[发明专利]通过反应室等离子体反应器系统利用蒸发－冷凝过程制备纳米颗粒的方法

权利要求书

1. 一种用于在气溶胶过程中制备纳米颗粒的反应器，包括：

(a)具有侧壁、入口和出口的反应室，该入口用于将热载体气引入反应室，热载体气从该入口流经反应室并离开该出口，

(b)位于反应室下游的骤冷区，其具有入口和出口，

(c)大致位于反应室出口附近的一个或多个骤冷入口，其用于引入骤冷材料，

(d)位于反应室入口和骤冷入口之间的一个或多个反应物入口，其用于引入一种或多种反应物；

该反应室包括：(i)具有长度L₁的间隔区，其从反应室入口开始延伸并大致在反应物入口附近终止，和(ii)具有长度L₂的均化区，其大致从反应物入口的位置开始延伸并大致在骤冷区入口附近终止；该间隔区用于使热载体气将反应物携带至均化区，该均化区用于在适于形成反应产物的条件下使反应物接触并将反应产物传递至骤冷区，L₁足以使热载体气在反应物入口之前附着于反应室间隔区的侧壁上，且L₂足以提供均化区之内的反应物停留时间，其适于形成这样的反应产物：当从骤冷区出口取出时，反应产物是纳米颗粒。

2. 权利要求1的反应器，其进一步包括用于加热载体气的高温加热装置，其选自DC等离子体电弧、RF等离子体、电加热、传导加热、火焰反应器和激光反应器。

3. 权利要求1的反应器，其进一步包括用于加热载体气的DC等离子体电弧。

4. 权利要求1的反应器，其进一步包括用于加热载体气的RF等离子体。

5. 权利要求1的反应器，其中该反应室进一步包括提供了间隔区和均化区的均化器。

6. 权利要求5的反应器，其中该均化器由铜或陶瓷材料构造而成。

7. 权利要求5的反应器，其中该均化器具有侧壁、入口和出口，该均化器侧壁在与入口相隔距离为L₁+L₂+L₃的出口处收缩成喷嘴。

8. 权利要求7的反应器，其中该距离L₃为0。

9. 一种用于制备纳米颗粒的气溶胶方法，其包括：

(a)将热载体气引入气溶胶反应器，该气溶胶反应器包括反应室和具有入口和出口的骤冷区，该反应室具有侧壁、载体气入口和出口，大致位于反应室出口附近的一个或多个骤冷材料入口，位于载体气入口和骤冷材料入口之间的一个或多个反应物入口；该反应室具有：(i)具有长度L₁的间隔区，其从反应室入口开始延伸并大致在反应物入口附近终止，和(ii)具有长度L₂的均化区，其大致从反应物入口的位置开始延伸并大致在骤冷区入口附近终止；其中在该热载体气入口将热载体气引入反应室，热载体气流经反应室并离开该出口而进入骤冷区；

(b)在反应物入口将一种或多种反应物引入反应室，该反应物与间隔区中的热载体气接触并通入均化区以形成反应产物，L₁足以使热载体气在反应物入口之前附着于反应室间隔区的侧壁上，且L₂足以提供适于形成反应产物的均化区之内的反应物停留时间；

(c)将反应产物通入骤冷区；和

(d)从骤冷区出口取出纳米颗粒反应产物。

10. 权利要求9的方法，其中该反应物是TiCl₄与O₂并且产物是TiO₂颗粒。

11. 权利要求10的二氧化钛颗粒，具有10nm和100nm之间的颗粒尺寸以及超过10m²/g的BET表面积。

12. 权利要求9的方法，其中该载体气是惰性的。

13. 权利要求9的方法，其中该载体气选自氩气、氧气、氮气、和其结合。

14. 权利要求9的方法，其中该反应物是一种或多种前体物质。

15. 权利要求9的方法，其中该反应物是气体、液体、乳浊液、分散体、溶液或粉末形式。

16. 权利要求9的方法，其中将该载体气引入反应室使得其具有轴向地从该室入口顺流通过反应室的流动方向。