[发明专利]一种流体微通道、颗粒降级微反应器及其应用

说明书

本发明提供了一种具有高剪切速率的微流道，所述微流道包括壳体和设置在所述壳体内部的旋转部件，所述旋转部件的旋转轴沿所述流体微通道的流动方向；所述壳体和旋转部件之间的空间构成流体的流动通道；所述流体微通道的流动通道的尺寸沿流体流动方向逐级减小。本发明提供了一种具有高剪切速率的微流道，其可以实现对颗粒状原料的尺寸降级，并片层化，制备出纳米级尺寸的片层结构；本发明提供的流体微通道对于颗粒状材料具有普适性，适用性广泛，为纳米材料的制备提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及流体微通道设计领域，尤其是涉及一种流体微通道、颗粒降级微反应器及其应用。

背景技术

纳米材料比起传统块体材料在性能上往往有着不可比拟的优势。随着纳米技术的发展，纳米材料制备工艺也不断丰富起来。近年来，随着石墨烯的发现，人们的目光又投向了二维纳米材料。由于其特殊的微观结构和性质，二维纳米材料已经广泛应用于复合材料、信息技术、新能源等领域，在新型催化剂、锂电池、新一代集成电路等方面也有着广泛的应用前景。

对于二维纳米材料的制备方法，包括溅射、刮刨、沉积等方法，但溅射和沉积更适合制备薄膜状的、依附于催化剂表面的二维纳米材料，这种纳米材料一般难以从催化剂基底剥离，限制了其应用范围，同时存在设备昂贵、制备过程严苛、成品率低等问题；刮刨是一种“自上而下”的制备二维纳米材料的方法，但目前刮刨法对材料的减薄能力有限，难以将二维材料的厚度降低至100nm以内，且存在产物碎化严重、尺寸小且难以调控、产率低等问题。

本领域需要开发一种对不同材料具有普适性的能够进行颗粒尺寸降级的设备，所述设备的操作简单，使用门槛低，具有可控性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体微通道、颗粒降级微反应器及其应用，其能够将通入的固液混合的悬浮液的固体颗粒进行剪切，将尺寸降级，得到纳米结构，对于硅或碳等材料可以进行片层化，得到片层纳米结构。

第一方面，本发明提供的流体微通道包括壳体和设置在所述壳体内部的旋转部件，所述旋转部件的旋转轴沿所述流体微通道的流动方向；

所述壳体和旋转部件之间的空间构成流体的流动通道；

所述流体微通道的流动通道的尺寸沿流体流动方向逐级减小。

沿所述流体微通道的液体流动方向，通道尺寸逐级减小，液体内的固体颗粒被挤入更窄的通道内，流速增加，产生沿流动方向的剪切作用，即流体产生较大的流速，流体像是刀片将流体内的颗粒进行削切；而另一方面，旋转部件的旋转又会产生沿圆周切向的剪切作用，对流体内的颗粒进行削切；在两个剪切作用下，固体颗粒被剪切成片层，但若被剪切的颗粒不易形成片层结构，也可以被明显降级成纳米颗粒。

当然，所述的流体微通道的使用过程并不限定固体颗粒的种类，理论上能够适用于所有的固体颗粒，尤其适用于非金属颗粒，如硅颗粒、石墨颗粒等，以及金属氧化物颗粒，如二氧化钛颗粒等。

作为一种优选技术方案，所述流体微通道的壳体为定径管路，所述旋转部件为圆周半径逐级增大的转动轴。

作为另一种优选技术方案，所述流体微通道的壳体为内径逐级减小的管路，所述旋转部件为定径转动轴。

上述两种技术方案，都可以获得流动通道尺寸逐级减小的结果。

优选地，所述流体微通道的流动通道的尺寸沿流体流动方向分n级逐级减小，所述n≥2（例如3、4、5、6、7等），优选3。

优选地，所述流体微通道的流动通道的尺寸为5mm~0.5mm中的任意值，例如4.8mm、4.3mm、3.8mm、3.3mm、2.8mm、2.3mm、1.8mm、1.3mm、0.8mm等。