纳米材料的制造设备以及制造方法与流程

本发明涉及纳米材料的技术领域，特别是涉及一种纳米材料的制造设备以及制造方法。

背景技术：

纳米材料是新材料研究领域中重要的研究对象，在各种高科技领域有着广泛应用。金属丝电爆炸是一种常用的纳米金属材料制备方法，但传统的对金属丝电爆炸制造纳米颗粒的研究大多是在实验条件等对形成纳米粉体特性的影响，并且也都主要集中在理论阶段，因此存在的纳米材料制备效率低、不能实现大批量生产预期性质纳米粉末的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种纳米材料的制造设备以及制造方法，可以高效的制备预期性质的纳米材料。

一种纳米材料的制造设备，包括送丝装置、电爆炸装置以及收集装置：

其中，所述送丝装置与所述电爆炸装置同轴连接；所述送丝装置用于将金属丝传送至所述电爆炸装置中；所述电爆炸装置用于在所述金属丝到达预设位置时对所述金属丝放电以产生纳米颗粒；所述收集装置用于收集沉淀的所述纳米颗粒。

上述纳米材料的制造设备，可以通过送丝装置进行连续送丝，有效提高了纳米颗粒的制造效率，提高了纳米颗粒的产量，并且通过控制金属丝在到达预设位置时触发电爆炸，可以使目标长度的金属丝爆炸产生预期性质的纳米颗粒。

在其中一个实施例中，所述纳米材料的制造设备还包括：

真空泵，用于将所述纳米材料的制造设备抽气至低压状态；

充气装置，用于向所述电爆炸装置中充入预设气体。

在其中一个实施例中，所述送丝装置包括：

驱动组件，用于驱动所述金属丝移动：

校直组件，用于对所述金属丝的移动路径进行校准，以使所述金属丝进入所述电爆炸装置。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括两个主动轮、从动轮、转轴以及传送带，所述校直组件包括校直铜管；

其中，两个所述主动轮通过所述传送带带动所述从动轮转动，所述金属丝的一端固定在所述转轴上，另一端绕过所述从动轮并通过两个所述主动轮之间的通道进入所述较直铜管。

在其中一个实施例中，所述电爆炸装置包括腔体、触发组件以及放电组件；其中，所述触发组件以及所述放电组件设置在所述腔体内，所述触发组件在接触所述金属丝时判断所述金属丝到达预设位置，以控制所述放电组件对所述金属丝进行放电。

在其中一个实施例中，所述触发组件包括上电极、信号发生装置以及三电极开关，所述放电组件包括电容以及充电电源；

其中，所述三电极开关分别与所述信号发生装置以及所述电容连接，所述充电电源用于对所述电容充电，所述上电极与所述金属丝接触时，所述信号发生装置向所述三电机开关发送触发信号，所述三电极开关接收所述触发信号后击穿，以使所述电容对所述金属丝放电。

在其中一个实施例中，纳米材料的制造设备还包括：

光学窗口，开设在所述电爆炸装置上，用于进行光学实验，以分析所述纳米颗粒形成的物理机理；

其中，所述光学实验包括激光阴影、纹影以及干涉中的至少一种。

一种纳米材料的制造方法，应用于上述的纳米材料的制造设备制造纳米材料，所述方法包括：

将金属丝移动至所述电爆炸装置中；

判断所述金属丝是否到达预设位置；

在所述金属丝到达预设位置时，向所述金属丝放电以产生纳米颗粒；

收集沉淀的所述纳米颗粒。

上述纳米材料的制造方法，可以通过送丝装置进行连续送丝，有效提高了纳米颗粒的制造效率，提高了纳米颗粒的产量，并且通过控制金属丝在到达预设位置时触发电爆炸，可以使目标长度的金属丝爆炸产生预期性质的纳米颗粒。

在其中一个实施例中，所述电爆炸装置包括触发组件，所述判断所述金属丝是否到达预设位置的步骤包括：

判断所述金属丝是否与所述触发组件接触；

当所述金属丝与所述触发组件接触时，判断所述金属丝到达预设位置。

在其中一个实施例中，在所述将金属丝移动至所述电爆炸装置中的步骤之前，所述方法还包括：

将所述纳米材料的制造设备抽气至低压状态；

向所述电爆炸装置中充入预设气体。

附图说明

图1为一个实施例中纳米材料的制造设备的模块示意图；

图2为另一个实施例中纳米材料的制造设备的模块示意图；

图3为一个实施例中纳米材料的制造设备的结构示意图；

图4为一个实施例中纳米材料的制造方法的流程示意图；

图5为另一个实施例中纳米材料的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为一个实施例中纳米材料的制造设备的模块示意图，如图1所示，在一个实施例中，一种纳米材料的制造设备100，包括送丝装置120、电爆炸装置140以及收集装置160。其中，送丝装置120与电爆炸装置140同轴连接。送丝装置120用于将金属丝传送至电爆炸装置140中；电爆炸装置140用于在金属丝到达预设位置时对金属丝放电以产生纳米颗粒；收集装置160用于收集沉淀的所述纳米颗粒。

具体地，在纳米材料的制造设备100中，送丝装置120将金属丝传送至电爆炸装置140中，送丝装置120与电爆炸装置140采用同轴连接，电爆炸装置140一般包括有密封的舱体，以为金属丝进行电爆炸提供合适环境。电爆炸装置140中设置有一预设位置，该预设位置用于控制发生电爆炸的金属丝的长度，当金属丝送入电爆炸装置140中的预设位置时，则在该时刻触发电爆炸向金属丝放电，以使金属丝经过击穿和汽化等过程后形成纳米颗粒，收集装置160可以通过气体循环等方式将冷却沉淀后的纳米颗粒进行收集，从而完成纳米颗粒的制备。

进一步地，上述金属丝的种类和规格可以根据实际纳米材料的制造需求确定，例如可以通过纳米材料的制造设备100将铝丝进行电爆炸产生纳米铝颗粒，可以通过调节金属丝的直径和长度控制得到纳米颗粒的性质和产量。在进行电爆炸过程中，电爆炸装置140的腔体内一般充满有惰性气体等，用于与金属丝汽化后形成的金属蒸汽和等离子体进行碰撞，以形成纳米颗粒。纳米材料的制造设备100的电爆炸过程通过触发模式而非自击穿模式，电爆炸装置140中设置有触发开关等器件，在金属丝到达电爆炸装置140时触发放电，通过触发模式进行电爆炸使得制造过程更为可控，并且便于调节金属丝及电爆炸装置140中的各项参数。

上述纳米材料的制造设备，可以通过送丝装置进行连续送丝，有效提高了纳米颗粒的制造效率，提高了纳米颗粒的产量，并且通过控制金属丝在到达预设位置时触发电爆炸，可以使目标长度的金属丝爆炸产生预期性质的纳米颗粒。

图2为另一个实施例中纳米材料的制造设备的模块示意图，如图2所示，在一个实施例中，一种纳米材料的制造设备200包括送丝装置220、电爆炸装置240以及收集装置260，其分别可以与上述实施例的相应结构相同。纳米材料的制造设备200还可以包括：真空泵230，用于将纳米材料的制造设备200抽气至低压状态；充气装置250，用于向电纳米材料的制造设备200中充入预设气体。

具体的，在金属丝电爆炸装置100中还包括真空泵230和充气装置250，真空泵230用于在进行电爆炸之前将纳米材料的制造设备200抽气至低压状态，然后充气装置250向其中充入制备纳米颗粒所需要的预设气体，该预设气体一般为惰性气体，例如氩气等。真空泵230和充气装置250一般可以通过在纳米材料的制造设备200上开设窗口与电爆炸装置240的腔体相连通，从而便于为电爆炸过程创造合适的环境条件。

在一个实施例中，上述送丝装置220具体可以包括：驱动组件222，用于驱动金属丝移动：校直组件226，用于对金属丝的移动路径进行校准，以使金属丝进入电爆炸装置。上述电爆炸装置240包括腔体242、触发组件244以及放电组件246；其中，触发组件244以及放电组件246设置在腔体242内，触发组件244在接触金属丝时判断金属丝到达预设位置，以控制放电组件246对所述金属丝进行放电。

具体的，送丝装置220包括驱动组件222和校直组件装置226两部分，驱动组件具体可以为传动轮或传送带等，将金属丝传送至校直装置226中，校直装置226可以校正金属丝的传送方向，使金属丝能够准确进入电爆炸装置240中。电爆炸装置240包括腔体242、触发组件244以及放电组件246，触发组件244与放电组件246通信连接，触发组件244一般可以为触发开关等，放电组件246可以为电容或电源等，触发组件244可以设置在预设位置处，当接触到金属丝时进行触发，从而控制放电组244件对金属丝进行放电。

图3为一个实施例中纳米材料的制造设备的结构示意图，如图3所示，在一个实施例中，一种纳米材料的制造设备300包括送丝装置、电爆炸装置、收集装置、真空泵330与充气装置350，其中送丝装置具体可以包括驱动组件以及校直组件，电爆炸装置具体可以包括腔体342、触发组件以及放电组件，其分别可以与上述实施例的相应结构相同。收集装置具体可以包括气体循环组件362以及收集罐364。在纳米颗粒的制造过程中，首先利用真空泵330将整个设备抽至低压状态，然后用充气装置350充入所需要的惰性气体，并将放电组件充到指定电压，金属丝通过送丝装置驱动组件和校直组件，将金属丝送入电爆炸的腔体342中，金属丝接触到触发组件后，触发组件发送触发信号，使放电组件向金属丝放电。金属丝在腔体342中经过电爆炸和欧姆加热最后形成纳米颗粒，纳米颗粒在腔体342中冷却后，经过气体循环组件362的气流流入收集管道，最后沉积到收集罐364中。收集罐364也可以连接多个制造设备同时工作，以提高那里颗粒的制造效率，增加米颗粒的产量。

在一个实施例中，上述驱动组件可以包括两个主动轮321、从动轮322、转轴323、以及传送带324，校直组件包括校直铜管326。其中，两个主动轮321通过传送带324带动从动轮322转动，金属丝的一端固定在转轴323上，另一端绕过从动轮322并通过两个主动轮321之间的通道进入较直铜管326。两个主动轮321可以由电机控制转动，可以通过控制电机的转速进而控制金属丝送出的速率，主动轮321通过传送带324带动从动轮322，从而使金属丝在送出的同时可以高效地向前运动。金属丝的一端固定在转轴324上，传送带324让金属丝可以绕轴转动，有效提高其刚度，保证了金属丝被送出时的直度。金属丝另一端绕过从动轮322后进入两个主动轮321之间的通道，穿过通道后进入校直铜管326。该送丝装置简化了金属纳米颗粒制造过程中的装丝问题，有效提高了生产效率。送丝装置也可以密封在一个密闭腔体中，保证整个制造设备的密封性良好。

在一个实施例中，上述触发组件具体可以包括上电极343、信号发生装置344以及三电极开关345，放电组件包括电容346以及充电电源347。其中，三电极开关345分别与信号发生装置344以及电容346连接，充电电源347用于对电容346充电，上电极343与金属丝接触时，信号发生装置344向三电机开关发345送触发信号，三电极开关345接收触发信号后击穿，以使电容346对金属丝放电。

具体的，电爆炸装置的腔体342与送丝装置的校直铜管326连接，金属丝通过校直铜管326后进入腔体342内，电爆炸装置的腔体342中上电极343设置在预设位置处，三电极开关345设置在上电极343的下方，三电极开关345的阴极和阳极分别与上电极343以及电容346相连接，三电极开关345的触发极与信号发生装置344连接。上电极343与三电极开关345之间的距离可以通过螺纹等结构进行调节，从而来调节进行电爆炸的金属丝的长度。三电极开关345也可以密封在一个腔体中，可以对此腔体中充入适量的气体来调整开关的击穿电压。当金属丝接触上电极343时，信号发生装置344向三电极开关345发出特定的触发信号使其击穿，从而使电容346对金属丝进行放电，电容346的高度可以通过调节电容346下端的底座进行调节。在一个优选的实施例中，上述三电极触发开关345的上间隙通过100kv、25ns的触发信号击穿，电容346通过50kv/0.1a的充电电源347进行充电。

进一步地，在一个实施例中，纳米材料的制造设备300还包括光学窗口370，开设在电爆炸装置上，用于进行光学实验，以分析纳米颗粒形成的物理机理。利用光学窗口360可进行激光阴影、纹影和干涉等光学实验，分析金属丝的膨胀过程，以此来分析纳米颗粒形成的物理机理，找到适合纳米颗粒批量生产的最佳参数条件。研究单位长度丝上沉积能量大小对于纳米材料制备的影响，建立不同实验参数下纳米颗粒特性的数据库，从而找到最优的金属丝尺寸(长度、直径)和电路参数，对于实现金属纳米颗粒的大规模制备具有重要意义。

图4为一个实施例中纳米材料的制造方法的流程示意图，应用于上述实施例中的纳米材料的制造设备制造纳米材料，如图4所示，在一个实施例中，一种纳米材料的制造方法包括以下步骤：

步骤s520：将金属丝移动至电爆炸装置中；

步骤s540：判断金属丝是否到达预设位置；

步骤s560：在金属丝到达预设位置时，向金属丝放电以产生纳米颗粒。

步骤s580：收集沉淀的纳米颗粒。

具体的，在纳米材料的制造设备中，可以通过送丝装置将金属丝传送至电爆炸装置中，金属丝一般可以为铝丝等，电爆炸装置的腔体内一般充满有惰性气体等，以为电爆炸提供合适的环境条件，金属丝的直径和长度等规格可以根据实际制造需求确定，以控制得到纳米颗粒的性质和产量。金属丝进入电爆炸装置后，电爆炸过程通过触发模式而非自击穿模式，电爆炸装置中设置有一预设位置，该预设位置用于控制发生电爆炸的金属丝的长度，当金属丝被送入电爆炸装置中的预设位置时，则在该时刻进行触发电爆炸装置中的电容或电源等向金属丝放电，金属丝经过击穿和汽化后形成金属蒸汽和等离子体，以便与爆炸装置中的气体碰撞形成纳米颗粒，最后对冷却沉淀的纳米颗粒进行收集以完成纳米颗粒的制造。

图5为另一个实施例中纳米材料的制造方法的流程示意图，如图5所示，在本实施例中，一种纳米材料的制造方法的步骤s620、s660以及s680可以分别与上述实施例中的相应步骤相同，本实施例中判断金属丝是否到达预设位置的步骤具体可以包括：

步骤s642：判断金属丝是否与触发组件接触；

步骤s644：当金属丝与触发组件接触时，判断金属丝到达预设位置。

具体的，电爆炸装置包括触发组件，触发组件一般可以为触发开关等，触发组件可以设置在预设位置处，用来控制进行电爆炸的金属丝的长度，金属丝接触到触发组件后，触发组件判断金属丝到达预设位置，并发送触发信号，使电容或电源等放电组件向金属丝放电。

进一步地，在一个实施例中，在上述步骤s620之前，上述方法还包括：

步骤s612：将纳米材料的制造设备抽气至低压状态。

步骤s614：向纳米材料的制造设备中充入预设气体。

具体地，在将金属丝送入电爆炸装置钱，可以首先利用真空泵将纳米材料的制造设备抽至低压状态，然后用充气装置充入所需要的惰性气体例如氩气等，以保证纳米材料的制造设备的气密性良好，并为金属丝电爆炸过程创造合适的环境条件，金属丝通电汽化后形成的金属蒸汽和等离子体与制造设备中充入的惰性气体进行碰撞，以最终形成纳米颗粒。

上述纳米材料的制造方法，可以通过送丝装置进行连续送丝，有效提高了纳米颗粒的制造效率，提高了纳米颗粒的产量，并且通过控制金属丝在到达预设位置时触发电爆炸，可以使目标长度的金属丝爆炸产生预期性质的纳米颗粒。

在一个实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可以在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该程序时可以执行如下步骤：将金属丝移动至所述电爆炸装置中；判断金属丝是否到达预设位置；在金属丝到达预设位置时，向金属丝放电以产生纳米颗粒；收集沉淀的纳米颗粒。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可以使得处理器执行如下步骤：将金属丝移动至所述电爆炸装置中；判断金属丝是否到达预设位置；在金属丝到达预设位置时，向金属丝放电以产生纳米颗粒；收集沉淀的纳米颗粒。

上述对于计算机可读存存储介质及计算机设备的限定可以参见上文中对于方法的具体限定，在此不再赘述。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读取存储介质中；上述的程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，上述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，简称rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，简称ram)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。