RU2604283C2 - Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде - Google Patents
Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604283C2 RU2604283C2 RU2015114018/02A RU2015114018A RU2604283C2 RU 2604283 C2 RU2604283 C2 RU 2604283C2 RU 2015114018/02 A RU2015114018/02 A RU 2015114018/02A RU 2015114018 A RU2015114018 A RU 2015114018A RU 2604283 C2 RU2604283 C2 RU 2604283C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- liquid medium
- electrode
- low
- voltage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T1/00—Details of spark gaps
- H01T1/24—Selection of materials for electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2304/00—Physical aspects of the powder
- B22F2304/05—Submicron size particles
- B22F2304/054—Particle size between 1 and 100 nm
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится низковольтному импульсному электродугововому получению металлического нанопорошка в жидкой среде. Способ включает установку двух электродов в емкости с жидкой средой, подачу на электроды импульсного напряжения с образованием плазмы в жидкой среде и формированием наночастиц из материала электродов, выпадение наночастиц порошка в осадок. Используют первый электрод, установленный с возможностью вибрации на механическом вибраторе и с возможностью возвратно-поступательного движения по всей длине второго электрода. В качестве второго электрода используют полосу из того же материала, что и первый электрод, закрепленную у дна емкости с жидкой средой. На электроды подают двухполярные импульсы от генератора низкого напряжения с принудительным замыканием и разрывом электрической цепи. Синусоидально изменяют разрядный промежуток между электродами с обеспечением генерации сильноточного разряда между электродами. Обеспечивается увеличение напряженности электрического поля между электродами и уменьшение загрязнения получаемого порошка. 1 пр.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к физико-химическим способам получения ультрадисперсных порошков (нанопорошков) и покрытий из материалов входящих в состав электропроводящих электродов, основанным на газофазном синтезе нанопорошка. Предлагаемый способ может применяться в различных отраслях промышленности: машиностроительной, авиационной, радиоэлектронной, энергетике, косметической и др. Применение данного способа может иметь большой практический интерес при получении нанопорошков на основе тугоплавких и имеющих высокую твердость материалов.
Низкое энергопотребление и высокая производительность в сочетании с относительной простотой конструкции позволяют использовать способ в промышленных условиях в автоматическом режиме и в лабораторных, домашних условиях в ручном режиме. Производительность нанопорошка оксида меди в ручном режиме 20*10-3 килограмм в час, при энергопотреблении 0.7·103 Вт/ч.
Уровень техники
Физико-химические методы получения ультрадисперсных порошков включают три последовательные стадии: испарение вещества, транспортировка и конденсация порошка. В большинстве этих методов образование ультрадисперсного порошка происходит, когда исходный материал находится в газовой фазе.
Общей проблемой химических методов получения коллоидных частиц (ультрадисперсных порошков) является их загрязнение продуктами реакции, что значительно сужает область их использования. Эта проблема может быть решена при использовании физических методов диспергирования, таких как лазерная абляция массивного металла, а также электродуговая эрозия электродов, выполненных из соответствующих металлов.
Наиболее близким к заявленному способу является следующее решение. Высоковольтный импульсный электродуговой способ получения наночастиц металлов в жидких средах (Церулев М.В., Тянгинский А.Ю., Слепцов В.В. http://www.5laboratory.com/material/articles/1/) выбран нами в качестве прототипа.
В отличие от традиционных методов изготовления высокодисперсных растворов металлов (в частности, Ag) в жидких средах, основанных на химических реакциях соединений, содержащих металлы, в данном способе применяется электродуговой импульсный метод диспергирования металлов в дистиллированной воде.
Импульсный электрический разряд в жидкости представляет собой процесс кратковременного выделения большой энергии в ограниченном объеме канала под действием высокого электрического потенциала между противостоящими электродами, погруженными в жидкость. Данный способ позволяет синтезировать в жидких средах наночастицы металлов с размерами от 5 нм до 250 нм.
Основными элементами реактора для генерации наночастиц в жидкой среде электродуговым импульсным методом являются:
- высоковольтный блок питания диапазон рабочих напряжений 4÷10 кВ;
- зарядный конденсатор;
- высоковольтный коммутатор;
- разрядный конденсатор;
- электроды, погруженные в жидкость;
- генератор импульсов (им может служить высоковольтный коммутатор).
Недостатками данного способа являются:
- выделения большой энергии в значительном объеме канала между противостоящими электродами под действием высокого электрического потенциала;
- загрязнение продуктами реакции;
- наличие высоковольтного блока питания;
- наличие генератора высоковольтных импульсов;
- высокое энергопотребление оборудования;
- повышенные требования техники безопасности при работе с высоким напряжением.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача разработать способ, обеспечивающий получение следующего результата:
- уменьшение загрязнения нанопорошка;
- исключение из оборудования высоковольтного блока питания;
- замена генератора высоковольтных импульсов низковольтным генератором;
- увеличение напряженности электрического поля между электродами до значений, обеспечивающих надежный пробой всех существующих в природе жидкостей;
- низкое энергопотребление применяемого оборудования, малая занимаемая им площадь;
- повышенный выход нанопорошка на 1 кВт/ч потребляемой энергии.
Для решения поставленной задачи в известном способе «Высоковольтный импульсный электродуговой способ получения наночастиц металлов в жидких средах», включающем установку электродов в жидкой среде, формирование и подачу на электроды импульсного напряжения для генерации сильноточного разряда между электродами, образование плазмы в жидкости, формирование наночастиц из материала электродов и выпадение их в осадок, отличающийся тем, что один электрод устанавливают на механическом вибраторе частотой (2-20)103 Гц, вибрирующие электроды осуществляют принудительное замыкание и разрыв электрической цепи; на электроды подаются двухполярные импульсы от генератора низкого напряжения (10-30) В, обеспечивающие в момент разрыва сильноточной электрической цепи (с плотностью тока свыше 109 А/м2), высокую напряженность электрического поля (свыше 107 В/м). Предельно высокая напряженность электрического поля между электродами создается генератором низковольтных импульсов за счет синусоидально изменяющегося разрядного промежутка между электродами от 0 до 10-4 м и принимающего значения в единицы нанометров (10-9) м. Десятивольтовое напряжение генератора импульсов, приложенное к электродам, расстояние между которыми составляет единицы нанометров, намного превышает электрический пробой всех существующих в природе изоляторов и жидкостей. Указанные параметры импульсов обеспечивают надежный пробой всех существующих в природе жидкостей. При этом залипание электродов при размыкании, устраняется следующими параметрами импульсов низковольтного генератора: длительность импульса - (20-250)10-6 с, частота следования импульсов - (2-6)103 Гц.
Уменьшение загрязнения нанопорошков происходит за счет использования дистиллированной воды без подкисления, а также за счет исключения из процесса макроразмерных объемов плазмы с последующим испарением и разрушением элементов рабочей камеры;
- замена высоковольтного генератора (4-10)103 В на низковольтный (10-30) В при значительном увеличении напряженности электрического поля (109-1010) В/м в зазоре между электродами, что является следствием малого расстояния в зазоре (10-8-10-9) м в момент размыкания сильноточной электрической цепи;
- повышенный выход нанопорошка на один киловатт/час потребляемой энергии является следствием исключения из процесса получения наночастиц фазы температурного испарения, в микроскопическом объеме, электропроводящих электродов и парообразования жидкости в плазме электрического разряда. Доказательством этому служит отсутствие нагрева жидкости при работе установки.
Осуществление изобретения
Автором был изготовлен действующий макет установки для реализации описанного способа, состоящий из:
- тирристорного генератора низковольтных двух полярных импульсов, форма которых близка к прямоугольной. Выходное напряжение генератора (10-30) вольт снимается со вторичной обмотки импульсного трансформатора, обеспечивающего: ток в нагрузке до 1500А, скважность импульсов равна или больше двух, частота следования импульсов (2-6)103 Гц;
- в качестве механического вибратора применялся подмагниченный ферритовый стержень диаметром 10-2 м и длиной 200·10-3 м, закрепленный к каркасу катушки по центру стержня, с частотой колебаний до 20·103 Гц. В верхней части ферритового стержня установлено крепление для одного электрода с гибким медным токоотводом;
- маломощный (2-5) Вт генератор синусоидального напряжения с плавной регулировкой частоты для возбуждения резонансных механических колебаний в ферритовом стержне;
- второй электрод представляет собой полосу из того же материала, что и первый электрод, закрепленный у дна стеклянной емкости с жидкостью. Во время работы установки один электрод совершает медленные возвратно-поступательные движения по всей длине второго электрода.
Заливка в рабочую емкость дистиллированной воды обеспечивает в осадок нанопорошок гидратов и окислов различных металлов. Напряженность электрического поля в зазоре между электродами при работе макета превышала напряжение пробоя в дистиллированной и диионизированной воде с сопротивлением 5·106 Ом. Жидкости, не содержащие кислород, например трансформаторное масло, четыреххлористый углерод или жидкий азот, приводят к получению нанопорошков различных металлов. Размер нанопорошков, получаемых данным способом, зависит от режимов работы низковольтного генератора импульсов, температуры и химического состава жидкости и электродов и составляет 90% нанопорошка с линейными размерами от (5 до 100)10-9 м, 10% - от (100 до 250) 10-9 м. Производительность действующего макета нанопорошка меди и никеля составляет 20·10-3 кг/ч при потребляемой электрической мощности 700 Вт.
Claims (1)
- Способ низковольтного импульсного электродугового получения металлического нанопорошка в жидкой среде, включающий установку двух электродов в емкости с жидкой средой, подачу на электроды импульсного напряжения с образованием плазмы в жидкой среде и формированием наночастиц из материала электродов, выпадение наночастиц порошка в осадок, отличающийся тем, что используют первый электрод, установленный с возможностью вибрации с частотой (2-20)103 Гц на механическом вибраторе и с возможностью возвратно-поступательного движения по всей длине второго электрода, в качестве которого используют полосу из того же материала, что и первый электрод, закрепленную у дна емкости с жидкой средой, при этом на электроды подают двухполярные импульсы длительностью (20-250)10-6 с и частотой следования импульсов (2-20)103 Гц от генератора низкого напряжения 10-30 В с принудительным замыканием и разрывом электрической цепи с плотностью тока свыше 109 А/м2, и синусоидально изменяют разрядный промежуток между электродами от 10-9 до 10-4 м с обеспечением генерации сильноточного разряда между электродами, причем при разрыве электрической цепи обеспечивают напряженность электрического поля выше 107 В/м и электрический пробой жидкой среды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114018/02A RU2604283C2 (ru) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114018/02A RU2604283C2 (ru) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015114018A RU2015114018A (ru) | 2016-11-10 |
RU2604283C2 true RU2604283C2 (ru) | 2016-12-10 |
Family
ID=57267489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015114018/02A RU2604283C2 (ru) | 2015-04-15 | 2015-04-15 | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604283C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2748277C1 (ru) * | 2020-02-18 | 2021-05-21 | Валентин Степанович Щербак | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде |
RU2756189C1 (ru) * | 2019-12-19 | 2021-09-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт" (национальный исследовательский университет)" | Установка для электроимпульсного управляемого получения наночастиц токопроводящих материалов |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113458404A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-10-01 | 上海科技大学 | 合金纳米颗粒及其制备方法和用途 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005023406A2 (en) * | 2003-09-10 | 2005-03-17 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Production of nanoparticles and microparticles |
EP2112670A1 (en) * | 2007-02-15 | 2009-10-28 | National University Corporation Hokkaido University | Method for producing conductor fine particles |
RU94492U1 (ru) * | 2010-02-26 | 2010-05-27 | Владимир Владимирович Слепцов | Устройство для получения наночастиц токопроводящих материалов |
RU2475298C1 (ru) * | 2011-07-12 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов |
RU2496920C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-10-27 | Сергей Дмитриевич Терентьев | Способ получения наноматериалов |
-
2015
- 2015-04-15 RU RU2015114018/02A patent/RU2604283C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005023406A2 (en) * | 2003-09-10 | 2005-03-17 | Ramot At Tel-Aviv University Ltd. | Production of nanoparticles and microparticles |
EP2112670A1 (en) * | 2007-02-15 | 2009-10-28 | National University Corporation Hokkaido University | Method for producing conductor fine particles |
RU94492U1 (ru) * | 2010-02-26 | 2010-05-27 | Владимир Владимирович Слепцов | Устройство для получения наночастиц токопроводящих материалов |
RU2475298C1 (ru) * | 2011-07-12 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов |
RU2496920C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-10-27 | Сергей Дмитриевич Терентьев | Способ получения наноматериалов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Высоковольтный импульсный электродуговой метод получения наночастиц металлов в жидких средах, [on-line], 16.02.2010, найден 01.07.2016, http://www.5laboratory.com/material/articles/1/. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756189C1 (ru) * | 2019-12-19 | 2021-09-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт" (национальный исследовательский университет)" | Установка для электроимпульсного управляемого получения наночастиц токопроводящих материалов |
RU2748277C1 (ru) * | 2020-02-18 | 2021-05-21 | Валентин Степанович Щербак | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015114018A (ru) | 2016-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Horikoshi et al. | In-liquid plasma: A novel tool in the fabrication of nanomaterials and in the treatment of wastewaters | |
Bulychev et al. | Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 1. Method for producing particles | |
RU2604283C2 (ru) | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде | |
Mazloomi et al. | Electrical efficiency of electrolytic hydrogen production | |
JP5472601B2 (ja) | 液中プラズマ処理装置、金属ナノ粒子製造方法及び金属担持物製造方法 | |
WO2014077181A1 (ja) | 水処理装置および水処理方法 | |
Teranishi et al. | Development of dielectric barrier discharge-type ozone generator constructed with piezoelectric transformers: effect of dielectric electrode materials on ozone generation | |
KR20170129684A (ko) | 에너지 추출 시스템 및 방법 | |
RU2748277C1 (ru) | Низковольтный импульсный электродуговой способ получения металлического нанопорошка в жидкой среде | |
RU2561081C2 (ru) | СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА, ВОССТАНОВЛЕНИЯ КРЕМНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИОКСИДА ТИТАНА ДО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ТИТАНА ПУТЁМ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧАСТИЦ SiO2, КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА, ЧАСТИЦ FeTiО3 И МАГНИТНЫХ ВОЛН | |
JP2014210222A (ja) | 液体処理装置 | |
Kumar et al. | RESA—A wholly new process for fine oxide powder preparation | |
WO2009138433A1 (en) | Initiation method for abnormal glow plasma discharge in a liquid-phase medium and apparatus for its implementation | |
Dudnik et al. | Plasma ways to obtain ultrafine oxides | |
RU2545976C2 (ru) | Устройство для получения порошка электропроводного материала электроэрозионным диспергированием в жидкой инертной среде | |
JP5390315B2 (ja) | 金属担持物製造装置及び金属担持物製造方法 | |
WO2023285299A1 (en) | Apparatus and method for electron irradiation scrubbing | |
KR20180042701A (ko) | 나노초 펄스방전을 이용한 나노분말 제조 장치 및 방법 | |
Saiki et al. | Production of Reduced Al Nanoparticles from Al Oxide by Applying High Voltage Pulses to Solutions | |
JP2014010931A (ja) | プラズマ処理方法及び処理装置 | |
RU2496920C1 (ru) | Способ получения наноматериалов | |
KR20160000872A (ko) | 수중방전을 이용한 구리 나노입자와 나노잉크의 제조방법 | |
RU210381U1 (ru) | Устройство для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов | |
Namihira et al. | Characteristics of pulsed discharge plasma in water | |
RU2756189C1 (ru) | Установка для электроимпульсного управляемого получения наночастиц токопроводящих материалов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170416 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200325 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200819 |