CN206172991U - 一种制备纳米SiO2气凝胶的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，包括层流等离子体发生器、冷凝装置和静电吸附装置。层流等离子体发生器包括电弧通道，电弧通道连接反应室，反应室上连接微量给粉器；所述反应室通过分配管连接静电吸附装置；静电吸附装置包括静电发生器和基板；所述反应室内部横向设置有滑动机构，基板放置在滑动机构上。等离子体发生器设置有功率调节器，来调节发生器的功率，从而调节层流等离子射束的长短。微量给粉器将纳米SiO₂粒子处理后送入反应室内，在反应室内通过层流等离子体发生器产生的层流等离子体射束对纳米SiO₂粒子蒸发、汽化，再通过冷凝装置进行冷凝，冷凝后的纳米SiO₂粒子通过分配管送入静电吸附装置成型。

Description

一种制备纳米SiO2气凝胶的装置

技术领域

本实用新型属于纳米SiO₂气凝胶领域，具体涉及一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置。

背景技术

纳米SiO₂气凝胶是一种新型轻质多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率和高透光率、低折射率和低的声传播速度，是一种新型高效透光隔热保温和隔音材料。本产品具有高透光率和低热导率，特别适合用于太阳能光热低温平板热水器、中温平板集热器、建筑玻璃窗等既要求透光又要求高效保温的运用场所。

目前国内外制备纳米SiO₂气凝胶主要采用溶胶凝胶法，通过超临界干燥技术进行气液置换后形成气凝胶，生产效率较低，生产成本高。美国ASPEN公司对气凝胶隔热的研究较早，主要针对柔性气凝胶隔热产品的开发和应用。国内同济大学侧重于气凝胶基础研究，所制备的气凝胶隔热材料力学强度较小，成形性较差，只有少量的实际应用；北京科技大学利用硅酸钙石二次粒子与气凝胶复合制备隔热复合材料，仍处于实验室阶段，无工程应用；纳诺高科为代表的国内从事气凝胶隔热材料研究、生产的企业起步较晚，技术力量薄弱，且全部采用溶胶-凝胶法。由于目前国内外溶胶凝胶法生产的SiO₂气凝胶工艺流程长，生产效率较低，且因国外的技术封锁国内产品品质较差、成本高，极大制约了该产品的广泛应用。中国是太阳能光热应用的大国，而目前相关研究已证实：纳米SiO₂气凝胶是未来高效低温热水器和中、高温平板集热器革命性的关键核心材料，有广阔的市场前景。为了更高效的制备纳米SiO₂气凝胶，研发出通过等离子束蒸-凝法制备纳米SiO₂气凝胶的方法。

目前没有针对等离子束蒸-凝法制备纳米SiO₂气凝胶的专用设备，导致了纳米SiO₂气凝胶制备的效率以及质量受到影响。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，实现了连续化生产纳米SiO₂气凝胶的目的。

为了达到上述技术效果，本实用新型采用了以下技术方案：

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置和静电吸附装置；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道，所述气路结构包括依次连接的气体输入管、气体混合腔和气体输出管；所述气体输出管与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构和阴极结构，以及设置在阳极结构底座内部的功率调节器；所述阳极结构位于中心，沿阳极结构周围环形等距离设置阴极结构；所述电弧通道连接反应室，反应室上连接微量给粉器，所述冷凝装置设置在反应室外部；所述反应室通过分配管连接静电吸附装置；静电吸附装置包括静电发生器和基板；所述反应室内部横向设置有滑动机构，基板放置在滑动机构上。

本实用新型所述冷凝装置为夹层结构，包裹在反应室外部，夹层内通入冷凝空气。

本实用新型所述滑动机构与反应室内壁底部通过滑动杆连接。

本实用新型所述滑动机构为往返滑动机构。

本实用新型所述功率调节器为过零型功率调节器。

本实用新型所述基板为玻璃基板。

本实用新型带来的有益效果有：

1、本实用新型通过依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置和静电吸附装置进行纳米SiO₂气凝胶的制备。在一定范围内，层流等离子射束的长短与发生器的功率成正比。等离子体发生器设置有功率调节器，来调节发生器的功率，从而调节层流等离子射束的长短。微量给粉器将纳米SiO₂粒子处理后送入反应室内，在反应室内通过层流等离子体发生器产生的层流等离子体射束对纳米SiO₂粒子蒸发、汽化，再通过冷凝装置进行冷凝，冷凝后的纳米SiO₂粒子通过分配管送入静电吸附装置内，进行静电吸附成型。所述气体输出管与所述发生器的中心轴线重合，起到了电弧引导的作用，并简化点火步骤、降低点火难度，实现工作气体一次点火，同时保证层流电弧热等离子体射流的稳定性，避免了工作气体波动或调节工作气体流量可能出现的断弧现象。微量给粉器然送粉的精度得到保证，防止送粉量过多或者过少，保证均匀送粉，从而保证制备过程的平稳和纳米SiO₂气凝胶的质地均匀。

2、本实用新型通过包裹在反应室外部对纳米SiO₂粒子进行冷凝，冷凝空气位于夹层内，对纳米SiO₂粒子进行间接冷凝，能起到冷凝作用又不会带入多余的水分和杂质。

3、本实用新型所述滑动机构与反应室内壁底部通过滑动杆连接，这种连接方式只有1 个平移自由度，可沿指定的边或轴移动，让滑动机构上的基板在指定的边或轴移动，保证基板的运动轨迹。

4、本实用新型的滑动机构为往返机构，可以对一个静电吸附成型的纳米SiO₂粒子进行反复沉积，可以满足不同的沉积厚度。

5、本实用新型采用了过零型功率调节器，在电压为零时开启或关断可控硅，调节可控硅导通与关断时间的比例，就可调整功率。过零型功率调节器比调相型功率调节器调整范围宽、对外干扰小。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

附图说明： 2、冷凝装置，3、静电吸附装置， 6、电弧通道，7、气体输入管，8、气体混合腔，9、气体输出管，10、阳极结构，11、阴极结构，12、功率调节器，13、反应室，14、微量给粉器，15、分配管， 18、滑动机构。

具体实施方式

实施例1

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

实施例2

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述冷凝装置2为夹层结构，包裹在反应室13外部，夹层内通入冷凝空气。

实施例3

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述滑动机构18与反应室13内壁底部通过滑动杆连接。

实施例4

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述滑动机构18为往返滑动机构18。

实施例5

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述功率调节器12为过零型功率调节器12。

实施例6

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述基板为玻璃基板。

实施例7

一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置2和静电吸附装置3；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道6，所述气路结构包括依次连接的气体输入管7、气体混合腔8和气体输出管9；所述气体输出管9与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构10和阴极结构11，以及设置在阳极结构10底座内部的功率调节器12；所述阳极结构10位于中心，沿阳极结构10周围环形等距离设置阴极结构11；所述电弧通道6连接反应室13，反应室13上连接微量给粉器14，所述冷凝装置2设置在反应室13外部；所述反应室13通过分配管15连接静电吸附装置3；静电吸附装置3包括静电发生器和基板；所述反应室13内部横向设置有滑动机构18，基板放置在滑动机构18上。

本实用新型所述冷凝装置2为夹层结构，包裹在反应室13外部，夹层内通入冷凝空气。

本实用新型所述滑动机构18与反应室13内壁底部通过滑动杆连接。

本实用新型所述滑动机构18为往返滑动机构18。

本实用新型所述功率调节器12为过零型功率调节器12。

本实用新型所述基板为玻璃基板。

Claims (6)

1.一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置,其特征在于：包括依次连接的层流等离子体发生器、冷凝装置（2）和静电吸附装置（3）；所述层流等离子体发生器包括依次连接的气路结构、发生器和电弧通道（6），所述气路结构包括依次连接的气体输入管（7）、气体混合腔（8）和气体输出管（9）；所述气体输出管（9）与所述发生器的中心轴线重合；所述发生器包括阳极结构（10）和阴极结构（11），以及设置在阳极结构（10）底座内部的功率调节器（12）；所述阳极结构（10）位于中心，沿阳极结构（10）周围环形等距离设置阴极结构（11）；所述电弧通道（6）连接反应室（13），反应室（13）上连接微量给粉器（14），所述冷凝装置（2）设置在反应室（13）外部；所述反应室（13）通过分配管（15）连接静电吸附装置（3）；静电吸附装置（3）包括静电发生器和基板；所述反应室（13）内部横向设置有滑动机构（18），基板放置在滑动机构（18）上。

2.根据权利要求1所述的一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，其特征在于：所述冷凝装置（2）为夹层结构，包裹在反应室（13）外部，夹层内通入冷凝空气。

3.根据权利要求1所述的一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，其特征在于：所述滑动机构（18）与反应室（13）内壁底部通过滑动杆连接。

4.根据权利要求1所述的一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，其特征在于：所述滑动机构（18）为往返滑动机构（18）。

5.根据权利要求1所述的一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，其特征在于：所述功率调节器（12）为过零型功率调节器（12）。

6.根据权利要求1所述的一种制备纳米SiO₂气凝胶的装置，其特征在于：所述基板为玻璃基板。