[发明专利]电化学放电的纳米颗粒制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，特别涉及一种纳米颗粒的制备方法。

背景技术

在纳米颗粒中，由于量子限制效应作用，其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构。由于特殊能级结构，使得纳米颗粒表现出独特的物理性质，如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等。它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义。纳米颗粒材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一。

由于纳米粒子具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子效应、宏观量子隧道效应和催化效应。因此，它在催化性能、光学性能、磁性能、增强增韧性能、储氢性能和润滑性能等方面都具有特异功能。从而获得了广泛的应用。主要应用于：催化剂、纳米电子器件、传感器、 磁性材料、光学和隐身材料以及增韧补强材料、生物医学材料。在增强结构材料方面有纳米颗粒增强材料、纳米晶须、纤维增强材料、纳米颗粒助烧结材料、纳米焊接技术。

在磁性材料方面有纳米巨磁电阻材料、纳米磁记录材料、纳米微晶软磁材料、纳米微晶稀土永磁材料、纳米磁制冷工质材料。

在生物材料方面有纳米复合牙齿替代材料、纳米复合骨替代材料。

在半导体方面有纳米温敏材料、纳米压敏材料、纳米湿敏材料、纳米气敏材料、纳米光敏材料。

在光学隐身材料方面有纳米光学隐身材料，其中又分为可见光隐身、微波隐身、红外隐身和激光隐身等。

纳米粒子的制备作为当前研究的热点，国内外的众多专家学者均对其展开了广泛的研究。目前，纳米粒子的制备有很多方法，主要有溶胶凝胶法、化学气相沉积法、激光热解法、等离子合成法等。然而，现有的制备纳米粒子的方法，设备昂贵，产率不高，加工过程复杂等一系列不足。

发明内容

针对纳米颗粒的制备成本高、产率低的缺陷，本发明提供了一种电化学放电的纳米颗粒制备方法。

一种电化学放电的纳米颗粒制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1) 选用高电阻率或绝缘材料的纳米体材料作为工件，使工具电极，工件和进电块浸入电解液中； (2) 进电块和工具电极分别接在加工电源的正负极；工具电极作为阴极，进电块作为阳极在电解液中发生电化学反应，产生气泡，并附着在工具电极表面，随着加工的继续进行，工具电极在电解液液面以下的部分被不断产生的气泡完全包覆，使工具电极和电解液完全隔离；(3) 当工具电极)和电解液被完全隔离时，在其之间形成电压差，当电压差达到放电条件时击穿气泡层，形成放电通道，在工具电极(4)和工件(3)表面的电解液之间产生放电；放电通道中的瞬时高温高压能量气化了工件(3)表面的电解液后，再进一步熔化、气化工件，产生蚀除产物并抛入电解液(2)中，经冷却和凝固后形成直径<100nm的纳米颗粒。

所述的电化学电火花放电的纳米颗粒制备方法，其特征在于：利用一个含过滤装置的工作液循环系统）让电解液在工作液槽外部进行循环流动，使电解液冷却，并对制备得到的纳米颗粒进行初级收集。

上述工件材料是高电阻率材料(如：硅、锗等半导体)或者是绝缘材料（如：陶瓷，金属氧化物等）。

上述电解液可以是质量分数10%~50%的KOH，NaOH, NaCO₃,NaNO₃ 等溶液。

上述工具电极为熔点高的材料，如钨、钼等。

上述辅助电极为惰性材料，如石墨等。

在加工过程中，依靠电化学作用形成的非导电气体完全包覆工具电极，隔绝工具电极和电解液，从而在工具电极和电解液之间形成电压差，当达到放电条件时击穿气体，形成放电通道，产生放电。利用放电通道中的瞬时高温高压能量熔化、气化工件，产生蚀除产物并抛入电解液中，冷却、凝固形成纳米颗粒。本发明提供的电化学放电的纳米颗粒制备方法有如下有益效果：

1．本发明提供的电化学放电的纳米颗粒制备方法，设备成本低，操作过程简易。在传统的电火花加工机床上进行简单的改造就能实现本专利提出的方法，可操作性强。

2．本发明提供的电化学放电的纳米颗粒制备方法，能实现长时间持续生产，产率高。添加一个工作液循环系统，能实现加工和提纯同时进行。

3．本发明提供的电化学放电的纳米颗粒制备方法，绿色环保，不产生有害气体和物质。在加工过程中，通过选取合适的工具电极、进电块和电解液能实现非导电气体只是由电解水产生，而不产生其他污染物。