[发明专利]一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置及其操作方法，包括：加热水箱、恒温水泵、空化管和温压控制系统；加热水箱的出口通过第一管道与空化管的进口相连通，第一管道上设置有恒温水泵；空化管的出口通过第二管道与加热水箱的进口相连通；空化管水平设置；空化管内设置有孔板，孔板设置有通孔，用于引发局部低压并产生空泡；温压控制系统，用于采集孔板上下游的温度信号和压力信号，并将采集的信号转化为电信号，调节装置内水流温度和流量。本发明的装置，利用孔板引发的局部低压引发空泡，并利用空泡溃灭的瞬时激波、局部高压向纳米材料中引入晶体缺陷，达到改变纳米材料的晶体结构的目的。

技术领域

本发明属于纳米材料制备工艺及设备技术领域，特别涉及一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置及其操作方法。

背景技术

纳米材料的研究是当前很有发展前景的研究方向，实验研究表明，纳米材料在某些属性上具有传统材料无法比拟的优势：以碳纳米管石墨烯为代表的超高强度材料，其比强度是钢铁的好几倍；以金纳米材料为代表的纳米催化剂在反应速率和价格上都优于传统产品；某些纳米材料的光学、电学性质十分特殊，正被作为各种新型光学传感器、新型半导体的候选材料进行研究。

实验表明，2D六边形结构的金纳米材料在可见光及红外光谱下具有优秀的、可调节的光学特性。以其为材料的光学传感器具有很好的光学特性和寿命，因此受到学界的广泛关注。研究表明，纳米颗粒内部的晶体缺陷是决定纳米金颗粒微观结构的关键因素。晶体缺陷是指晶体内部结构完整性受到破坏。在实际的晶体中，指晶体中由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子排列偏离了理想晶体结构的区域。实验表明，当晶体具有堆叠的镜像缺陷时，原始金颗粒将沿着(111)平面生长，并最终成为2D六边形纳米金颗粒。然而，人为向纳米颗粒中引入缺陷有着极端苛刻的条件：若采用在样品上均匀施加恒定压力的方式在单晶金纳米颗粒中引入上述的缺陷需要100Mpa以上压力，而传统的压力装置不仅难以在达到如此高的压力，更无法保护样品在如此高压下不受破坏。目前，市场上目前并没有能够引入缺陷的装置，实用经济的人为引入缺陷的装置亟待开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置及其操作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的装置，利用孔板引发的局部低压引发空泡，并利用空泡溃灭的瞬时激波、局部高压向纳米材料中引入晶体缺陷，达到改变纳米材料的晶体结构的目的。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于向纳米材料中引入晶体缺陷的水力空化装置，包括：加热水箱、恒温水泵、空化管和温压控制系统；

所述加热水箱的出口通过第一管道与所述空化管的进口相连通，所述第一管道上设置有恒温水泵；所述空化管的出口通过第二管道与所述加热水箱的进口相连通；

所述空化管水平设置；所述空化管内设置有孔板，所述孔板设置有通孔，用于引发局部低压并产生空泡；

所述温压控制系统，用于采集孔板上下游的温度信号和压力信号，并将采集的信号转化为电信号，调节装置内水流温度和流量。

本发明的进一步改进在于，所述空化管包括入口段和扩压段；

所述入口段设置有空化管的进口并安装有整流栅；

所述扩压段设置有空化管的出口并安装有样品架；

所述孔板安装在所述入口段和所述扩压段的交界处。

本发明的进一步改进在于，所述空化管为透明的圆管结构；所述空化管的扩压段设置有操作窗。

本发明的进一步改进在于，所述整流栅包括交错排列的导流叶片；所述样品架设置有沟槽结构；所述样品架的倾斜角度可调。

本发明的进一步改进在于，所述孔板通流面积，据伯努利方程进行估算：