制备纳米薄膜的系统及方法 |
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| 申请号 | CN201710349730.6 | 申请日 | 2017-05-17 | 公开(公告)号 | CN107267918A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 深圳市航盛新材料技术有限公司; | 发明人 | 张启辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 揭示一种制备纳米 薄膜 的系统及方法，其中制备纳米薄膜的系统包括处理装置、等离子发生器、偏转装置与成型装置；偏转装置包括第一管道与第一电磁线圈；成型装置设置有 基层 ；等离子发生器将制备纳米薄膜的原料电离成阴离子与阳离子；第一电磁线圈将阴离子或者阳离子偏转进入第一管道，阴离子或者阳离子通过第一管道进入成型装置，成型装置使所述阴离子得到 电子 形成 原子 或使所述阴离子失去电子形成原子，在基层形成纳米薄膜。本发明大大提高了纳米薄膜的 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种制备纳米薄膜的系统，其特征在于，包括处理装置、等离子发生器、偏转装置与成型装置； |
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| 说明书全文 | 制备纳米薄膜的系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及到制备纳米薄膜领域，特别是涉及到一种制备纳米薄膜的系统及方法。 背景技术[0002] 纳米薄膜是指由尺寸为纳米数量级(1～100nm)的组元之间相互连结镶嵌于基层所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性。组元一般为纳米粉体，也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子，它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒，纳米粉体的形态有球形、板状、棒状、角状、海绵状等，制成纳米粉体的成分可以是金属、氧化物或者化合物等。现有技术中，制备纳米粉体一般包括固相研磨法和液相沉淀法，但是固相研磨法制备的纳米粉体不具备化学活性，且纳米粉体的粒度不均匀，液相沉淀法制备的纳米粉体杂质较多，以至纳米薄膜使用上述纳米粉体作为组元后，品质难以符合高端市场的要求。 发明内容[0003] 本发明的主要目的为提供一种制备纳米薄膜的系统及方法，使用该系统能制备出更高质量的纳米薄膜。 [0004] 本发明提出一种制备纳米薄膜的系统，包括处理装置、等离子发生器、偏转装置与成型装置； [0005] 所述偏转装置包括第一管道与第一电磁线圈； [0006] 所述成型装置设置有基层； [0007] 所述处理装置导通连接所述等离子发生器的一端，所述等离子发生器的另一端与第一管道的一端导通连接，所述第一管道的另一端导通连接所述成型装置； [0008] 所述等离子发生器将原料电离成阴离子与阳离子； [0009] 所述第一电磁线圈临近所述第一管道与等离子发生器导通连接的一端设置，并将所述阴离子或者阳离子偏转进入第一管道，所述阴离子或者阳离子通过所述第一管道进入所述成型装置； [0010] 所述成型装置使所述阴离子得到电子形成原子或使所述阳离子失去电子形成原子，在所述基层上形成纳米薄膜。 [0011] 进一步地，制备纳米薄膜的系统还包括原料罐； [0012] 所述处理装置包括除油器、除水器与加热箱，所述原料罐导通连接所述除油器，所述除油器导通连接所述除水器，所述除水器导通连接所述加热箱，所述加热箱导通连接所述等离子发生器。 [0013] 进一步地，所述处理装置与等离子发生器通过加速装置导通连接，所述加速装置包括拉瓦尔喷管，所述拉瓦尔喷管的收缩管导通连接所述加热箱，所述拉瓦尔喷管的扩张管导通连接所述等离子发生器。 [0014] 进一步地，所述加速装置还包括加热夹套，所述加热夹套包覆在所述拉瓦尔喷管外壁。 [0015] 进一步地，制备纳米薄膜的系统还包括副产物收集装置，所述副产物收集装置包括第二管道、静电发生器与收集罐，所述第二管道的一端导通连接所述第一管道，并与所述第一管道在一条直线上，所述等离子发生器垂直导通连接所述第一管道与第二管道连接的一端，所述第二管道的另一端导通连接所述收集罐，所述静电发生器临近所述收集罐设于所述第二管道内。 [0016] 进一步地，所述成型装置包括第二电磁线圈与密封箱，所述密封箱包括导流板与收集组件； [0017] 所述第一管道导通连接所述成型装置的密封箱； [0018] 所述第二电磁线圈临近所述第一管道连接所述密封箱的一端设置； [0019] 所述基层设于收集组件上； [0020] 所述收集组件设于所述密封箱内，所述导流板设置在所述第一管道连接所述密封箱的一端端口，所述第二电磁线圈与导流板配合将所述阴离子或者阳离子导向所述基层。 [0021] 进一步地，所述收集组件包括传送装置，所述传送装置包括放料轮、第一导向轮、第二导向轮与收料轮； [0022] 所述放料轮收卷所述基层，所述基层通过第一导向轮与第二导向轮传送到收料轮； [0023] 所述收集组件通过设置静电发生分布器使所述阴离子得到电子形成原子或使所述阳离子失去电子形成原子； [0024] 所述纳米薄膜形成在所述第一导向轮与第二导向轮之间的基层的一面上，所述静电发生分布器临近所述第一导向轮与第二导向轮之间的基层的另一面设置。 [0027] 本发明还提出一种利用上述制备纳米薄膜的系统来制备纳米薄膜的方法，包括以下步骤： [0028] 所述原料在真空环境中经除水、除油、加热后进入所述等离子发生器； [0029] 在所述等离子发生器的作用下变成阳离子与阴离子； [0030] 所述阳离子或阴离子在所述第一偏转线圈的作用下进入所述第一管道； [0031] 所述阴离子或者阳离子通过所述第一管道进入所述成型装置； [0032] 所述成型装置使所述阴离子得到电子形成原子或使所述阳离子失去电子形成原子，在基层形成纳米薄膜。 [0033] 本发明的有益效果：原料在经过处理装置除水、除油、加热等处理后，避免了纳米薄膜在制备成型后存在较多的杂质而影响质量，当原料为气态时，处理装置可以对原料进行加热，以增加原料的化学活性，使原料通过等离子发生器时更易被电离变成阳离子与阴离子，当原料不是气态时，处理装置可将原料加热至气态，阳离子或阴离子在第一电磁线圈的偏转作用下通过第一管道进入成型装置，在基层上形成纳米薄膜；处理装置通过加速装置连接等离子发生器时，可以增加原料的流速，进一步增加了原料的活性，细化纳米粉体，均匀纳米粉体的粒度，大大提高了纳米薄膜的质量，也增加了工作效率，并且本发明是以物理反应为主，避免了化学反应中杂质离子难以分离的缺点，提高了纳米薄膜的纯度。附图说明 [0034] 图1是本发明一实施例的一种制备纳米薄膜的系统的结构示意图； [0035] 图2是本发明一实施例的一种制备纳米薄膜的方法的流程图。 [0036] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 具体实施方式[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0038] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。 [0039] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。 [0040] 参照图1，本发明一实施例的一种制备纳米薄膜的系统，包括处理装置、等离子发生器7、偏转装置与成型装置；偏转装置包括第一管道16与第一电磁线圈17；成型装置设置有基层22；处理装置导通连接等离子发生器7的一端，等离子发生器7的另一端与第一管道16的一端导通连接，第一管道16的另一端导通连接成型装置；等离子发生器7将原料电离成阴离子与阳离子；第一电磁线圈17临近第一管道16与等离子发生器7导通连接的一端设置，并将阴离子或者阳离子偏转进入第一管道16，阴离子或者阳离子通过第一管道16进入成型装置，成型装置使阴离子得到电子形成原子或使阳离子失去电子形成原子，在基层22上形成纳米薄膜。 [0041] 本发明的原料在经过处理装置除水、除油、加热等处理后，避免了纳米薄膜在制备成型后存在较多的杂质而影响质量，当原料为气态时，处理装置可以对原料进行加热，以增加原料的化学活性，使原料通过等离子发生器7时更易被电离变成阳离子与阴离子，当原料不是气态时，处理装置可将原料加热至气态，阳离子或阴离子在第一电磁线圈17的偏转作用下通过第一管道16进入成型装置，在基层22上形成纳米薄膜。 [0042] 在本实施例中，处理装置对制备纳米薄膜的原料进行预处理，除去掺杂在原料中杂质，以提高纳米薄膜的质量，预处理可以是除水、除油、加热等。原料一般为气态，在制备纳米薄膜前一般存储在原料罐1中，需要制备纳米薄膜时，从原料罐1放出。处理装置在处理原料前处于真空状态，可以理解，各个装置之间可相互导通，所以在处理原料前也为真空状态，保证制备纳米薄膜的系统中没有其他杂质，也保证了等离子发生器7成功将原料电离成阴离子与阳离子，还使原料从原料罐1中放出时具有一定的流速；当原料不是气态时，可以通过处理装置加热至气态。等离子发生器7将处理后的原料电离为阳离子与阴离子后，偏转装置可以选择将阳离子或者阴离子偏转进入第一管道16，并经过第一管道16进入成型装置，，为了使制备纳米薄膜时的效果做好，可以将等离子发生器7水平设置，第一管道16竖直设置；偏转装置可以使用第一电磁线圈17，使用第一电磁线圈17更易将阴离子或者阳离子的偏转进入第一管道16，可以理解，当使用其他装置能使阴离子或者阳离子更容易偏转进入第一管道16时，也可以使用其他装置。另外，本发明的实施例中，所称原料不包括基层22，阴离子可以在得到电子后或者阳离子在失去电子后在基层22上形成排列层10，排列层10上各个原子连结在一起即是纳米薄膜，或者在基层22上形成排列层10后阴离子再得到电子或者阳离子再失去电子，形成纳米薄膜。 [0043] 在本发明的一实施例中，制备纳米薄膜的系统还包括原料罐1；处理装置包括除油器2、除水器3与加热箱4，原料罐1导通连接除油器2，除油器2导通连接除水器3，除水器3导通连接加热箱4，加热箱4导通连接等离子发生器7。原料罐1用于储存气态或者其他状态的原料，当需要制备纳米薄膜时，原料从原料罐1中放出，经过除油器2、除水器3与加热处理后，才进入等离子发生器7，以便除去原料中的杂质，提高纳米薄膜的质量。 [0044] 在本发明的一实施例中，处理装置与等离子发生器7通过加速装置导通连接，加速装置包括拉瓦尔喷管5，拉瓦尔喷管5的收缩管导通连接加热箱4，拉瓦尔喷管5的扩张管导通连接等离子发生器7。在本发明另一实施例中，加速装置还包括加热夹套6，加热夹套6包覆在所述拉瓦尔喷管5外壁。使用拉瓦尔喷管5后，可以使原料经过拉瓦尔喷管5时自动加速，不需要其他动力装置即可使原料加速，节省了生产成本，并且原料加速后，可以使最后得出的纳米粉体更细，粒度更均匀，且活性更高。在拉瓦尔喷管5外壁设置加热夹套6，保证原料在经过拉瓦尔喷管5时，温度不会降低，进而影响等离子发生器7对原料的电离等。 [0045] 在本发明的一实施例中，还包括副产物收集装置，副产物收集装置包括第二管道18、静电发生器19与收集罐20，第二管道18的一端导通连接第一管道16，并与第一管道16在一条直线上，等离子发生器7垂直导通连接第一管道16与第二管道18连接的一端，第二管道 18的另一端导通连接收集罐20，静电发生器19临近收集罐20设于第二管道18内，原料经过等离子发生器7电离后，在第一电磁线圈17的产生的洛伦兹力作用下，阴离子或者阳离子分别偏转进入第一管道16或者第二管道18。当需要选择阴离子作为合成纳米薄膜时，选择阴离子偏转进入第一管道16，不需要的阳离子偏转进入第二管道18；当需要选择阳离子作为合成纳米薄膜时，选择阳离子偏转进入第一管道16，不需要的阴离子偏转进入第二管道18； 进入第二管道18的阳离子或者阴离子与静电发生器19产生的电子结合形成副产物进入收集罐20中，静电发生器19临近收集罐20设置，避免影响进入第一管道16的离子。 [0046] 在本发明的一实施例中，成型装置包括第二电磁线圈8与密封箱14，密封箱14包括导流板9与收集组件；第一管道16导通连接成型装置的密封箱14；第二电磁线圈8临近第一管道16连接密封箱14的一端设置；基层22设于收集组件上；收集组件设于密封箱14内，导流板9设置在第一管道16连接密封箱14的一端端口，第二电磁线圈8与导流板9配合将阴离子或者阳离子导向基层22。通过第二电磁线圈8可以控制阴离子或者阳离子的偏转方向，使阴离子或者阳离子排列在基层22上，使阴离子或者阳离子连结，可以通过设置厚度调节器使使阴离子或者阳离子平整地排列在基层22上；导流板9防止阴离子或者阳离子偏转时超出基层22可接收的范围。当形成的原子没有连结在一起时，可以使用其他工具收集起来，作为纳米粉体使用。 [0047] 在本发明的一实施例中，收集组件包括传送装置，传送装置包括放料轮12、第一导向轮11、第二导向轮13与收料轮15；放料轮12收卷基层22，基层22通过第一导向轮11与第二导向轮13传送到收料轮15；纳米薄膜形成在第一导向轮11与第二导向轮13之间的基层22的一面上，收集组件通过设置静电发生分布器23使阴离子得到电子形成原子或使阴离子失去电子形成原子；静电发生分布器23临近第一导向轮11与第二导向轮13之间的基层22的另一面设置。传送装置的设置可以实现持续制备纳米薄膜，静电发生分布器23产生电子，使阴离子得到电子形成原子或使阳离子失去电子形成原子，可以理解，基层22上也可以自带电子，实现上述目的，传送装置传送的动力可以设置在放料轮12、第一导向轮11、第二导向轮13与收料轮15中任意一个或多个。 [0048] 在本发明的一实施例中，导通连接为通过导管连接，导管上设置有阀门，方便控制，具体地，还设有真空控制器21，用于调节制备纳米薄膜的系统内部的真空度，真空控制器21可以与密封箱14导通连接。 [0049] 本发明还提出一种制备纳米薄膜的方法，包括以下步骤： [0050] S1、原料在真空环境中经除水、除油、加热后进入等离子发生器7。 [0051] S2、在等离子发生器7的作用下变成阳离子与阴离子。 [0052] S3、阳离子或阴离子在第一偏转线圈的作用下进入第一管道16。 [0053] S4、阴离子或者阳离子通过第一管道16进入成型装置。 [0054] S5、成型装置使阴离子得到电子形成原子或使阳离子失去电子形成原子，在基层22形成纳米薄膜。 [0055] 在一具体实施例中，将甲烷气体作为原料，甲烷气体在真空环境中经除水、除油、加热后进入等离子发生器7，在等离子发生器7的作用下变成氢离子与碳离子，碳离子在在第一偏转线圈的作用下进入第一管道16，在第二电磁线圈8与导流板9的导向作用下导向基层22一面上形成相互连结排列层10，收集组件通过静电发生分布器23产生电子，使碳离子得到电子形成原子，在基层22上形成原子级别的石墨烯薄膜，即纳米薄膜。可以理解，当使用其他原料时，该方法同样可以实现。 [0056] 本发明的原料在经过处理装置除水、除油、加热等处理后，避免了纳米薄膜在制备成型后存在较多的杂质而影响质量，当原料为气态时，处理装置可以对原料进行加热，以增加原料的化学活性，使原料通过等离子发生器时更易被电离变成阳离子与阴离子，当原料不是气态时，处理装置可将原料加热至气态，阳离子或阴离子在第一电磁线圈的偏转作用下通过第一管道进入成型装置，在基层22上形成纳米薄膜；处理装置通过加速装置连接等离子发生器时，可以增加原料的流速，进一步增加了原料的活性，细化纳米粉体，均匀纳米粉体的粒度，大大提高了纳米薄膜的质量，也增加了工作效率。 |
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