Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления

Номер патента: 18452

Опубликовано: 30.08.2014

Авторы: Фисенко Сергей Павлович, Саверченко Виктор Иванович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Саверченко Виктор Иванович Фисенко Сергей Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для получения наночастиц, содержащее кювету, связанную насосом с распылителем, камеру нагрева и нагреватель, отличающееся тем, что камера нагрева выполнена герметичной и снабжена установленным с возможностью вращения металлическим барабаном, внутри которого расположены нагреватель, датчики скорости вращения и температуры, при этом камера нагрева снабжена вакуумным насосом, а распылитель установлен напротив металлического барабана и направлен на его наружную поверхность. 2. Способ получения наночастиц в устройстве по п. 1, при котором наполняют кювету заранее приготовленным раствором вещества, распыляют раствор вещества в смеси с воздухом в камеру нагрева, в которой капли раствора осаждаются на нагретую до температуры 500-700 С поверхность металлического барабана, вращающегося со скоростью 0,1 об/с,поддерживают давление от 40 до 60 торр в камере нагрева, удаляют полученные наночастицы с поверхности вращающегося металлического барабана. 18452 1 2014.08.30 Предлагаемое изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к технологиям производства и переработки наночастиц, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности как средство для приготовления присадки для красок. Известен способ получения наночастиц полупроводников распылительным путем 1. Этот способ включает растворение полупроводникового компонента или смеси полупроводниковых компонентов в растворителе распыление капель полученного раствора испарение этих капель в потоке, в результате чего получается поток наночастиц полупроводника,не имеющих под собой подложку осаждение этих наночастиц на подложку. Данный способ обладает следующим недостатком. Поскольку испарение капель осуществляется в аэрозольной фазе, то есть не на подложке, интенсивность этого испарения сравнительно невелика, а это снижает производительность способа. Известен способ получения комплексного оксида лития-никеля-марганца 2 путем отжига смеси, содержащей источник никеля, источник марганца и источник лития, которую, в свою очередь, получают распылительной сушкой суспензии, содержащей, по меньшей мере, источник никеля и источник марганца со средним диаметром твердых частиц менее 2 мкм. Источник лития добавляют к суспензии или к продукту, полученному распылительной сушкой. Недостатком данного способа является то, что сушка осуществляется распылительным методом, что означает испарение жидкости в аэрозольной фазе. Скорость такого испарения сравнительно низкая, что в значительной степени снижает производительность данного способа. Кроме того, добавление источника лития к продукту не позволяет сделать процесс производства комплексного оксида непрерывным, так как требует извлечения продукта из процесса с последующим его возвращением. Известен способ синтеза наноструктурных окисей и гидроокисей 3, включающий распыление раствора реагента в предшествующий раствор для образования осадка наноструктурной окиси и гидроокиси. Осадок затем подвергается тепловой обработке с последующей обработкой ультразвуком или обработке ультразвуком с последующей тепловой обработкой. Недостатками этого способа является необходимость отделять осадок от раствора, производить тепловую обработку и обработку ультразвуком. При тепловой обработке осадка скорость испарения жидкости невелика и поэтому процесс требует много времени, что сильно снижает производительность способа. Известен способ получения наночастиц кремния 4 с использованием пламенного реактора, который включает распылитель капель, оборудованный двухжидкостным соплом,и горелку пятитрубчатой структуры. В этом методе капли алкоксида кремния распыляются через распылитель пламенного реактора. Пламя создается благодаря одновременному потоку инертного газа, водорода, кислорода и воздуха в горелке пламенного реактора. Жидкий состав кремния прогоняется через пламя горелки для образования кремниевых наночастиц со средним размером от 9 до 68 нм. Получаемые наночастицы улавливаются и извлекаются в ловушке частиц. Недостатком данного способа является то, что испарение жидкости из жидкого состава производится в аэрозольной фазе под воздействием пламени. Известно, что в аэрозольной фазе испарение происходит сравнительно медленно, что снижает производительность данного способа. Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности (прототип) является способ получения наночастиц путем испарительной сушки 5. Наночастицы вещества получают путем распыления раствора вещества, например сульфата никеля, в смеси с воздухом или инертным газом в камеру нагрева. Результирующим продуктом является поток, несущий наночастицы вещества. В камере нагрева происходит испарение жидкости из распыленного раствора. Этот способ подразумевает наличие заранее приготовленного раствора вещества, например раствора сульфата никеля в воде, который подеется в камеру нагрева, и распылителя, посредством которого осуществляется распыление раствора. Раствор вещества, из которого требуется получить наночастицы, подается в распылитель, при помощи которого вещество переходит в аэрозольную фазу - мелкие капли в воздухе или 2 18452 1 2014.08.30 другом газе. Далее эти капли испаряются под действием тепла, исходящего от стенок камеры нагрева. После испарения жидкости из капель раствора остаются только лишь частицы растворенного вещества, которые имеют очень малый размер - порядка 100 нм. Недостатком данного способа является то, что испарение происходит в аэрозольной фазе, то есть капли испаряются будучи взвешенными в воздухе, а это означает низкую производительность процесса, поскольку теплопроводность воздуха сравнительно невысока. Кроме того, продуктом данного способа является поток, несущий наночастицы, а не сами наночастицы. Это означает, что наночастицы еще предстоит выловить из газового потока. Устройство, реализующее указанный способ, включает заранее приготовленный раствор вещества, например раствор сульфата никеля в воде, который подается в камеру нагрева,распылитель, посредством которого осуществляется распыление раствора и нагреватель. Раствор вещества, из которого требуется получить наночастицы, подают в распылитель, при помощи которого вещество переходит в аэрозольную фазу - мелкие капли в воздухе или другом газе. Далее эти капли испаряются под действием тепла, исходящего от стенок камеры нагрева. После испарения жидкости из капель раствора остаются только лишь частицы растворенного вещества, которые имеют очень малый размер - порядка 100 нм. Недостатком данного способа является то, что испарение происходит в аэрозольной фазе, то есть капли, будучи взвешенными в воздухе, а это означает низкую производительность процесса, поскольку теплопроводность воздуха сравнительно невысока. Задачей данного изобретения является существенное упрощение устройства и способа получения наночастиц и повышение его производительности, а также достижение непрерывности способа получения наночастиц с возможностью производства их в промышленных масштабах. Задача решается следующим образом. Известное устройство для получения наночастиц содержит кювету, связанную насосом с распылителем, камеру нагрева и нагреватель. Согласно предлагаемому изобретению камера нагрева выполнена герметичной и снабжена установленным с возможностью вращения металлическим барабаном, внутри которого расположены нагреватель, датчики скорости вращения и температуры, при этом камера нагрева снабжена вакуумным насосом, а распылитель установлен напротив металлического барабана и направлен на его наружную поверхность. Известный способ получения наночастиц включает распыление раствора вещества,например раствора сульфата никеля в воде, в камеру нагрева с получением потока, несущего наночастицы, и последующей сушкой распыленного вещества. Согласно предлагаемому изобретению кювету наполняют заранее приготовленным раствором вещества, распыляют раствор вещества в смеси с воздухом в камеру нагрева,осаждают капли раствора на нагретую до температуры 500-700 С поверхность металлического барабана, вращающегося со скоростью 0,1 об/с, поддерживают давление от 40 до 60 торр в камере нагрева, удаляют полученные наночастицы с поверхности вращающегося металлического барабана. Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, которое включает кювету 1 с приготовленным заранее раствором вещества, например раствора сульфата никеля в воде, связанную насосом 2 с распылителем 3, образующим поток микронных капель раствора. Вращающийся барабан 4 выполнен металлическим и размещен в камере нагрева 5. На поверхности барабана 4 происходит осаждение микрочастиц распыляемого вещества с образованием наночастиц. Нагрев поверхности барабана 4 осуществляют с помощью нагревателя 6. Для удаления образовавшихся наночастиц предусмотрен неподвижно установленный в корпусе 5 скребок 7. Камера нагрева 5 выполнена герметичной и снабжена вакуумным насосом 8, который служит для понижения давления воздуха внутри камеры нагрева 5, в котором происходит процесс испарения жидкости из капель раствора. Скорость 3 18452 1 2014.08.30 вращения барабана 4 и температуру его поверхности в зоне осаждения контролируют датчики 9 и 10 соответственно. Кювета 11 предназначена для сбора наночастиц, образовавшихся на поверхности барабана 4. Установка работает следующим образом. Заранее приготовленный раствор вещества подают из кюветы 1 в распылитель 3 при помощи насоса 2. Далее раствор распыляется распылителем 3 с образованием потока микронных капель раствора вещества (например, раствора сульфата никеля в воде). Поток мелких - порядка 10 мкм - капель раствора ударяется о нагретую поверхность вращающегося барабана 4. При этом капли раствора из потока оседают на нагретую нагревателем 6 поверхность барабана 4. Осев на нагретую с помощью нагревателя 6 поверхность, капли раствора начинают стремительно испаряться, образуя при этом наночастицы. Эти наночастицы удаляют с поверхности барабана 4 посредством скребка 7 и ссыпают в кювету 11. Скорость вращения барабана 4 и температура его поверхности в зоне осаждения контролируют датчиками 9 и 10. Корпус 5 соединен с вакуумным насосом 8, который служит для понижения давления, при котором происходит процесс испарения. Скорость вращения барабана 4 составляет один оборот за 10-15 с, расход раствора порядка 1 л раствора на кубический метр воздуха. Удельная мощность нагревателя - 300-800 Вт/см 2. Процесс испарения микронных - порядка 10 мкм - капель в данном устройстве происходит на металлической нагретой поверхности барабана 4. За счет этого испарение происходит в 100-1000 раз интенсивнее, чем если бы оно происходило в аэрозольной фазе. Это связано с тем, что теплопроводность воздуха примерно в 100-1000 раз меньше теплопроводности металла. Подвод теплоты, необходимой для испарения капли, определяется именно теплопроводностью. Наличие в данном устройстве барабана 4 позволяет осуществлять одновременно нагрев поверхности, напыление капель на нее и удаление с нее образовавшегося наноматериала. Это позволяет данному устройству работать в непрерывном режиме. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить производительность процесса получения наночастиц, а также достичь непрерывности процесса производства наночастиц с возможностью производства их в промышленных масштабах. Источники информации 1. Заявка ВОИС 035425, МПК 23 3/00, 2006. 2.4092950, МПК 01 53/00, 2008. 3.2194666, МПК 01 53/04,1997. 4.7534410,МПК 01 33/12, 2009. 5. Заявка ВОИС 136830, МПК 61 9/14, 2007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

МПК: B82B 3/00

Метки: наночастиц, способ, получения, устройство, осуществления

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/4-18452-sposob-polucheniya-nanochastic-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты