[实用新型]弱旋滞止火焰合成纳米材料系统

说明书

本实用新型属于纳米材料合成技术，具体是一种利用气体燃烧器进行火焰合成纳米材料的弱旋滞止火焰合成纳米材料系统。本实用新型包括气瓶、混合器、前驱物蒸汽生成器、保温附着层、弱旋滞止火焰合成器、蒸汽喷嘴、滞止盘、伺服电机。在本实用新型中，将燃料气、氧气、配气组成的预混气体和前驱物蒸汽分两路通入气体燃烧器，预混气在螺旋片作用下形成预混气旋，前驱物蒸汽由蒸汽喷嘴通过中心管孔喷射出去，在预混气旋中初步混合，预混气在燃烧腔出口处形成稳定的弱旋流场，前驱物蒸汽进一步分散均匀，经过合适的喷嘴后在滞止盘的作用下，在弱旋滞止火焰中生成纳米颗粒。本实用新型结构简单、操作方便、适应范围广，易于工业化放大。

技术领域

本实用新型属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种利用能够形成弱旋滞止火焰的气体燃烧器进行火焰合成纳米材料的方法及系统。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，由于其特殊性能，近年来受到人们极大点的关注。纳米材料制备方法有很多，但在工业上应用的方法主要有两种，湿化学制备法和火焰合成法。其中湿化学制备方法制备周期长、操作要求高、材料纯度不足、生产能力低下。而火焰合成法具有生产效率高、制备周期短、工艺简单、合成物纯度高、易于工业放大等优点，但也存在不足，例如生成的纳米颗粒易烧结、颗粒粒径过大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种弱旋滞止火焰合成纳米材料系统，以合成较小粒径的纳米颗粒，并避免出现生成的纳米颗粒烧结问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的，本实用新型包括气路子系统、材料合成子系统、材料收集子系统，所述气路子系统包括燃料气瓶、氧气气瓶、配气气瓶、混合器、蒸汽管路、前驱物、前驱物蒸汽生成器、混合管；所述材料合成子系统包括固定支架、中空中心管、中心管孔、蒸汽喷嘴、螺旋片、蒸汽分布器、隔板、燃烧腔、可变喷嘴；所述材料收集子系统包括滞止盘、伺服电机；固定支架布置在燃烧腔内，中空中心管布置在固定支架上，中空中心管上分两侧开有对应数目的中心管孔，每个中心管孔处放置一只蒸汽喷嘴，螺旋片均匀布置在中空中心管的外侧壁上，隔板布置在中空中心管的顶部，蒸汽分布器布置在隔板上，可变喷嘴安装在燃烧腔底部，滞止盘布置在可变喷嘴的下方并与伺服电机连接在一起；燃料气瓶、氧气气瓶、配气气瓶的排气管路均与混合器的入口连接在一起，混合管的进口与混合器的出口相连接，混合管的出口布置在燃烧腔内并位于固定支架的上方；前驱物布置在前驱物蒸汽生成器内，蒸汽管路的进口与前驱物蒸汽生成器的出口相连接，蒸汽管路的出口与蒸汽分布器相连接。

进一步地，在本实用新型中，燃料气瓶内为甲烷或乙烯，配气气瓶内为氮气。

更进一步地，在本实用新型中，蒸汽管路外设置保温附着层。

更进一步地，在本实用新型中，前驱物蒸汽生成器所采取的蒸汽生成方式包括电加热生成蒸汽、水浴加热生成蒸汽或降低蒸汽压生成蒸汽。

更进一步地，在本实用新型中，可变喷嘴包括两种主要形式：渐缩式或者缩放式。

更进一步地，在本实用新型中，滞止盘材质为耐高温材料，其相对于可变喷嘴的出口高度可调。

更进一步地，在本实用新型中，前驱物的状态包括固态、液态、气态三种。

本实用新型的基本原理包括三个部分：

1)前驱物蒸汽生成器作用下，前驱物转变生成前驱物蒸汽，并在保温附着层作用下维持蒸汽状态；在进入燃烧腔前经过蒸汽分布器分流，每股蒸汽流连接不同的蒸汽喷嘴，在不同的中心管孔处将前驱物蒸汽喷射出去；

2)燃料气、氧气、配气三股气路经过混合器后形成预混气，在进入燃烧腔前由隔板将预混气路与前驱物蒸汽分隔开；待预混气进入燃烧腔后，在螺旋片的作用下形成预混气旋，并且与前驱物蒸汽初步混合；而后在气体旋流区进一步发展分散形成弱旋流场，前驱物蒸汽在弱旋流场中进一步均匀分散。