[发明专利]局部高温产生空化效应制备二维材料纳米片的装置及方法

说明书

本发明公开一种局部高温产生空化效应制备二维材料纳米片的装置及方法，空化容器的内部正中间是垂直布置的螺旋桨和第二电机，空化容器的外部套有一圈金属导体，金属导体上绕有线圈，金属导体和线圈外部套有隔热套，隔热套和金属导体均通过连杆组件固定连接于在空化容器外部的升降装置，给线圈通电，被金属导体所覆盖的空化容器对应内部产生局部高温，升降装置带动金属导体和隔热套上下移动，从而移动空化容器内部的局部加热位置，该局部加热位置与空化容器内其余位置产生温度差导致压强变化，液体内部产生空化效应，剥离所需要制备成纳米片的二维材料；本发明自发产生空化，改变局部加热的位置，空化过程均匀，制备高效且精度高。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，特指二维材料纳米片的制备装置及制备方法。

背景技术

以石墨烯为代表的二维材料具有独特的二维层状结构，表现出优异的物理、化学、电子和光学性能。石墨烯自从被发现以来，二维材料就受到了广泛关注。纳米材料是指某一维、二维或三维方向的尺度达到纳米量级(1-100nm)的材料，具有表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性，在一定条件下呈现出特殊性能，可作为吸波、超导、发光、催化、半导体等多种功能材料。纳米材料按照维度又可分为一维、二维和三维纳米材料，其中二维纳米材料(简称“二维材料”)是电子仅可在两个维度上自由运动的材料，横向尺寸很大，而厚度方向仅有一个或几个原子层厚度。相比于其他维度的纳米材料，二维纳米材料的优势在于其柔性和透明度高，在可穿戴智能器件和柔性储能器件等领域的应用广阔，且其结构与成分可调，由此衍生出性能的多样性。

中国专利号为201610065935.7的文献中提出了一种利用超声-水力协同空化制备二维材料的纳米片的方法，所用到的装置是超声-水力空化器，是由超声换能器和水力空化装置构成的，利用超声换能器延伸入水力空化装置产生超声波，这种装置较为庞大，且无法在容器中均匀产生空化，仅能在超声换能器所连接的超声振动头附近产生局部空化，将会导致空化程度不够均匀，从而影响到材料的制备精度和效率。

发明内容

为了克服现有利用额外的装置产生空化来制备二维材料的纳米片所存在的缺陷，本发明提供一种利用局部高温自发产生空化效应来制备二维材料的纳米片的装置及制备方法，有效地利用由局部温度瞬时发生变化引起的交变空化来制备二维材料的纳米片，提高二维材料的纳米片的制备的效率和精度。

为实现上述目的，本发明一种局部高温产生空化效应制备二维材料纳米片的装置采用的技术方案是：其包括一个空化容器，空化容器的内部正中间是垂直布置的螺旋桨和第二电机，第二电机带动螺旋桨旋转，空化容器的外部套有一圈金属导体，金属导体上绕有线圈，金属导体和线圈外部套有隔热套，隔热套和金属导体均通过连杆组件固定连接于在空化容器外部的升降装置，空化容器的内部高度大于或等于隔热套高度的五倍。

进一步地，有两个所述的升降装置相对于空化容器的中心对称布置，每个升降装置都由保护壳体、丝杠、移动块、光杆、轴承以及第一电机组成，保护壳体内部设置丝杠、移动块和光杆，丝杠上下垂直，下端同轴固定连接第一电机的输出轴，丝杠的上端经轴承连接于保护壳体的上部，丝杠上配合套有移动块，移动块通过螺母固定连接连杆组件，丝杠的两侧分别是一根光杆，两根光杆和丝杠平行，两根光杆的上下两端分别固定连接于保护壳体的上部和下部，两根光杆穿过移动块上的孔。

进一步地，所述的连杆组件由一根水平杆和五根垂直杆连接组成，第一根垂直杆和第二根垂直杆分别位于丝杠且下端均固定连接移动块，上端均向上伸出在保护壳体的上方且共同固定连接一根水平杆的外端，水平杆的内端朝空化容器方向延伸并固定连接第三根垂直杆和第四根垂直杆的上端，第三根垂直杆和第四根垂直杆的下端通过固定连接隔热套和金属导体。

更进一步地，连杆组件的第五根垂直杆的下端和水平杆的外端固定连接，上端固定连接工作面板，工作面板位于空化容器的正上方，两个升降装置的两根第五根垂直杆共同支撑工作面板。