[发明专利]一种快速制备材料的微波等离子反应装置

说明书

本发明公开了一种用于快速制备材料的微波等离子体反应装置，属于微波应用技术领域。包括等离子体激发装置、反应器和气压调节装置，等离子体激发装置为商用微波源；反应器放置在微波腔内，同时将反应物放置在反应器内；通过真空连接法兰和真空气体调节阀调整输入气体的压力。当工作气体通过通道到达微波区域时，在气体调节阀的调节下生成等离子体，并加热反应物。本反应装置能够在常温常压下持续工作，生成高纯度、高质量的材料，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于微波应用技术领域，具体涉及一种快速制备材料的微波等离子反应装置。

背景技术

新材料的合成技术开发是科技创新的重要方面。而新材料制备方法的特点直接决定了材料颗粒的大小、形状、纯度、性能。由于等离子体具有能量集中、温度高且温度梯度大、活性高等特点特别适合材料的快速生长，所以等离子体合成新材料的方法逐渐被人们认识和掌握。目前，用来制备纳米粉末的等离子体法主要有直流电弧等离子体法、射频等离子体法、介质阻挡放电法和微波等离子体法。其中微波等离子体法最具有工业应用前景，原因是微波等离子体法具有以下优点：属于无极放电，消除了电极污染，使得纳米材料的纯度更高；具有更高的电离度、离解度和电子温度，能产生更多激发态的活性物质，生成纳米材料的效率更高；可以在更宽的气压范围内获得，尤其是能在高气压下维持等离子体，可能产生大体积的等离子体，便于工业应用；更安全，微波等离子体发生器和高压源是相互隔离的，微波泄漏相对容易控制和防护；此外，微波的产生、传输、控制技术已十分成熟，为微波的应用提供了有利条件，但由于其设备昂贵，使很多实验室工作人员望而却步。

目前能够用于快速制备材料的微波等离子体发生装置还很少见，尤其是能够在常温常压下工作且便于工业应用的装置还没有推广开来。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于制备纳米材料的微波等离子体反应装置，在常压下能够持续长时间工作，便于工业上的大规模推广应用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的技术方案如下：

一种快速制备材料的微波等离子反应装置，包括真空调节系统、等离子体激发装置和反应器，所述反应器的反应区置于等离子体激发装置内，所述真空调节系统包括抽气装置、抽气管路和工作气接入管路，所述工作气接入管路和抽气管路分别与反应器的进气端和出气端密闭连接，所述抽气管路还与抽气装置连接，在所述抽气管路和工作气接入管路上设置有气体调节阀。

本反应装置的等离子体激发装置可以为商用微波源；反应器放置在微波腔内，同时将反应物放置在反应器内；通过抽气装置形成真空环境，再由气体调节阀调整输入气体的压力。当工作气体通过通道到达微波区域时，在气体调节阀的调节下生成等离子体，并加热反应物。本反应装置能够在常温常压下持续工作，生成高纯度、高质量的纳米材料。

作为优选：在靠近所述反应器出气端的抽气管路上设置有真空计。

作为优选：所述抽气管路包括通过法兰接口连接的第一连接管和第二连接管，所述第一连接管通过真空密封连接头与反应器的出气端连接，所述第二连接管与抽气装置连接。

作为优选：所述第一连接管上设置有一个气体调节阀。

作为优选：所述第一连接管上设置三通接口，所述真空计通过管路与三通接口连接。

作为优选：所述工作气接入管路包括通过法兰接口连接的第三连接管和第四连接管，所述第三连接管通过真空密封连接头与反应器的进气端连接，第四连接管用于连接工作气供气装置，所述第三连接管上设置有一个气体调节阀。两个气体调节阀用于调节反应器内的气压。

作为优选：所述等离子体激发装置包括微波源、开关及微波腔室，所述反应器的反应区置于微波腔室内。

作为优选：所述反应器为U型管结构。