CN111672389A - 一种纳米合金材料的分散设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种纳米合金材料的分散设备，包括机架，还包括设置于机台上的分散槽，所述分散槽的底部和/或侧面分别设置至少一个多频超声波换能器，所述多频超声波换能器电连接超声波发生器，所述多频超声波换能器能够发出40KHz‑120KHz的超声波。本发明由于采用了多频超声波换能器，具备在40KHz‑120KHz范围内调整发射频率的能力，在工作中通过超声波发生器设置发射频率以及调整的时间间隔，能够有效地通过不同频率的超声波消除驻波现象发生的可能，提升纳米合金材料软团聚体的解团聚效率和质量。

Description

一种纳米合金材料的分散设备

技术领域

本发明涉及到纳米合金材料的制备设备，特别是涉及到一种纳米合金材料的分散设备。

背景技术

纳米材料粉体的团聚产生于颗粒间的相互作用，一般分为两种：粉体的软团聚和硬团聚。粉体的软团聚主要是由于颗粒间的范德华力和库仑力所致。该团聚可以通过溶剂的分散或轻微的机械力(超声、研磨)的方式消除。因此市面上出现了针对纳米材料制备的超声分散设备，但是现有的超声分散设备采用的超声波换能器只能发出固定频率的声波，这也导致了问题的出现，由于超声波具有良好的直线传播特性，发射出来的超声波大部分会被液面或分散容器的底面及其侧壁反射回分散液中，垂直向上与向下或者水平向左与向右的两束频率相同的超声波相遇，当密部与疏部正好叠加时，相互抵消，产生驻波，而失去分散能力。

驻波是指频率相同、传输方向相反的两束波相互叠加所形成的的波，作为超声分散设备，由于其发射的超声波频率固定，加上分散槽的空腔结构，因此极易产生上述的驻波现象，出现驻波现象之后，纳米材料颗粒会聚集在波节处，由于驻波的特性，导致波节处的材料颗粒得不到有效的分散，严重影响纳米合金材料的软团聚体的解团聚过程，导致分散后的纳米材料的质量不符合要求。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种能够高效解开纳米合金材料软团聚体的纳米合金材料的分散设备。

本发明提出一种纳米合金材料的分散设备，包括机架，还包括设置于机台上的分散槽，所述分散槽的底部和/或侧面分别设置至少一个多频超声波换能器，所述多频超声波换能器电连接超声波发生器的倍频电路，所述多频超声波换能器能够发出40KHz-120KHz的超声波；

所述分散设备还包括上盖，所述上盖的顶部设置有电机，所述电机的输出轴连接一分散器，所述分散器在上盖盖在所述分散槽上时，所述分散器伸入所述分散槽中。

作为本发明的进一步方案：所述分散槽是一体成型的，槽的内壁光滑平整。

作为本发明的进一步方案：所述多频超声波换能器通过胶粘的方式固定于所述分散槽的底部。

作为本发明的进一步方案：所述分散槽包括槽身以及槽口凸缘，所述槽口凸缘用于将整个所述分散槽架设于所述机架上。

作为本发明的进一步方案：所述槽口凸缘与所述机架之间设置有软连接件，所述槽口凸缘与所述机架通过所述软连接件间接接触。

作为本发明的进一步方案：所述软连接件为橡胶。

作为本发明的进一步方案：所述上盖的底面边缘能够与所述分散槽的上边缘契合，使两者间形成一密闭空间。

作为本发明的进一步方案：所述分散槽的内壁上设置有用于扰流的凸起。

作为本发明的进一步方案：所述分散槽上与所述上盖的接触部位设置有密封槽，所述密封槽中设置有密封条。

作为本发明的进一步方案：所述分散器为高剪切分散器。

本发明所产生的技术效果：本发明由于采用了多频超声波换能器，具备在40KHz-120KHz范围内调整发射频率的能力，在工作中通过超声波发生器设置发射频率以及调整的时间间隔，能够有效地通过不同频率的超声波消除驻波现象，防止聚集在波节处的粉体颗粒得不到充分的分散，提升纳米合金材料软团聚体的解团聚效率和质量。

附图说明

图1是本发明提供的分散设备的结构示意图；

图2是本发明提供的分散槽的第一视角图；

图3是本发明提供的分散槽的第二视角图；

图4是图1中A处的放大图；

图5是经过本发明分散后的纳米材料颗粒放大十万倍的电镜照片。

附图标记：100-机架；200-分散槽；210-槽身；220-槽口凸缘；230-密封槽；240-密封条；300-多频超声波换能器；400-超声波发生器；500-上盖；600-电机；700-分散器；800-软连接件。

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

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-图5，一种纳米合金材料的分散设备，包括机架100，还包括设置于机台上的分散槽200，所述分散槽200的底部和/或侧面分别设置至少一个多频超声波换能器300，所述多频超声波换能器300电连接超声波发生器400的倍频电路，所述多频超声波换能器300能够发出40KHz-120KHz的超声波。在电子电路中，产生的输出信号频率是输入信号频率的整数倍称为倍频。假设输入信号频率为n，则第一个倍频2n，相应地3n,4n……等均称为倍频。假设在本实施例中，多频超声波换能器300的基频为20KHz，四倍频即80KHz，六倍频即120KHz。

在本发明中，要解决驻波现象，需要从驻波产生的两个要素：相同频率、方向相反入手，本发明主要针对频率提出优化方案，既然我们已经知道相同频率是产生驻波的要素之一，那么破坏驻波的条件就是改变发射频率或者改变反射波的方向，相比改变反射波，改变发射频率要更为简单，因此，在本发明中采用了多频超声波换能器300，利用倍频技术，使多频超声波换能器300能够发射出40KHz-120KHz范围内的超声波，通过超声波发生器400设置倍频的倍数即可实现超声波频率的调整。

具体的，在工作时，我们先用一个较低频率的波进行分散，比如40KHz，然后随着时间推移逐渐增高，达到120KHz之后，再逐渐降低频率，一增一降视为一个工作周期。

对于多频超声波换能器300的数量以及安装位置，取决于分散槽200的尺寸和形状，以取得最高的工作效率，以提升经济效益。

更具体的，在超声波发生器400的程序中设置为超声波发生频率从低频到高频40K-60K-80K-100K-120K依次进行，每个频率工作时间为5min，再依次从高频到低频，每个周期耗时50min，进行两个周期，总的时间为100min。

本发明由于采用了多频超声波换能器300，其连接在超声波发生器的倍频电路上，具备在40KHz-120KHz范围内调整发射频率的能力，在工作中通过超声波发生器400设置发射频率的倍数以及调整的时间间隔，能够有效地通过不同频率的超声波消除驻波场，避免驻波现象发生的可能，提升纳米合金材料软团聚体的解团聚效率和质量。

更进一步地，所述分散槽200是一体成型的，槽的内壁光滑平整。

由于我们分散的是纳米合金材料，其颗粒直径非常小，如果是焊接或者其他非一体成型的槽，首先会存在藏污纳垢的问题，其次，焊缝或者缝隙会存在爆炸的风险，需要知道的是，超声波在液相中分散微纳米颗粒的作用机理在于：将高频机械振动作用于液体中产生强大的压力波，这个压力波则会形成成千上万的微观气泡，随着高频振动，气泡将迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时，由于液体间的相互碰撞产生强大的冲击波，这是所谓的空化效应，它使得液相产生强有力的剪切活动，对分散在液体中的纳米合金材料的软团聚体进行强烈的解团聚作用。尤其是在高频振动下，所产生的冲击波也更大，这也就是上述焊缝存在爆炸风险的原因。

与前述不同的，所述分散槽200的内壁上设置有用于扰流的凸起(图中未示出)，凸起通过冲压一次成型，使分散槽200整体无缝隙，同时凸起的存在能够加强搅拌的效果，并且凸起还能够减少声波的垂直反射，进一步避免驻波场的产生。

更进一步地，所述多频超声波换能器300通过胶粘的方式固定于所述分散槽200的底部。由于分散槽200是一体式设计的，并且固定多频超声波换能器300时也不能破坏分散槽200的整体结构，因此选用胶粘的固定方式，所采用的胶可以是AB胶、环氧树脂等。

更进一步地，所述分散槽200包括槽身200以及槽口凸缘220，所述槽口凸缘220用于将整个所述分散槽200架设于所述机架100上。

更进一步地，所述槽口凸缘220与所述机架100之间设置有软连接件800，所述槽口凸缘220与所述机架100通过所述软连接件800间接接触。

在超声波分散设备中，由于分散槽200与机架100之间会有接触，而往往分散槽200会因为多频超声波换能器300的作用产生小幅且强烈的振动，即可以理解为分散槽200会与机架100之间发生剧烈的摩擦，而摩擦会产生热量，在工作中，摩擦带来的热量会通过分散槽200传导到正在进行分散操作的液体中，而一般的，这个温度可能会达到60摄氏度，甚至更高，逐渐升高的液体温度会加剧粒子的布朗运动，颗粒聚集沉降的可能性增加，纳米流体的稳定性下降，严重影响了纳米合金材料的性能，因此需要间歇式工作，以保证温度处于正常的范围内，而采用了软连接件800进行间接接触的本发明，能够利用软连接件800的弹性解决这一问题，相比以往的技术方案，本发明能够将温度降到40摄氏度以下，在不影响材料的前提下，提升连续工作的能力。

更进一步地，所述软连接件800为橡胶。

作为软连接件，可以选择的种类有很多，在本发明中，优选为橡胶，橡胶在贴合分散槽200与机架100之后，橡胶与两者之间均无滑动摩擦，完全利用橡胶的弹性势能吸收分散槽200传递的机械能。

更进一步地，还包括上盖500，所述上盖500的底面边缘能够与所述分散槽200的上边缘契合，使两者间形成一密闭空间。

采用上盖500与分散槽200形成一密闭空间，首先能够防止分散槽200内的液体飞溅，其次能够隔绝外部空气，在加设真空泵的前提下，使该密闭空间形成真空，使设备能对一些有真空需求的材料进行分散，用途更加广泛。

更进一步地，所述上盖500的顶部设置有电机600，所述电机600的输出轴连接一分散器700，所述分散器700在上盖500盖在所述分散槽200上时，所述分散器700伸入所述分散槽200中。

在本方案中，增加了分散器700，分散器700的作用类似于搅拌棒，在超声分散的同时，对液体搅拌，加速分散的进行。

更进一步地，所述分散槽200上与所述上盖500的接触部位设置有密封槽230，所述密封槽230中设置有密封条240。

更进一步地，所述分散器700为高剪切分散器。

在分散过程中，如果只有分散器700进行搅拌分散，则无法实现解团聚的效果，若只进行多频超声分散，则分散效率会十分底下，可以理解的，分散器700进行的是宏观上的搅拌，使纳米材料与溶液充分混合，而超声分散则是进行微观分解，利用超声波的空化效应破坏纳米材料软团聚体内部的键，从而使团聚体分散，形成更小的颗粒。

综上所述，本发明具备了提升分散效果、分散速度，以及用途广泛的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米合金材料的分散设备，包括机架(100)，还包括设置于机台上的分散槽(200)，其特征在于：所述分散槽(200)的底部和/或侧面分别设置至少一个多频超声波换能器(300)，所述多频超声波换能器(300)电连接超声波发生器(400)的倍频电路，所述多频超声波换能器(300)能够发出40KHz-120KHz的超声波；

所述分散设备还包括上盖(500)，所述上盖(500)盖在所述分散槽(200)上，所述上盖(500)的顶部设置有电机(600)，所述电机(600)的输出轴连接一分散器(700)，所述分散器(700)在上盖(500)盖在所述分散槽(200)上时，所述分散器(700)伸入所述分散槽(200)中。

2.根据权利要求1所述的分散设备，其特征在于：所述分散槽(200)是一体成型的，槽的内壁光滑平整。

3.根据权利要求2所述的分散设备，其特征在于：所述多频超声波换能器(300)通过胶粘的方式固定于所述分散槽(200)的底部。

4.根据权利要求2所述的分散设备，其特征在于：所述分散槽(200)包括槽身(200)以及槽口凸缘(220)，所述槽口凸缘(220)用于将整个所述分散槽(200)架设于所述机架(100)上。

5.根据权利要求4所述的分散设备，其特征在于：所述槽口凸缘(220)与所述机架(100)之间设置有软连接件(800)，所述槽口凸缘(220)与所述机架(100)通过所述软连接件(800)间接接触。

6.根据权利要求5所述的分散设备，其特征在于：所述软连接件(800)为橡胶。

7.根据权利要求1所述的分散设备，其特征在于：所述上盖(500)的底面边缘能够与所述分散槽(200)的上边缘契合，使两者间形成一密闭空间。

8.根据权利要求1所述的分散设备，其特征在于：所述分散槽(200)的内壁上设置有用于扰流的凸起。

9.根据权利要求7所述的分散设备，其特征在于：所述分散槽(200)上与所述上盖(500)的接触部位设置有密封槽(230)，所述密封槽(230)中设置有密封条(240)。

10.根据权利要求8所述的分散设备，其特征在于：所述分散器(700)为高剪切分散器。

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