一种基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统的制作方法

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统。

背景技术：

纳米材料的制备大致分物理方法和化学方法两大类，其中惰性气体冷凝法是制备清洁界面纳米粉体的主要物理方法之一，主要步骤大致为通过在真空蒸发室内冲入惰性气体的方式，使原子雾与惰性气体间发生碰撞，最终在冷冻棒上凝聚形成纳米粉体，现有的真空蒸发室内冷冻棒大多采用水平固定放置状态，导致形成的纳米粉体在冷冻棒上堆积不均匀，进而影响了成形效率，其次在进行成形后的粉体刮理时，附着在冷冻棒上的粉体经常发生脱落的情况，造成粉体成品的浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统，本基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统使用时纳米粉体成型更加稳定，粉体收集率更高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统，包括真空箱，所述真空箱的下端面设有四个底座，所述真空箱的上端面可拆卸连接有箱盖，所述真空箱的后端面设有用于装填原料的填料孔，所述真空箱的右端面设有动力机构，所述动力机构与所述真空箱间设有充气机构，所述真空箱内设有储料机构，所述真空箱内位于所述储料机构上方设有延时机构，所述真空箱内位于延时机构上方设有至少两个的冷凝机构。

作为优选，所述动力机构包括固连在所述真空箱右端面的支撑板，所述支撑板上设有控制电机，所述控制电机靠近和远离所述真空箱的两侧分别设有两个支撑块，所述控制电机的输出端连接有泵体，所述泵体与所述真空箱的内部相连通。

作为优选，所述充气机构包括位于所述动力机构支撑板上的储气箱，所述动力机构控制电机的输出端贯穿储气箱，所述储气箱与所述真空箱间连通有通气管，所述真空箱的后端面设有与所述真空箱内部相通的第一导气箱，所述第一导气箱与所述储气箱间连通有第一输气管，所述真空箱的左端面设有与所述真空箱内部相通的第二导气箱，所述第二导气箱与所述第一导气箱间连接有第二输气管。

作为优选，所述储料机构包括设置在所述真空箱下侧内壁的凹槽，所述真空箱的下端壁内位于所述凹槽正下方开始有加热槽。

作为优选，所述延时机构包括固连在所述真空箱内位于所述储料机构凹槽上方的滤板，所述真空箱内位于所述滤板上方固连有隔板，所述真空箱的前后两侧内壁间通过扭簧转动连接有风轮轴，所述风轮轴位于所述滤板和所述隔板间，且风轮轴在真空箱内位于靠近所述充气机构通气管的一侧，所述风轮轴上套设有风轮，所述真空箱内位于所述隔板下方滑动连接有挡板，所述挡板远离所述风轮轴的一侧与所述真空箱的内壁间设有挡板弹簧，所述挡板靠近所述风轮轴的一侧与所述风轮轴间通过线绳传动连接。

作为优选，所述冷凝机构包括设置在所述延时机构隔板上方的外周冷冻棒，所述外周冷冻棒外周侧开通有至少两组的扩散孔，若干组所述扩散孔沿外周冷冻棒的径向方向均布在外周冷冻棒的外周侧，所述外周冷冻棒的内壁上开设有两个滑道，两个所述滑道间滑动连接有滑杆，所述滑杆上通过扭簧转动连接有转轴，所述转轴贯穿所述滑杆，所述转轴位于滑杆上方的端面固连有风扇，所述滑道的内壁设有间歇性齿条，所述滑杆位于所述滑道内的部分上开始有齿轮槽，所述齿轮槽内转动连接有齿轮轴，所述齿轮轴上套设有与所述间歇性齿条啮合的齿轮，所述齿轮轴与所述转轴间通过第一拉绳传动连接，所述转轴位于所述滑杆下端的部分上套设有风扇，所述风扇的外周侧开设有至少两个的滑槽，若干所述滑槽与一组所述扩散孔数量相等的滑槽，每个所述滑槽内滑动连接有弹性块，所述弹性块与所述滑槽的底端间设有弹性块弹簧，所述弹性块与所述转轴间传动连接有第二拉绳。

工作原理：

进行纳米粉体制备前，将蒸发源(粉体制备原料)从真空箱后端面的填料孔注入凹槽内，启动控制电机，控制电机控制泵体运行，通过泵体将真空箱内的空气抽干，使真空箱内部处于真空状态，此时将加热元件放入真空箱下端壁的加热槽内，通过加热元件对凹槽内的蒸发源进行加热蒸发处理，加热后的蒸发源形成原子雾，通过滤板向靠近隔板的方向扩散；

对蒸发源进行加热的同时，间歇性控制储气箱内的惰性气体(如氦气)经第一输气管和第二输气管的输送，分别通过通气管、第一导气箱和第二导气箱三处同时进入到真空箱内的滤板和隔板间，通过三处同时进气的方式，使扩散的原子雾与惰性气体充分接触，原子雾与惰性气体碰撞而失去能量，凝聚形成纳米尺寸团簇；

当储气箱内的惰性气体经通气管进入真空箱内时，惰性气体吹在风轮上，带到风轮在真空箱内进行慢速转动，风轮转动时带动风轮轴进行转动，风轮轴转动时通过线绳的传动拉动挡板慢速向远离挡板弹簧的方向滑动，控制冷凝机构在隔板上的开口逐渐展开，通过挡板的慢速滑动，使挡板在原子雾和惰性气体与冷凝机构间形成格挡，控制原子雾与惰性气体处于半密闭的环境内，以延长原子雾与惰性气体的碰撞时长，进而提高纳米尺寸团簇的形成；

随着挡板的滑动，滤板和隔板间的惰性气体与原子雾继续向外周冷冻棒内扩散，扩散至外周冷冻棒内的雾气推动滑杆在两个滑道间向上滑动，同时雾气从外周冷冻棒外周侧的若干组滑道内向外扩散，使雾气与外周冷冻棒的外周侧表面接触，雾气内的团簇迅速冷凝，在外周冷冻棒的外周侧表面聚集形成纳米粉体；

滑杆滑动过程中带动齿轮与间歇性齿条进行间歇性啮合，当齿轮与间歇性齿条啮合时，齿轮带动齿轮轴在齿轮槽内进行转动，齿轮轴转动时通过第一拉绳的传动带动转轴进行转动，一方面带动风扇在外周冷冻棒内进行间歇性转动，通过风扇的转动加速雾气向外周冷冻棒外表面的扩散，进而提高团簇的冷凝形成粉体的速率；

另一方面转轴转动时取消对第二拉绳的拉力，使弹性块在弹性块弹簧的推动下向滑槽的外部滑动，通过弹性块对外周冷冻棒外周侧的扩散孔进行疏通、清理，避免持续冷凝时形成的粉体堆积在堆积在扩散孔内，造成扩散孔堵塞，进而影响雾气的扩散，当转轴停止转动时，转轴内的扭簧控制转轴复位，此时转轴继续拉动第二拉绳，使弹性块收缩回滑槽内，避免弹性块与扩散孔的接触发生卡顿，进而影响滑杆在外周冷冻棒内的滑动；

通过对竖直放置外周冷冻棒外周打孔的方式，保证了雾气顺利扩散的同时也提高了外周冷冻棒上可附着粉体的面积，有效解决了水平固定放置吸附棒聚集粉体面积有限的问题，同时冷凝机构下方隔板的阻挡，也避免了刮理粉体时，粉体再次回落至凹槽内，造成粉体浪费、粉体产量低的问题。

与现有技术相比，本基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统具有以下优点：

1、由于延时机构的设计，通过挡板慢速向远离挡板弹簧的方向滑动，控制冷凝机构在隔板上的开口逐渐展开，通过挡板的慢速滑动，使挡板在原子雾和惰性气体与冷凝机构间形成格挡，控制原子雾与惰性气体处于半密闭的环境内，以延长原子雾与惰性气体的碰撞时长，进而提高纳米尺寸团簇的形成，同时冷凝机构下方隔板的阻挡，也避免了刮理粉体时，粉体再次回落至凹槽内，造成粉体浪费、粉体产量低的问题。

2、由于冷凝机构的设计，通过对竖直放置外周冷冻棒外周打孔的方式，保证了雾气顺利扩散的同时也提高了外周冷冻棒上可附着粉体的面积，有效解决了水平固定放置吸附棒聚集粉体面积有限的问题。

3、由于冷凝机构的设计，冷凝机构内滑杆滑动过程中通过齿轮与间歇性齿条啮合时，一方面带动风扇在外周冷冻棒内进行间歇性转动，通过风扇的转动加速雾气向外周冷冻棒外表面的扩散，进而提高团簇的冷凝形成粉体的速率，另一方面转轴转动时可控制弹性块向滑槽的外部滑动，通过弹性块对外周冷冻棒外周侧的扩散孔进行疏通、清理，避免持续冷凝时形成的粉体堆积在堆积在扩散孔内，造成扩散孔堵塞，进而影响雾气的扩散。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明图1中的俯视方向示意图。

图3是本发明图1中的a-a方向剖视图。

图4是本发明图3中b处的局部放大示意图。

图5是本发明图3中c处的局部放大示意图。

图6是本发明图3中d处的局部放大示意图。

图7是本发明图6中零部件圆盘131的俯视方向剖视图。

图8是本发明图6中零部件滑杆124的俯视方向剖视图。

图中，真空箱100、底座101、箱盖102、加热槽103、支撑板104、控制电机105、支撑块106、储气箱107、泵体108、第一输气管109、第一导气箱110、第二导气箱111、第二输气管112、凹槽113、滤板114、隔板115、挡板116、挡板弹簧117、风轮轴118、风轮119、外周冷冻棒120、扩散孔121、滑道122、间歇性齿条123、滑杆124、齿轮槽125、齿轮轴126、齿轮127、第一拉绳128、转轴129、风扇130、圆盘131、滑槽132、弹性块133、弹性块弹簧134、第二拉绳135、通气管136。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2和图3所示，一种基于惰性气体的冷凝法纳米粉体制备系统，包括真空箱100，真空箱100的下端面设有四个底座101，真空箱100的上端面可拆卸连接有箱盖102，真空箱100的后端面设有用于装填原料的填料孔，真空箱100的右端面设有动力机构，动力机构与真空箱100间设有充气机构，真空箱100内设有储料机构，真空箱100内位于储料机构上方设有延时机构，真空箱100内位于延时机构上方设有至少两个的冷凝机构。

如图1、图2所示，动力机构包括固连在真空箱100右端面的支撑板104，支撑板104上设有控制电机105，控制电机105靠近和远离真空箱100的两侧分别设有两个支撑块106，控制电机105的输出端连接有泵体108，泵体108与真空箱100的内部相连通。

如图1、图2和图3所示，充气机构包括位于动力机构支撑板104上的储气箱107，动力机构控制电机105的输出端贯穿储气箱107，储气箱107与真空箱100间连通有通气管136，真空箱100的后端面设有与真空箱100内部相通的第一导气箱110，第一导气箱110与储气箱107间连通有第一输气管109，真空箱100的左端面设有与真空箱100内部相通的第二导气箱111，第二导气箱111与第一导气箱110间连接有第二输气管112。

如图3所示，储料机构包括设置在真空箱100下侧内壁的凹槽113，真空箱100的下端壁内位于凹槽113正下方开始有加热槽103。

如图3、图4和图5所示，延时机构包括固连在真空箱100内位于储料机构凹槽113上方的滤板114，真空箱100内位于滤板114上方固连有隔板115，真空箱100的前后两侧内壁间通过扭簧转动连接有风轮轴118，风轮轴118位于滤板114和隔板115间，且风轮轴118在真空箱100内位于靠近充气机构通气管136的一侧，风轮轴118上套设有风轮119，真空箱100内位于隔板115下方滑动连接有挡板116，挡板116远离风轮轴118的一侧与真空箱100的内壁间设有挡板弹簧117，挡板116靠近风轮轴118的一侧与风轮轴118间通过线绳传动连接。

如图3、图6、图7和图8所示，冷凝机构包括设置在延时机构隔板115上方的外周冷冻棒120，外周冷冻棒120外周侧开通有至少两组的扩散孔121，若干组扩散孔121沿外周冷冻棒120的径向方向均布在外周冷冻棒120的外周侧，外周冷冻棒120的内壁上开设有两个滑道122，两个滑道122间滑动连接有滑杆124，滑杆124上通过扭簧转动连接有转轴129，转轴129贯穿滑杆124，转轴129位于滑杆124上方的端面固连有圆盘131，滑道122的内壁设有间歇性齿条123，滑杆124位于滑道122内的部分上开始有齿轮槽125，齿轮槽125内转动连接有齿轮轴126，齿轮轴126上套设有与间歇性齿条123啮合的齿轮127，齿轮轴126与转轴129间通过第一拉绳128传动连接，转轴129位于滑杆124下端的部分上套设有风扇130，圆盘131的外周侧开设有至少两个的滑槽132，若干滑槽132与一组扩散孔121数量相等的滑槽132，每个滑槽132内滑动连接有弹性块133，弹性块133与滑槽132的底端间设有弹性块弹簧134，弹性块133与转轴129间传动连接有第二拉绳135。

工作原理：

进行纳米粉体制备前，将蒸发源(粉体制备原料)从真空箱100后端面的填料孔注入凹槽113内，启动控制电机105，控制电机105控制泵体108运行，通过泵体108将真空箱100内的空气抽干，使真空箱100内部处于真空状态，此时将加热元件放入真空箱100下端壁的加热槽103内，通过加热元件对凹槽113内的蒸发源进行加热蒸发处理，加热后的蒸发源形成原子雾，通过滤板114向靠近隔板115的方向扩散；

对蒸发源进行加热的同时，间歇性控制储气箱107内的惰性气体(如氦气)经第一输气管109和第二输气管112的输送，分别通过通气管136、第一导气箱110和第二导气箱111三处同时进入到真空箱100内的滤板114和隔板115间，通过三处同时进气的方式，使扩散的原子雾与惰性气体充分接触，原子雾与惰性气体碰撞而失去能量，凝聚形成纳米尺寸团簇；

当储气箱107内的惰性气体经通气管136进入真空箱100内时，惰性气体吹在风轮119上，带到风轮119在真空箱100内进行慢速转动，风轮119转动时带动风轮轴118进行转动，风轮轴118转动时通过线绳的传动拉动挡板116慢速向远离挡板弹簧117的方向滑动，控制冷凝机构在隔板115上的开口逐渐展开，通过挡板116的慢速滑动，使挡板116在原子雾和惰性气体与冷凝机构间形成格挡，控制原子雾与惰性气体处于半密闭的环境内，以延长原子雾与惰性气体的碰撞时长，进而提高纳米尺寸团簇的形成；

随着挡板116的滑动，滤板114和隔板115间的惰性气体与原子雾继续向外周冷冻棒120内扩散，扩散至外周冷冻棒120内的雾气推动滑杆124在两个滑道122间向上滑动，同时雾气从外周冷冻棒120外周侧的若干组滑道122内向外扩散，使雾气与外周冷冻棒120的外周侧表面接触，雾气内的团簇迅速冷凝，在外周冷冻棒120的外周侧表面聚集形成纳米粉体；

滑杆124滑动过程中带动齿轮127与间歇性齿条123进行间歇性啮合，当齿轮127与间歇性齿条123啮合时，齿轮127带动齿轮轴126在齿轮槽125内进行转动，齿轮轴126转动时通过第一拉绳128的传动带动转轴129进行转动，一方面带动风扇130在外周冷冻棒120内进行间歇性转动，通过风扇130的转动加速雾气向外周冷冻棒120外表面的扩散，进而提高团簇的冷凝形成粉体的速率；

另一方面转轴129转动时取消对第二拉绳135的拉力，使弹性块133在弹性块弹簧134的推动下向滑槽132的外部滑动，通过弹性块133对外周冷冻棒120外周侧的扩散孔121进行疏通、清理，避免持续冷凝时形成的粉体堆积在堆积在扩散孔121内，造成扩散孔121堵塞，进而影响雾气的扩散，当转轴129停止转动时，转轴129内的扭簧控制转轴129复位，此时转轴129继续拉动第二拉绳135，使弹性块133收缩回滑槽132内，避免弹性块133与扩散孔121的接触发生卡顿，进而影响滑杆124在外周冷冻棒120内的滑动；

通过对竖直放置外周冷冻棒120外周打孔的方式，保证了雾气顺利扩散的同时也提高了外周冷冻棒120上可附着粉体的面积，有效解决了水平固定放置吸附棒聚集粉体面积有限的问题，同时冷凝机构下方隔板115的阻挡，也避免了刮理粉体时，粉体再次回落至凹槽113内，造成粉体浪费、粉体产量低的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例得到限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。