[发明专利]一种强电场水热生长系统及其使用方法

说明书

本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种强电场水热生长系统及其使用方法，可在高温高压条件下同时获得强电场环境。该系统包括直流可调高压电源模块，加热装置和水热釜装置；所述直流可调高压电源模块通过将其正极和接地极上连接的导线引入加热装置，与加热装置内的水热釜装置连接使电路连通。通过控制温度和电压，研究强电场条件对水热纳米或单晶非极性材料生长的影响，从而获得新的纳米材料形貌和性能。本发明所述直流可调高压电源模块能够提供高达5万伏的大小可调的电压，加热装置可提供热环境，并支持将直流高压电导入加热腔内，而水热釜装置则可以保证材料的制备处于高压的水热环境同时又处于强电场环境当中。

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，涉及一种强电场水热生长系统及其使用方法。

背景技术

能源短缺和环境污染成为阻碍人类可持续发展亟待解决的问题。上个世纪80年代美国的德雷克斯勒提出了具有超现实意义的具有革命性的纳米技术概念，到21世纪，纳米材料在能源和环境领域得到了广泛的关注与研究，诸如染料敏化太阳能电池、钙钛矿电池，纳米半导体材料光催化降解有毒有机污染物等。在可预见的未来，纳米材料必将得到广泛的应用。

由于纳米材料的性能与其尺寸、形貌以及表面性质息息相关，而不同的生长方法将得到不同形貌、不同尺寸的纳米颗粒。目前纳米材料的制备方法主要包括水热法、溶胶凝胶法、液相沉淀法、超声合成法和溶剂热法。各种制备方法中，水热法由于其操作简单，适用范围广，粒径分布均匀且颗粒较小等诸多优点而被广泛应用于纳米颗粒的合成制备中。然而，为了获得不同形貌的纳米颗粒，就要在水热溶液中添加各种不同的表面活性剂，使得制备的纳米材料原有的表面性质被表面活性剂所破坏，得不到有用信息。因此，在某些极性物质的纳米材料的合成过程中，将整个反应装置置于强电场中，就可以使极性物质的前驱体发生取向极化，从而不用表面活性剂就能够控制纳米材料的形貌，获得没有电场的情况下难以获得的形貌。

长期以来，电、磁场对材料生长制备的影响一直受到关注。由于水分子也是极性分子，因此，在强磁场下，水分子的取向极化对纳米颗粒的合成、单晶材料的生长是否产生影响以及如何影响，始终没有办法得到研究，很重要的原因就是没有办法在获得高温高压环境的同时获得强电场环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种强电场水热生长系统及其使用方法，可在高温高压条件下同时获得强电场环境。

本发明是这样实现的：

本发明的强电场水热生长系统包括：直流可调高压电源模块，加热装置和水热釜装置。

所述直流可调高压电源模块，直流电压输出高达5万伏，且该模块的输出电压大小可调；所述直流可调高压电源模块通过将其正极和接地极上连接的导线引入加热装置，并与加热装置内的水热釜装置连接使电路连通。所述直流可调高压电源模块还设有相应的漏电保护装置。

所述加热装置：

(1)包括一密闭的加热腔体。

(2)在腔体侧面或上下表面开设至少两个通孔，且通孔大小不影响加热腔体的温度均匀性。

(3)连接所述高压电源模块的正极和接地极的导线分别穿过所述通孔，并对导线做好绝缘绝热处理。

所述水热釜装置包括可开盖的聚四氟乙烯罐体，以及用于所述罐体横向和轴向承压的组件。横向承压组件包括包覆于所述罐体周壁，并与所述罐体紧密贴合的不锈钢套管。轴向承压组件包括位于所述罐体上下方的两个平行钢片，并通过锁紧螺丝和螺母将两个平行钢片轴向锁紧。在所述横向承压组件和所述轴向承压组件之间还设有轴向绝缘垫片。

所述平行钢片分别与高压电源模块的正极和接地极相连。

所述锁紧螺丝和螺母，与所述平行钢片之间用聚四氟乙烯垫片和螺丝套管绝缘隔开。