[发明专利]一种高能率合成材料气相制备装置及方法

说明书

本发明提供了一种高能率合成材料气相制备装置及方法，设置反应管反应管内沿其长度方向设有内管以及铜线，反应管的两端各设有一个电极板，所述反应管还连接有真空泵、输气管和加料管。本发明在反应管内以爆轰的方式进行反应，并制备纳米材料，一步即可完成材料制备，工艺步骤少，高效快捷，可规模化量产纳米材料；在密闭的反应管内进行爆轰反应，反应过程安全可靠、清洁环保、无污染。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种高能率合成材料气相制备装置及方法。

背景技术

常规锂离子电池，使用石墨烯作负极材料，但锂离子电池容量较低，已不能适应日益发展的应用器件要求，而硅具有3579mAh/g的理论比容量，是具有潜力的新一代负极材料。

但是，硅在锂化和去锂化时会产生323%体积的膨胀，从而使硅颗粒破碎并粉化，使得电解质与破碎硅产生新的SEI膜，进而破坏电极结构，中断电子和离子的迁移通道，使电极稳定性急速衰减甚至电池失效，所以目前常采用的技术方法是，将硅材料纳米化，降低体积膨胀绝对值；进一步使得硅材料多孔以及泡沫化，使膨胀向颗粒内扩展，降低膨胀的外效应，造就离子的迁移通道，并使得吸附离子的表面积增大，最后用石墨烯包覆硅离子，由于石墨烯具有很强的自支撑能力和韧性，构建鸟巢式骨架的网状结构，能够造就消化硅膨胀的空间。目前进行上述合成方法需多步进行，其工艺复杂、程序较多、耗时长且生产量少，难以规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术提出纳米材料制备工艺复杂、程序较多、耗时长且产量少，难以规模化生产等问题，提供一种安全可靠、清洁环保、快速高效、可规模化的高效高能率合成材料气相制备装置及方法。

为此，本发明采取如下技术方案：

一种高能率合成材料气相制备装置，其特征在于，包括反应管，所述反应管的两端各设有一个可拆卸的密封法兰，反应管内沿其长度方向设有铜线，所述铜线与反应管的中心线重合，反应管的两端各设有一个电极板，所述电极板位于密封法兰的外侧，反应管的一端设有点火器，所述点火器位于其中一个密封法兰上，所述反应管内设有输气主管，所述输气主管从反应管穿出，输气主管的内端形成输气口，输气主管的外端连接有真空管和输气支管，所述真空管连接有真空泵，所述反应管还连接有加料管，所述加料管位于反应管的上部。

进一步地，所述反应管内沿其长度方向设有内管，所述输气口从内管的一端伸入内管中，所述点火器从内管的另一端伸入内管中。

进一步地，所述输气支管连接有气体混合室，输气支管上设有输气阀。

进一步地，所述反应管上设有用于测量爆轰冲击波速度的波速测量仪以及压电传感器。

进一步地，所述反应管上设有电热带以及温度传感器。

进一步地，所述加料管的顶部连接有漏斗，加料管上设有第一阀门。

进一步地，所述反应管连接有介质气体输入管，所述介质气体输入管上设有第二阀门。

本发明还提供了一种高能率合成材料气相制备方法，包括以下步骤：

（1）向上述任意一项高能率合成材料气相制备装置的反应管中加入先驱体以及氧气或氢气与氧气；

（2）对铜线通电，使得铜线周围形成环形磁场，启动电极板，使得反应管内形成电场；

（3）启动点火器，点火器的能量为30-60J，点燃反应管中的气体对反应管内的先驱体进行爆轰，生成纳米材料。

进一步地，所述步骤（1）中，若先驱体为气体，先对反应管内抽真空，然后将先驱体和氧气或氢氧混合气体加入气体混合室内，混合均匀后输入反应管中；

若先驱体为固体，开启反应管端部的密封法兰将先驱体平铺在平板上置入反应管内，安装法兰，对反应管内抽真空，然后将氧气或氢氧混合气体加入气体混合室内，输入反应管中；