[发明专利]核壳纳米颗粒的气相合成原位包覆装置及方法

说明书

本发明公开了一种核壳纳米颗粒的气相合成原位包覆装置及方法。所述装置包括包覆环结构、前驱物输送装置及喷射装置；通过向包覆环结构进给含有用于包覆纳米颗粒的前驱物的包覆气流，采用喷射装置将包覆环结构内的包覆气流喷入位于环内的纳米颗粒合成火焰中，对纳米颗粒进行在线原位包覆。本发明采用携带有前驱物的包覆气流通过喷射实现对火焰中合成的纳米颗粒的在线原位包覆，包覆材料不会影响内核颗粒组分结构，可提高包覆后粉体的纯度，具有更广的适用范围；同时，通过包覆环结构与喷射装置配合还可实现对包覆颗粒纯度和均匀性的灵活调节和控制，例如结合对包覆气的射流位置、入射动量及流动均匀性的灵活调节，提高包覆颗粒的纯度及包覆均匀性。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成技术领域，具体涉及一种核壳纳米颗粒的气相合成原位包覆装置及方法，可应用于对高温气相合成纳米颗粒物的表面包覆修饰。

背景技术

纳米颗粒表面包覆作为一种提升纳米荧光颗粒发光性能的手段，可有效地抑制其与外界环境的能量交换引发的荧光淬灭。目前，核/壳结构纳米颗粒包覆合成的途径主要可分为两大类，即多步合成路线和一步合成路线。

在多步合成路线中，内核颗粒的制备与包覆过程是不连续的，多采用湿化学法开展合成，如先利用水热法制备内核纳米荧光颗粒，将其收集后再利用溶胶凝胶法在其表面包覆一层壳颗粒，而这将消耗更多的时间和工艺成本，同时带来了更大的操作难度，颗粒性能质量的不确定性风险将大幅提升。

在一步合成法中，纳米颗粒的合成与包覆过程将在连续一体化的单元中完成，只需收集最终纳米颗粒产物即可，其主要基于气相气溶胶合成方法，如雾化火焰合成法。当前，已有学者利用该技术，通过配制SiO₂胶体与硝酸钇、硝酸铕盐的混合溶液作为前驱物，成功合成了SiO₂包覆的Y₂Si₂O₇:Eu核壳型纳米荧光颗粒，但由于前驱物溶液中包含了二氧化硅胶体，导致硅元素在整个合成过程中将与钇、铕元素发生充分混合反应，内核颗粒不可避免的会包含硅元素，这种方法仅适用于组成成分包含硅元素的内核颗粒开展表面SiO₂包覆，而针对其他不含硅元素组分的内核颗粒将不再适用，很大程度上限制了包覆对象的种类范围。

发明内容

基于此，根据本发明的一个实施方式，其目的在于提供一种核壳纳米颗粒的气相合成原位包覆装置及方法，其通过独立的包覆环结构可实现在纳米颗粒合成后对其进行在线原位包覆，从而解决现有包覆方法中包覆材料对内核颗粒组分结构造成影响的问题，提高包覆后粉体的纯度；而且可以适合于更多种类纳米颗粒的包覆。

上述目的可以通过以下技术方案的实施方式实现：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种核壳纳米颗粒的气相合成原位包覆装置，包括：

包覆环结构，为环形，以环内套设纳米颗粒合成火焰的方式布置；

前驱物输送装置，与包覆环结构的内部连通，用于向所述包覆环结构的内部输送包覆气流；其中，所述包覆气流中含有用于包覆纳米颗粒的前驱物；

喷射装置，沿包覆环结构的内侧周向间隔设置有多个，所述喷射装置的第一端与包覆环结构的内部连通，第二端位于环内，所述喷射装置用于将包覆环结构内部的包覆气流喷入纳米颗粒合成火焰中，以对纳米颗粒合成火焰中的纳米颗粒进行在线原位包覆。

可选地，所述喷射装置为套管结构，包括内管和外管，内管和外管第二端处所形成的环形通道内设置有螺旋结构。其中，多个喷射装置将包覆环内的包覆气流以多股射流形式喷出，且每股射流以直流射流、旋流射流或者外侧旋流射流包裹内侧直流射流方式喷出。

可选地，所述内管和外管均包括固定部和活动部，所述活动部可旋转地安装在固定部上。从而使得位于环内的喷射装置可旋转，从而使得喷射角度可调节。