[发明专利]一种制备纳米金属氧化物制备方法及反应装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种制备纳米金属氧化物制备方法及反应装置。

背景技术

爆轰法是指利用负氧平衡炸药爆炸产生的瞬时高温和高压，使原材料迅速分解，然后聚集晶化而形成纳米材料的技术，是爆炸力学和材料学结合的新研究方向，并且工艺简单，有效地减轻对环境的污染，容易实现规模化，是制备纳米粉体的绿色技术，具有良好的经济效益和社会效益。研究爆炸反应场对合成纳米材料的作用机理以及爆炸冲击对纳米材料硬团聚和解团聚机理的分析。爆炸场的作用机理一方面在于爆炸产生的气体以及高温高压场为纳米粒子的合成和相转变提供了物质和能源，另一方面负氧平衡炸药在爆炸时产生的类气态自由碳原子在纳米粒子表面沉积，发挥空间位阻效应，组织纳米粒子的生长和团聚。

该法是一种廉价、易于控制工艺参数、接近气相合成的方法。作为一种全新的合成技术，它凭借操作简单、成本低廉，适于合成多种单质，氧化物以及复合氧化物，适用范围广的特点受到了研究者的广泛研究。从爆轰合成技术本身来讲，可以解决廉价、无污染、大量合成纳米氧化物、纳米复式氧化物的问题。爆轰合成不需要额外能耗，爆轰产物通过化学配平方式生成N2，H2O和CO2等来实现减少环境污染的目的。同时爆轰合成的纳米粒子实际上是在高压高密态的气体中快速生成的，并随后续的爆轰气体一起高速膨胀，易于制备分散性较好的纳米粒子。同时，通过调整炸药的密度、药剂配比、添加敏化剂等手段能够实现对爆轰参数的控制，进而控制纳米粉体的生产工艺和纳米粉体的尺度、晶型和成份组成，实现合成纳米粉体的人为控制与选择性合成。鉴于常规合成方法在制备纳米氧化物时，合成技术复杂繁琐，工艺条件难于控制，产量低的缺点和爆轰法在制备纳米粉末材料的优越性和新颖性，结合爆轰合成纳米金刚石、纳米石墨等的理论和实践经验以及现代爆轰理论研究成果，爆轰法制备纳米氧化物粉体的研究不仅能丰富其制备方法，而且对爆轰产物的相关研究在一定程度上还能促进爆轰反应机理的研究。随着其它爆炸与爆轰现象如冲击压实、爆炸烧结、冲击相变、冲击极化和冲击磁化等研究的迅猛发展，势必会推动爆轰合成技术的更大发展。同时，爆轰合成纳米材料的研究反过来也会对进一步完善爆轰理论和发展微细观爆炸力学与化学、物理和材料学等学科交叉提供了一定的理论和实验支撑。

发明内容

本发明本发明着重设计一个爆炸合成反应器，采用固态混合物炸药为前驱体，合成过程中控制不同的爆轰参数，如炸药的种类、爆轰性能、在原料中的比例、装药方式等，同时记录爆轰参数、前驱体配比及形态与爆轰产物等实验参数，建立炸药性能、形态爆轰参数等对合成纳米氧化铝颗粒的大小、物理化学性能之间的关系。

本发明实施例是这样实现的，一种制备纳米金属氧化物的反应装置，所述装置包括：一个防爆罐体(3)和一个底座(9)，它们之间采用螺纹配合；其中一个防爆罐体(3)上设有泄压孔(2)，在爆轰完成后，可以方便泄压和取下防爆罐体(3)；其中一个底座(9)上有四个分布均匀的接口(10)，用来连接示波器、恒流源和压力传感器；在底座(9)上还有四个电极(7)，材料是黄铜的，由导线和接口(10)连接在一起，在底座上打了四个分布均匀的孔，安好接口(10)和电极(7)用绝缘胶进行密封。一个承压块(8)也在底座上，用来固定一个压力传感器(6)和一个药柱(5)以及一个雷管(4)。

进一步，一个防爆罐体(3)和一个底座(9)采用经过处理的不锈钢材料，一个泄压螺钉(1)采用耐高压、高温的螺钉。

进一步，四个电极(7)，材料是黄铜的；四个分布均匀的接口(10)，它们直接由导线连接后，采用绝缘胶进行密封。

进一步，一个承压块(8)采用高温煅烧、冷却处理的工具钢材料。

进一步，一个压力传感器(6)选用耐高温、高压的锰铜传感器。

进一步，一个药柱(5)采用定位压药法压制的炸药和前躯体混合物。

进一步，一个雷管(4)采用电起爆的工业雷管。

本发明实施例的另一目的在于提供一种纳米金属氧化物的制备方法，该制备方法包括：

将一定比例的炸药和金属氧化物前躯体按照定位压药法压制成一定密度的混合药柱；

焊接传感器及制作触发探针，粘连药柱和连接雷管；

连接示波器和恒流源，用恒流源起爆雷管；

记录爆压相关数据；

清理爆炸罐，收集爆轰产物，清理杂质，进行过滤、煅烧等处理，对所得固体产物进行表征研究，以确定其形貌、晶体结构等参数。

本发明的创新之处：