一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法

本发明涉及离散催化剂喷涂，尤其是涉及一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法。

背景技术：

1、催化剂一般是指一种在不改变反应总标准吉布斯自由能变化的情况下提高反应速率的物质，也可以表述为在化学反应里能提高化学反应速率而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。纳米催化剂通常指活性组分粒径小于100nm的催化剂，在现在工业生产中，经常需要将纳米催化剂喷涂在衬底上进行加工，但是喷涂过程中由于含有杂质、喷涂不均匀而对喷涂的质量产生影响，因此纳米催化剂的筛选喷涂是工业生产中非常重要的一项技术。

2、现有技术中，对于纳米催化剂颗粒的分离与筛选大都使用等离子体激元等实现，这些设备结构复杂、体积庞大，使用不够方便。而且现有喷涂设备的喷涂量较大，无法获得离散的颗粒，需要利用溶剂对材料进行分散处理，使用非常不方便。基于空气动力学的透镜能够用于聚焦气溶胶束，利用空气动力学的带电气溶胶粒子透镜能够应用于气溶胶的聚集，以便于气溶胶的检测。因此，现在缺少一种纳米催化剂颗粒筛选喷涂系统，能够利用空气动力学棱镜筛选大粒径催化剂，并实现纳米催化剂的离散喷涂，以阻碍催化剂的高温团聚现象，人为将催化剂分割成不连续的区域，从而提高碳材料的生长质量。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法，利用空气动力学棱镜实现纳米催化剂的筛选及离散喷涂，人为将催化剂分割成不连续的区域，通过真空喷涂室的运动系统实现纳米催化剂颗粒在整个衬底上离散分布。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，包括空气动力学棱镜，空气动力学棱镜的一端设置有电火花装置，空气动力学棱镜的另一端与真空喷涂室连接，真空喷涂室内设置有运动系统，运动系统包括衬底滚动单元与衬底移动单元，空气动力学棱镜内依次设置有限流孔、缓冲室一、载气入口、鞘气入口、缓冲室二、聚焦孔、缓冲室三、加速喷嘴，加速喷嘴通过连接口与真空喷涂室内部连通，加速喷嘴通过气体出口与外界连通。

3、优选的，电火花装置设置在空气动力学棱镜靠近限流孔的一端。

4、优选的，空气动力学棱镜内设置有连通管道一，连通管道一的一端通过鞘气入口与外界连通，连通管道一的另一端设置为开口。

5、优选的，空气动力学棱镜内设置有连通管道二，连通管道二设置在连通管道一的内部，连通管道二的一端通过若干连接管与缓冲室连通，连通管道二的另一端为开口。

6、优选的，空气动力学棱镜内设置有连通管道三，连通管道三设置在连通管道二的内部，连通管道三的一端通过载气入口与外界连通，连通管道三的另一端为开口。

7、优选的，衬底滚动单元包括步进电机一，步进电机一的输出轴与用于带动衬底上下滚动的转动辊一的一端连接，转动辊一转动设置在安装架的顶端，安装架的底端转动设置有转动辊二，衬底设置在转动辊一、转动辊二上。

8、优选的，衬底移动单元包括步进电机二，步进电机二的输出轴与转动杆连接，转动杆通过丝杠传动结构与滑块连接，滑块上设置有移动架，移动架与安装架连接。

9、本发明提供了一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂方法，包括以下步骤：

10、步骤一，电火花装置通过高压直流电火花放电产生纳米催化剂颗粒；

11、步骤二，纳米催化剂颗粒与载气形成气溶胶，经过限流孔后在缓冲室一中达到层流状态；

12、步骤三，通过载气入口对载气流量进行调节，载气分散由缓冲室一出来的纳米催化剂颗粒，使纳米催化剂颗粒能够均匀随气体流动；

13、步骤四，通过鞘气入口通入鞘气限制纳米催化剂颗粒的横向扩散，调控气流的大小使纳米催化剂颗粒远离壁面，纳米催化剂颗粒通过缓冲室二、聚焦孔、缓冲室三，最后经过加速喷嘴射在真空喷涂室的衬底上，气体通过真空泵从气体出口抽出；

14、步骤五，衬底滚动单元与衬底移动单元使衬底进行上下滚动、左右移动，实现纳米催化剂颗粒在整个衬底上离散分布。

15、因此，本发明采用上述一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法，具有一下有益效果：

16、(1)本发明将纳米催化剂的产生、过滤、喷涂集为一体，使工艺流程更为简单，避免了纳米催化剂与其他杂质接触；

17、(2)本发明通过空气动力学棱镜对纳米催化剂颗粒进行过滤，通过控制棱镜孔径尺寸，筛分更小的颗粒，而无需使用该系统外的其他装置；

18、(3)本发明通过对衬底与加速喷嘴的距离进行调控，并通过控制电火花装置的工作时间，能够沉积不同密度的纳米催化剂颗粒，控制纳米催化剂颗粒在衬底上的离散度；

19、(4)本发明通过载气入口对载气流量进行调节，载气分散由缓冲室一出来的纳米催化剂颗粒，使纳米催化剂颗粒能够均匀随气体流动；通过鞘气入口通入鞘气限制纳米催化剂颗粒的横向扩散，调控气流的大小使纳米催化剂颗粒远离壁面。

20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：包括空气动力学棱镜，空气动力学棱镜的一端设置有电火花装置，空气动力学棱镜的另一端与真空喷涂室连接，真空喷涂室内设置有运动系统，运动系统包括衬底滚动单元与衬底移动单元，空气动力学棱镜内依次设置有限流孔、缓冲室一、载气入口、鞘气入口、缓冲室二、聚焦孔、缓冲室三、加速喷嘴，加速喷嘴通过连接口与真空喷涂室内部连通，加速喷嘴通过气体出口与外界连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：电火花装置设置在空气动力学棱镜靠近限流孔的一端。

3.根据权利要求1所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：空气动力学棱镜内设置有连通管道一，连通管道一的一端通过鞘气入口与外界连通，连通管道一的另一端设置为开口。

4.根据权利要求3所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：空气动力学棱镜内设置有连通管道二，连通管道二设置在连通管道一的内部，连通管道二的一端通过若干连接管与缓冲室连通，连通管道二的另一端为开口。

5.根据权利要求4所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：空气动力学棱镜内设置有连通管道三，连通管道三设置在连通管道二的内部，连通管道三的一端通过载气入口与外界连通，连通管道三的另一端为开口。

6.根据权利要求1所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：衬底滚动单元包括步进电机一，步进电机一的输出轴与用于带动衬底上下滚动的转动辊一的一端连接，转动辊一转动设置在安装架的顶端，安装架的底端转动设置有转动辊二，衬底设置在转动辊一、转动辊二上。

7.根据权利要求6所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统，其特征在于：衬底移动单元包括步进电机二，步进电机二的输出轴与转动杆连接，转动杆通过丝杠传动结构与滑块连接，滑块上设置有移动架，移动架与安装架连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及离散催化剂喷涂技术领域，且公开了一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法，其中喷涂系统包括空气动力学棱镜，空气动力学棱镜的一端设置有电火花装置，空气动力学棱镜的另一端与真空喷涂室连接，真空喷涂室内设置有运动系统，运动系统包括衬底滚动单元与衬底移动单元，空气动力学棱镜内依次设置有限流孔、缓冲室一、载气入口、鞘气入口、缓冲室二、聚焦孔、缓冲室三、加速喷嘴，加速喷嘴通过连接口与真空喷涂室内部连通，加速喷嘴通过气体出口与外界连通。本发明采用上述一种用于碳材料生长的离散催化剂筛选喷涂系统及方法，利用空气动力学棱镜实现纳米催化剂的筛选及离散喷涂，通过真空喷涂室的运动系统实现纳米催化剂颗粒在整个衬底上离散分布。

技术研发人员：刘一凡,何嘉成,朱斌,王定川,简贤,王能坤
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11