弧微等离子体区域中。

本发明在接近室温的条件下形成纳米金刚石具有广泛的科学内涵和商业潜力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中：1微等离子体反应器，2高压电源，3进料口，4石英容器，5上电极，6下电极，7上聚四氟乙烯密封圈，8下聚四氟乙烯密封圈，9上反应接头，10，下反应接头，11上聚四氟乙烯法兰，12下聚四氟乙烯法兰，13出料口，14微弧微等离子体。

具体实施方式

实施例

如附图1所示，本发明的微等离子体装置包括微等离子体反应器1和高压电源2，微等离子体反应器1包括进料口3、石英容器4、上电极5、下电极6、上聚四氟乙烯密封圈7、下聚四氟乙烯密封圈8、上反应接头9、下反应接头10、上聚四氟乙烯法兰11、下聚四氟乙烯法兰12、出料口13。上电极5和下电极6通过高压电线与高压电源2相连接，上电极5和下电极6同轴置于石英容器4内，为带有尖端的不锈钢棒；石英容器4通过上反应接头9、下反应接头10固定，并在上下连接处分别设置上聚四氟乙烯密封圈7和下聚四氟乙烯密封圈8；上反应接头9通过上聚四氟乙烯法兰7支撑，下反应接头10通过下聚四氟乙烯法兰8支撑；石英容器4设置进料口3和出料口13，含有醇类蒸汽和氩气的混合气通过进料口3进入微等离子体反应器1，在装置工作时，醇类蒸汽将完全暴露在微弧微等离子体14区域中。

实验条件：上电极5和下电极6为带有尖端的直径6mm、长12cm不锈钢棒，高压电源2输入电压为5kV，选取乙醇作为醇类代表物。将含有乙醇蒸汽和氩气的0.2L/min混合气通过进料口进入微等离子体装置，乙醇浓度为300PPM；启动与上电极和下电极相连的高压电源，调节电压到5kV，微等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的混合气击穿电离，形成微弧微等离子体，处于等离子体区域中的乙醇蒸汽，在高能电子、自由基活性物质以及电场的作用下，发生等离子体化学反应生成纳米金刚石，纳米金刚石随着未反应的混合气从出料口排出，收集到的纳米金刚石颗粒以3～10nm直径为主。