CN115283684A - 一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料制备技术领域，一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，包括激光烧蚀系统及液体循环收集系统，激光烧蚀系统使用带有振镜的激光器，可以使靶材表面的烧蚀点位置一直在变化，降低烧蚀位置的纳米颗粒浓度减弱纳米颗粒局部团聚的可能性。液体循环收集系统中的液体循环管路连接烧蚀反应室与液体收集室，通过蠕动泵控制烧蚀反应室与液体收集室之间的液体交换，在液体交换的过程中增强靶材表面的液体流动，进一步降低烧蚀位置的纳米颗粒浓度，降低纳米颗粒团聚的可能性。本发明可优化液相激光烧蚀技术，更容易得到大量的均匀纳米颗粒悬浮液，为液相激光烧蚀技术规模化的生产打下了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
纳米颗粒一般是指尺寸在1～100纳米之间的微粒。由于纳米颗粒的尺寸很小，组成纳米材料的原子或者分子数往往是很有限的，纳米材料的表面原子与体积比远大于一般的块体材料。相对于传统的块体材料，纳米材料不仅尺寸更小，其物理和化学性质也很新奇，在光学、电学、磁学以及催化等方面均表现出新的性质和性能。这些新奇的性质使纳米材料成为世界各国研究的重点。
近年来涌现了很多制备纳米材料的方法包括：水热法、化学沉积法、溶胶凝胶法、激光烧蚀法等。其中，通过液相激光烧蚀法制备纳米材料是一种绿色、低成本的方法，因此受到了广泛的关注。它的工作原理是将高能量的激光聚焦后，照射到在液体中的靶材表面，在焦点附近产生局域的高温、高压等离子体，随后等离子体被周围的液体快速冷却、凝聚，进而形成纳米颗粒。通过液相激光烧蚀法可以合成纯度很高的纳米材料，利用此技术制备的纳米材料还具有种类多样化、形貌结构单一、粒度分布较均匀等优点。这种方法还具有合成过程简单，通用性高，可进行多参数调控的特点。但是此技术在烧蚀点位置的纳米颗粒浓度会比其它位置的纳米颗粒浓度高，如果不能够及时分散高浓度的颗粒会导致其局部团聚。
目前液相激光烧蚀法的应用主要还处于实验室阶段，普遍使用的装置如图1所示。但是这种装置的流动性很差，烧蚀后制备的纳米颗粒不能及时的分散开，从而使纳米颗粒团聚的可能性大幅增加，因此这种装置有很大的局限性。同时随着烧蚀的进行，液体中纳米颗粒浓度增加会阻碍烧蚀的进行，导致其产量较低，这也是制约这种技术发展的瓶颈。
发明内容
为了解决现有液相激光烧蚀法制备纳米颗粒存在的纳米颗粒易团聚、产量低下的不足，本发明目的是提供一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置。它是在液体激光烧蚀系统的基础上增加液体循环收集系统，将二者结合起来降低了颗粒团聚的几率，同时提高了纳米材料的产量。与现有的液相激光烧蚀装置相比，该装置可以使液相激光烧蚀技术优化，更容易得到大量的均匀的纳米颗粒悬浮液。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，包括激光烧蚀系统及液体循环收集系统，所述激光烧蚀系统，包括带有振镜的激光器、烧蚀反应室及安放在烧蚀反应室底部的靶材，所述液体循环收集系统，包括带有隔板的液体收集室、安放在烧蚀反应室内部的液位传感器、安放在烧蚀反应室外部的蠕动泵流速控制器、液体收集室到烧蚀反应室的液体管路、烧蚀反应室到液体收集室的液体管路、第1、2液体管路支架及第1、2蠕动泵，所述液位传感器的输出端与蠕动泵流速控制器的输入端相连，所述液体收集室到烧蚀反应室的液体管路与第1液体管路支架固定连接，液体管路上安装有第1蠕动泵，第1蠕动泵的输入端与蠕动泵流速控制器的一个输出端相连，液体管路两端分别置于液体收集室及烧蚀反应室的液体中，所述烧蚀反应室到液体收集室的液体管路与第2液体管路支架固定连接，液体管路上安装有第2蠕动泵，第2蠕动泵的输入端与蠕动泵流速控制器的另一个输出端相连，用于控制第1、2蠕动泵的流速，液体管路两端分别置于烧蚀反应室及液体收集室的液体中。
所述靶材材质选自金属氧化物或金属中的一种。
所述液体管路材质选自硅胶或BPT中的一种。
本发明有益效果是：一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，包括激光烧蚀系统及液体循环收集系统，激光烧蚀系统使用带有振镜的激光器，可以使靶材表面的烧蚀点位置一直在变化，降低烧蚀位置的纳米颗粒浓度减弱纳米颗粒局部团聚的可能性。液体循环收集系统中的液体循环管路连接烧蚀反应室与液体收集室，通过蠕动泵控制烧蚀反应室与液体收集室之间的液体交换，在液体交换的过程中增强靶材表面的液体流动，进一步降低烧蚀位置的纳米颗粒浓度，降低纳米颗粒团聚的可能性。本专利通过将两者的优点有机地结合在一起，有效的降低纳米颗粒团聚，更容易得到均匀的纳米颗粒悬浮液。另一方面通过液体循环管路连接烧蚀反应室与液体收集室，不断将烧蚀反应室中的纳米颗粒交换到液体收集室中。同时，液体收集室中的挡板会抑制纳米颗粒被吸回烧蚀反应室，这使烧蚀反应室中液体的纳米颗粒浓度控制在一定范围内，不会阻碍烧蚀的进行。只需将液体收集室中的纳米颗粒取出并补充适量液体即可以连续烧蚀生产纳米颗粒悬浮液。烧蚀反应室中的液位传感器可以将液面信息实时反馈到蠕动泵流速控制器，蠕动泵流速控制器可以调节第1、2蠕动泵的流速使反应室的液面处于稳定状态，使烧蚀过程更加稳定。本专利可以优化液相激光烧蚀技术，更容易得到大量的均匀纳米颗粒悬浮液，为液相激光烧蚀技术规模化的生产打下了基础，另一方面也拓展了该技术的工业应用。
附图说明
图1是目前普遍使用装置的结构示意图。
图2是本发明装置的结构示意图。
图中：1、带有振镜的激光器，1a、激光器发出的激光，2、烧蚀反应室，3、靶材，4、液位传感器，5、蠕动泵流速控制器，6、液体收集室到烧蚀反应室的液体管路，7、烧蚀反应室到液体收集室的液体管路，8、第1液体管路支架，8a、第2液体管路支架，9、第1蠕动泵，9a、第2蠕动泵，10、液体收集室，10a、液体收集室隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图2所示，一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，包括激光烧蚀系统及液体循环收集系统，所述激光烧蚀系统，包括带有振镜的激光器1、烧蚀反应室2及安放在烧蚀反应室2底部的靶材3，所述液体循环收集系统，包括带有隔板10a的液体收集室10、安放在烧蚀反应室2内部的液位传感器4、安放在烧蚀反应室2外部的蠕动泵流速控制器5、液体收集室10到烧蚀反应室2的液体管路6、烧蚀反应室2到液体收集室10的液体管路7、第1、2液体管路支架8、8a及第1、2蠕动泵9、9a，所述液位传感器4的输出端与蠕动泵流速控制器5的输入端相连，所述液体收集室10到烧蚀反应室2的液体管路6与第1液体管路支架8固定连接，液体管路6上安装有第1蠕动泵9，第1蠕动泵9的输入端与蠕动泵流速控制器5的一个输出端相连，液体管路6两端分别置于液体收集室10及烧蚀反应室2的液体中，所述烧蚀反应室2到液体收集室10的液体管路7与第2液体管路支架8a固定连接，液体管路7上安装有第2蠕动泵9a，第2蠕动泵9a的输入端与蠕动泵流速控制器5的另一个输出端相连，用于控制第1、2蠕动泵9、9a的流速，液体管路7两端分别置于烧蚀反应室2及液体收集室10的液体中。
所述靶材材质选自金属氧化物或金属中的一种。
所述液体管路材质选自硅胶或BPT中的一种。
具体工作过程如下：
步骤1、确定工艺参数，带有振镜的激光器1功率为50W、重复频率为20kHz、中心波长为1064nm的红外激光器，第1、2蠕动泵9、9a的流速为0～60mL/min可调；
步骤2、将靶材3放置到烧蚀反应室2中，在液体收集室10中加入液体；
步骤3、打开第1、2蠕动泵9、9a，调节第1、2液体管路支架8、8a的高度使靶材3表面覆盖满液体，并对蠕动泵流速控制器5进行设置；
步骤4、将带有振镜的激光器1聚焦到靶材3表面，设置5mm×5mm(或者其他需要的尺寸)的烧蚀区域，激光移动速度为0.1mm/s(或者其他需要的速度)；
通过红外激光的烧蚀制备含有纳米颗粒的液体，通过液体循环收集系统使颗粒富集在液体收集室中，最终在液体收集室中获得含有纳米颗粒的悬浮液。
Claims (3)
1.一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，包括激光烧蚀系统及液体循环收集系统，所述激光烧蚀系统，包括带有振镜的激光器、烧蚀反应室及安放在烧蚀反应室底部的靶材，所述液体循环收集系统，包括带有隔板的液体收集室、安放在烧蚀反应室内部的液位传感器、安放在烧蚀反应室外部的蠕动泵流速控制器、液体收集室到烧蚀反应室的液体管路、烧蚀反应室到液体收集室的液体管路、第1、2液体管路支架及第1、2蠕动泵，其特征在于：所述液位传感器的输出端与蠕动泵流速控制器的输入端相连，所述液体收集室到烧蚀反应室的液体管路与第1液体管路支架固定连接，液体管路上安装有第1蠕动泵，第1蠕动泵的输入端与蠕动泵流速控制器的一个输出端相连，液体管路两端分别置于液体收集室及烧蚀反应室的液体中，所述烧蚀反应室到液体收集室的液体管路与第2液体管路支架固定连接，液体管路上安装有第2蠕动泵，第2蠕动泵的输入端与蠕动泵流速控制器的另一个输出端相连，用于控制第1、2蠕动泵的流速，液体管路两端分别置于烧蚀反应室及液体收集室的液体中。
2.根据权利要求1所述一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，其特征在于：所述靶材材质选自金属氧化物或金属中的一种。
3.根据权利要求1所述一种使用液相激光烧蚀法连续制备纳米颗粒的装置，其特征在于：所述液体管路材质选自硅胶或BPT中的一种。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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