本发明专利技术提供一种制备大小可控的纳米颗粒的装置,该装置包括:电泳分离槽,所述电泳分离槽包括入口、出口和所述入口和出口之间的底面和两个侧面;靶材,所述靶材设置在电泳分离槽的底面上并浸没于有机溶剂中;第一级电泳正、负电极,所述第一级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的入口;第二级电泳正、负电极,所述第二级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的出口;激光器,所述激光器发出的激光束通过透镜聚焦在所述靶材上;和回流泵。还提供了该装置的操作方法及其应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制备纳米颗粒的装置,具体涉及一种制备大小可控的纳米颗粒的装置,以及该装置的操作方法和应用。
技术介绍
金属或半导体纳米颗粒分散于其中的有机溶剂在生物、物理、化学等领域有着广泛的应用。传统的溶胶-凝胶法的分散液是水,不适用于有机溶剂,而且颗粒度分布较宽,尤其要获得15纳米及以下的分布很窄的颗粒是很困难,甚至是不可能的。激光烧蚀方法制备金属纳米颗粒有其独有特性。1997年Marek Prochazka等人就用激光烧蚀方法制备出银纳米颗粒,并应用于增强拉曼散射(Probing Applicat1nsof Laser-Ablated Ag Colloids in SERS Spectroscopy:1mprovement of Ablat1nProcedure and SERS Spectral Testing, Analytical Chemistry,69(24)5103,1997)0数年前,中国科学院物理研究所用激光烧蚀技术成功地在有机溶剂中制备了银纳米颗粒。该方法虽然有一系列优点,但是其颗粒尺度还是大于15纳米,而且颗粒直径弥散度(即最大颗粒直径与最小颗粒直径之差)大于3纳米。此后又提供了优化的制备金属纳米颗粒的装置及方法,然而制得的纳米颗粒直径弥散度仍然较大,且不能依需要选择特定大小的纳米颗粒。然而,实际的科研工作常常需要含有一定浓度的、颗粒大小可控在10纳米至100纳米之间的任何值,粒度均一,粒度直径弥散度小于2纳米的金属或半导体颗粒的有机溶剂,因此还需相应地进一步研发改善制备纳米颗粒的装置及方法,以满足现实中的需求。【专利
技术实现思路
】因此,本专利技术的目的在于弥补现有技术的空白并满足实际工作的需要,提供了一种制备大小可控的纳米颗粒的装置及该装置的操作方法和应用。该装置可以制备大小可控的纳米颗粒(例如12纳米至100纳米之间),且颗粒大小分布均匀,颗粒直径弥散度不大于2纳米。为实现上述目的,本专利技术提供了一种制备大小可控的纳米颗粒的装置,该装置包括:电泳分离槽,所述电泳分离槽包括入口、出口和所述入口和出口之间的底面和两个侧面;靶材,所述靶材设置在电泳分离槽的入口附近的底面上并浸没于有机溶剂中;第一级电泳正、负电极,所述第一级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的入口; 第二级电泳正、负电极,所述第二级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的出口;激光器,所述激光器发出的激光束通过透镜聚焦在所述靶材上;和回流栗;其中,所述电泳分离槽的出口设置有若干个并排的颗粒输出端口和位于所述颗粒输出端口下方的溶剂回收端口,所述颗粒输出端口中的任一个连接颗粒输出管且其他颗粒输出端口被封闭,所述溶剂回收端口连接溶剂回收管,所述颗粒输出管与颗粒收集储罐连接,所述溶剂回收管、回流栗和电泳分离槽的入口之间连接有供所述有机溶剂循环流动的管线。选择某一个颗粒输出端口连接颗粒输出管,即可选择特定大小的纳米颗粒输出。优选地,所述颗粒输出管和颗粒收集储罐之间设置有收集阀,所述收集阀的上游管线与所述溶剂回收管之间连通并设置有回收阀;更优选地,所述回流栗的上游管线和/或所述颗粒收集储罐通过地线接地。当收集阀关闭且回收阀开启时,此时整个装置处于制样状态,有机溶剂在装置内循环流动并可逐渐富集纳米颗粒,可如此运行一段时间;当收集阀开启且回收阀关闭时,此时整个装置处于取样状态,富含所需大小的纳米颗粒的有机溶剂可通过颗粒输出管进入颗粒收集储罐内,同时其余的有机溶剂则通过溶剂回收管和回流栗栗回电泳分离槽,继续接纳新的激光烧蚀出来的靶材颗粒。接地的作用是将剩余电荷接地、归零。本领域技术人员容易理解的是,上述制样状态和取样状态应当在激光器开启的情况下实现。根据本专利技术的装置,其中,所述电泳分离槽为长方体形,其长度为20?1000cm,宽度为5?100cm,高度为1?20cm,例如长度为30cm,宽度为20cm,高度为8cm ;优选地,所述电泳分离槽的底面与水平面成倾角;更优选地,所述电泳分离槽与水平面之间的倾角为5?45°,优选为15°。调节此倾角可以调节有机溶剂在电泳分离槽中的流速。根据本专利技术的装置,其中,所述颗粒输出端口的宽度为1?3mm,优选为2mm。根据本专利技术的装置,其中,所述靶材位于所述第一级电泳正、负电极之间;优选地,所述革巴材为0.5?10mm厚,优选0.5?4mm厚,更优选1mm厚的圆形或方形圆角的薄块;更优选地,所述靶材与有机溶剂的液面之间的距离为0.5?2cm。根据本专利技术的装置,其中,所述激光器为准分子激光器或固体激光器;优选地,所述激光器发出的激光为高功率脉冲激光束,其每个激光脉冲的能量足以将靶材的表面局域部分烧蚀、气化并形成等离子体;更优选地,其每个激光脉冲的能量为100?300mJ,优选为150?200mJ。所述激光的波长范围可以是可见到紫外范围的任意值。根据本专利技术的装置,其中,所述第一级电泳正、负电极之间连接有第一级电泳附属电路,所述第一级电泳附属电路包括第一级电泳电源和两个分别靠近所述第一级电泳正、负电极的第一级电泳镇流电阻,并且所述第一级电泳正、负电极均包覆有绝缘层,优选为聚酯绝缘层;优选地,所述第二级电泳正、负电极之间连接有第二级电泳附属电路,所述第二级电泳附属电路包括第二级电泳电源和两个分别靠近所述第二级电泳正、负电极的第二级电泳镇流电阻,并且所述第二级电泳正、负电极均包覆有绝缘层,优选为聚酯绝缘层;更优选地,所述第一级电泳正、负电极与第二级电泳正、负电极之间的并列距离为0.5?2cm,优选为1cm。第一级电泳和第二级电泳的电极之间在不会击穿的情况下,距离可以尽可能小。根据本专利技术的装置,其中,所述电泳分离槽内邻近其出口处设置有输出隔板组,用于防止因扩散导致的分离颗粒的再混;优选地,所述输出隔板组设置为平行于电泳分离槽的两个侧面且垂直于电泳分离槽的底面;更优选地,所述输出隔板组中的隔板厚度为0.2?3mm,优选为0.5mm,其间的间距为0.2?3mm,优选为0.5mm ;进一步优选地,所述第二级电泳正、负电极与输出隔板组之间的距离为0.1?0.5mm,优选为0.2mm。使用该尽可能小的距离,目的是防止已分离的纳米颗粒因扩散而导致再混合。输出隔板组与电泳分离槽的出口可以有一定间隔,未被输出的纳米颗粒经由此间隙可以汇聚到溶剂回收端口从而被回收。根据本专利技术的装置,其中,所述电泳分离槽内邻近其入口处设置有导流隔板组,用于使所述有机溶剂平稳流入电泳分离槽内;优选地,所述导当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种制备大小可控的纳米颗粒的装置,其特征在于,该装置包括:电泳分离槽,所述电泳分离槽包括入口、出口和所述入口和出口之间的底面和两个侧面;靶材,所述靶材设置在电泳分离槽的入口附近的底面上并浸没于有机溶剂中;第一级电泳正、负电极,所述第一级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的入口;第二级电泳正、负电极,所述第二级电泳正、负电极彼此相对地分别设置在所述电泳分离槽的两个侧面的内侧上且靠近电泳分离槽的出口;激光器,所述激光器发出的激光束通过透镜聚焦在所述靶材上;和回流泵;其中,所述电泳分离槽的出口设置有若干个并排的颗粒输出端口和位于所述颗粒输出端口下方的溶剂回收端口,所述颗粒输出端口中的任一个连接颗粒输出管且其他颗粒输出端口被封闭,所述溶剂回收端口连接溶剂回收管,所述颗粒输出管与颗粒收集储罐连接,所述溶剂回收管、回流泵和电泳分离槽的入口之间连接有供所述有机溶剂循环流动的管线;优选地,所述颗粒输出管和颗粒收集储罐之间设置有收集阀,所述收集阀的上游管线与所述溶剂回收管之间连通并设置有回收阀;更优选地,所述回流泵的上游管线和/或所述颗粒收集储罐通过地线接地。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:田世禄,周岳亮,王灿,金奎娟,杨国桢,
申请(专利权)人:中国科学院物理研究所,
类型:发明
国别省市:北京;11
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