RU160061U1

RU160061U1 - DEVICE FOR PRODUCING METAL-CONTAINING NANOPARTICLES

Info

Publication number: RU160061U1
Application number: RU2015131937/02U
Authority: RU
Inventors: Антон Владимирович Земсков; Рафаэль Айсиевич Кадиев; Дмитрий Павлович Новиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭКВИЛИБРИУМ"
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2016-02-27

Abstract

Устройство для получения металлсодержащих наночастиц, содержащее герметичную камеру c механизмом подачи исходного проволочного материала, соединенную с ней камеру подачи газового потока, охладитель и фильтр газового потока, контейнер для сбора наночастиц и кварцевую трубку с рабочей зоной, верхний конец которой соединен с камерой подачи газового потока для подачи исходного проволочного материала и газового потока в рабочую зону, а нижний конец - через охладитель и фильтр газового потока с контейнером для сбора наночастиц, отличающееся тем, что в кварцевой трубке установлены два электрода, один выше другого, которые подключены к высокочастотному инвертору с образованием в рабочей зоне сварочной дуги, обеспечивающей испарение исходного проволочного материала в газовом потоке с образованием металлсодержащих наночастиц.A device for producing metal-containing nanoparticles, containing a sealed chamber with a feed mechanism for the source wire material, a gas flow supply chamber connected to it, a cooler and a gas flow filter, a nanoparticle collection container and a quartz tube with a working zone, the upper end of which is connected to the gas flow supply chamber for supplying the source wire material and the gas stream to the working area, and the lower end through the cooler and the gas stream filter with a container for collecting nanoparticles, characterized the fact that two electrodes are installed in the quartz tube, one above the other, which are connected to a high-frequency inverter with the formation of a welding arc in the working zone, which ensures evaporation of the initial wire material in the gas stream with the formation of metal-containing nanoparticles.

Description

Полезная модель относится к левитационно-струйному способу получения наночастиц металлов, биметаллов и их оксидов.The utility model relates to a levitation-jet method for producing nanoparticles of metals, bimetals and their oxides.

Известно устройство, содержащее герметичную камеру с исходным материалом и механизмом подачи, соединенную с направляющей и камерой подачи газового поток. Кварцевая трубка является рабочей зоной устройства, в которую непрерывно подается исходный материал и газовая среда. Вокруг кварцевой трубки расположен высокочастотный индуктор, состоящий из двух катушек и, включенных между собой противофазно таким образом, что одни их концы соединены с короткозамкнутым соединителем, а вторые - с электродами высокочастотного генератора. Верхний конец кварцевой трубки соединен с камерой подачи газового потока, а нижний ее конец - с системой охлаждения газового потока с микрочастицам, которая в свою очередь соединена с устройством фильтрации и сбора микрочастиц, контейнером сбора микрочастиц исходного материала и каплеуловителем расплава исходного материала (RU 135950, МПК B22F 9/12, опубл. 27.12.2013).A device is known comprising a sealed chamber with a source material and a feed mechanism connected to a guide and a gas stream feed chamber. A quartz tube is the working area of the device into which the source material and the gas medium are continuously supplied. Around the quartz tube there is a high-frequency inductor, consisting of two coils and connected in antiphase so that some of their ends are connected to a short-circuited connector, and the second to electrodes of a high-frequency generator. The upper end of the quartz tube is connected to the gas flow supply chamber, and its lower end is connected to the microparticle gas flow cooling system, which in turn is connected to a microparticle filtration and collection device, a microparticle collection container for the starting material, and a melt drip catcher of the starting material (RU 135950 IPC B22F 9/12, publ. 12/27/2013).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, к источнику для индукционного нагрева необходим насос и бак с охлаждающей жидкостью для охлаждения высокочастотного индуктора (чиллер), кроме того является менее энергоэффективным, так как при плохом согласовании высокочастотного индуктора с исходным материалом требуется большая мощность на нагрев.A disadvantage of the known device is the design complexity, the source for induction heating requires a pump and a tank of coolant to cool the high-frequency inductor (chiller), in addition, it is less energy efficient, since poor matching of the high-frequency inductor with the source material requires a lot of heating power.

Технический результат заключается в упрощении и удешевлении устройства, повышении энергоэффективности, что увеличивает количество получаемых металлсодержащих наночастиц за счет увеличения мощности рабочей зоны сварочной дуги высокочастотного инвертора.The technical result consists in simplifying and reducing the cost of the device, increasing energy efficiency, which increases the number of metal-containing nanoparticles obtained by increasing the power of the working area of the welding arc of a high-frequency inverter.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит герметичную камеру с исходным проволочным материалом и механизмом подачи, соединенную с ней камеру подачи газового потока, систему охлаждения газового потока и устройство фильтрации и сбора наночастиц, контейнер для сбора наночастиц и кварцевую трубку с рабочей зоной. Верхний конец кварцевой трубки соединен с камерой подачи газового потока для подачи исходного проволочного материала и газового потока в рабочую зону, а нижний конец - через систему охлаждения газового потока и фильтром газового потока с контейнером для сбора наночастиц. В кварцевой трубке установлены два электрода, один выше другого, которые подключены к высокочастотному инвертору с образованием в рабочей зоне сварочной дуги, обеспечивающей испарение исходного проволочного материала в газовом потоке с образованием металлсодержащих наночастиц.The technical result is achieved by the fact that the device contains a sealed chamber with the source wire material and the feeding mechanism, a gas flow feeding chamber connected to it, a gas flow cooling system and a nanoparticle filtration and collection device, a nanoparticle collection container and a quartz tube with a working zone. The upper end of the quartz tube is connected to the gas stream supply chamber for supplying the source wire material and gas stream to the working area, and the lower end is through the gas stream cooling system and the gas stream filter with a container for collecting nanoparticles. Two electrodes are installed in the quartz tube, one above the other, which are connected to a high-frequency inverter with the formation of a welding arc in the working zone, which ensures evaporation of the initial wire material in the gas stream with the formation of metal-containing nanoparticles.

На чертеже изображен общий вид устройства для получения металлсодержащих наночастиц.The drawing shows a General view of a device for producing metal-containing nanoparticles.

Устройство содержит герметичную камеру 1 с исходным проволочным материалом 2 и механизмом подачи 3, соединенную с камерой подачи газового потока 4. Верхний конец кварцевой трубки 5 соединен с камерой подачи газового потока 4 для подачи исходного проволочного материала 2 и газового потока в рабочую зону, а нижний ее конец - с системой охлаждения газового потока 6, которая в свою очередь соединена с фильтром газового потока 7 и контейнером для сбора наночастиц 8. В кварцевой трубке 5 установлены два электрода 9 и 10, причем один выше другого. Электроды 9 и 10 подключены к высокочастотному инвертору 11 с образованием в рабочей зоне сварочной дуги, обеспечивающей испарение исходного проволочного материала 2 в газовом потоке с образованием металлсодержащих наночастиц.The device comprises a sealed chamber 1 with the source wire material 2 and a feed mechanism 3 connected to the gas stream supply chamber 4. The upper end of the quartz tube 5 is connected to the gas stream supply chamber 4 for supplying the source wire material 2 and gas stream to the working area, and the lower its end is with a gas stream cooling system 6, which in turn is connected to a gas stream filter 7 and a container for collecting nanoparticles 8. Two electrodes 9 and 10 are installed in the quartz tube 5, one above the other. The electrodes 9 and 10 are connected to a high-frequency inverter 11 with the formation of a welding arc in the working zone, which ensures evaporation of the initial wire material 2 in a gas stream with the formation of metal-containing nanoparticles.

Устройство работает следующим образом. Исходный проволочный материал 2, намотанный на катушки, в виде любого размера проволоки, помещают в герметичную камеру 1. Для подачи исходного проволочного материала 2 в рабочую зону сварочной дуги высокочастотного инвертора 11 используют механизм подачи 3 с шаговыми двигателями, находящегося в герметичной камере 1. Исходный проволочный материал 2 по любой траектории непрерывно подают вместе с газовым потоком из камеры подачи газового потока 4 в кварцевую трубку 5 и в сварочную дугу высокочастотного инвертора 11, образованную электродами 9 и 10, где происходит расплав и испарение исходного проволочного материала 2 с образованием металлсодержащих наночастиц, с последующим выносом их из кварцевой трубки 5 газовым потоком в систему охлаждения газового потока 6, в которой часть частиц осаждается на стенках системы охлаждения газового потока 6, а другая - с газовым потоком проходит через фильтр газового потока 7, где металлсодержащие наночастицы осаждаются, а газовый поток выводится из фильтра газового потока 7. Все осевшие отфильтрованные металлсодержащие наночастицы собираются в контейнер для сбора наночастиц 8.The device operates as follows. The source wire material 2, wound on coils, in the form of any size of wire, is placed in a sealed chamber 1. To feed the source wire material 2 into the working area of the welding arc of the high-frequency inverter 11, a feed mechanism 3 with stepper motors located in the sealed chamber 1 is used. wire material 2 along any path is continuously fed together with the gas stream from the gas stream supply chamber 4 to the quartz tube 5 and to the welding arc of the high-frequency inverter 11 formed by electrodes 9 and 1 0, where the initial wire material 2 is molten and evaporated to form metal-containing nanoparticles, followed by their removal from the quartz tube 5 by a gas stream to the gas stream cooling system 6, in which part of the particles is deposited on the walls of the gas stream cooling system 6, and the other with the gas stream passes through the filter of the gas stream 7, where the metal-containing nanoparticles are deposited, and the gas stream is removed from the filter of the gas stream 7. All deposited filtered metal-containing nanoparticles are collected in onteyner to collect the nanoparticles 8.

Все узлы устройства выполнены в герметичном разъемном исполнении. Размеры получаемых металлсодержащих наночастиц можно варьировать в широких пределах (от 10 нм до 500 нм) в зависимости от величины и частоты выходного тока высокочастотного инвертора 11 для сварки на переменном токе, применяемого газа и состава исходного проволочного материала 2.All components of the device are made in a sealed detachable design. The sizes of the obtained metal-containing nanoparticles can vary over a wide range (from 10 nm to 500 nm) depending on the magnitude and frequency of the output current of the high-frequency inverter 11 for alternating current welding, the gas used, and the composition of the initial wire material 2.

По сравнению с известным решением предлагаемое является конструктивно более простым, отсутствует источник для индукционного нагрева, к которому необходим насос и бак с охлаждающей жидкостью для охлаждения высокочастотного индуктора (чиллер), кроме того является более энергоэффективным, позволяет быстрее получать большие аэрозольные объемы металлсодержащих наночастиц, путем прямой непрерывной подачи исходного проволочного материала в рабочую зону сварочной дуги высокочастотного инвертора с последующим расплавом и испарением в ней, выведением металлсодержащих наночастиц газовым потоком и дальнейшим их охлаждением и сбором, что увеличивает количество получаемых металлсодержащих наночастиц.Compared with the known solution, the proposed one is structurally simpler, there is no source for induction heating, which requires a pump and a tank with coolant to cool the high-frequency inductor (chiller), moreover, it is more energy efficient, it allows faster production of large aerosol volumes of metal-containing nanoparticles, by direct continuous feed of the initial wire material into the working area of the welding arc of a high-frequency inverter with subsequent melt and evaporation in it, the removal of metal-containing nanoparticles by a gas stream and their further cooling and collection, which increases the amount of metal-containing nanoparticles obtained.

Claims

A device for producing metal-containing nanoparticles, containing a sealed chamber with a feed mechanism for the source wire material, a gas flow supply chamber connected to it, a cooler and a gas flow filter, a nanoparticle collection container and a quartz tube with a working zone, the upper end of which is connected to the gas flow supply chamber for supplying the source wire material and the gas stream to the working area, and the lower end through the cooler and gas stream filter with a container for collecting nanoparticles, characterized the fact that two electrodes are installed in the quartz tube, one above the other, which are connected to a high-frequency inverter with the formation of a welding arc in the working zone, which ensures evaporation of the initial wire material in the gas stream with the formation of metal-containing nanoparticles.