【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米粒子制备，尤其涉及一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置及方法。
技术介绍
1、哑铃形纳米粒子因其独特几何形状展现出多方面的应用潜力，例如在生物医学领域作为高效药物载体和对比剂、在催化领域提高催化效率、在传感技术中提升敏感度、在光电应用中优化光吸收或发射特性，以及作为具有特殊磁性特性的材料用于数据存储，同时改善复合材料的力学性能。这些应用得益于哑铃形纳米粒子的较大比表面积、特殊磁性及改进的机械和光学性能。与此同时，月球基地建设作为人类探索太空的重要目标，面临着高昂的地月运输成本。为此，科学家提出利用月球资源进行建设的策略。鉴于实际月壤样本有限，科学家开发了模拟月壤。目前，成功制备的哑铃状纳米粒子能更准确地模拟月壤特性，其在实验室中的应用有助于研究月壤成型技术和材料性能，为月球基地建设提供技术支持。通过研究这些粒子，不仅能增进对月壤特性的了解，还为提高月球基地建设中建筑材料的质量和性能提供了重要手段。
2、激光纳米制备技术已经在材料科学领域取得了显著进展，能够实现从单一元素到复杂合金，从简单氧化物到更复杂的化合物的精准制备。这些材料在尺寸上覆盖了从亚微米级球形结构到纳米尺度的量子点。但是，由于表面张力的影响，激光辐照后的纳米粒子倾向于自然地形成球形结构，这就导致制备的纳米粒子形状不可控，无法形成非球形结构的纳米粒子。
3、因此，利用激光纳米制备技术不足以制备出哑铃形纳米材料。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一
2、第一方面，为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，包括激光组件、磁场发生器和散热组件；磁场发生器内部设置有反应容器，反应容器设置在激光组件的激光输出光路上；散热组件对磁场发生器进行降温。
4、在本方案中，激光组件发射激光对反应容器中的纳米粒子进行照射，使其处于熔融状态；磁场发生器产生旋转磁场对熔融状态的纳米粒子进行驱动，使其旋转，旋转中形成哑铃形结构；克服了熔融状态的纳米粒子成型时会自然地形成球形结构的问题，实现了纳米粒子的非球形化，特别是形成了独特的哑铃形结构；并且，通过精细调控激光参数和磁场条件，可以进一步优化哑铃状纳米粒子的尺寸、形状及性能，满足不同应用场景的需求。
5、进一步地，激光组件包括激光发射器，激光发射器的输出光路上设置有分光片；分光片的透射光路上设置有反应容器，分光片的反射光路上设置有能量计。
6、在本方案中，分光片透射过部分激光使其进入反应容器内对纳米粒子进行作用，同时分光片将另一部分激光反射至能量计中，用于激光能量检测，以便于制备过程中实时监测激光强弱。
7、进一步地，磁场发生器包括磁场支撑架，磁场支撑架上固定有环形磁芯；反应容器设置于环形磁芯中间；环形磁芯外缠绕有线圈组，线圈组两端通过导线连接变压器，变压器与变频器电性连接，变频器与可调直流电源电性连接。
8、在本方案中，可调直流电源提供直流电源，直流电源流向线圈组产生磁场；可调直流电源可设定合适的电源功率、电压及频率大小，变频器设定合适的频率用以控制磁场旋转速率，该设计能精准控制磁场条件，提高哑铃形纳米粒子制备的可控性。
9、进一步地，线圈组包括第一对线圈和第二对线圈；第一对线圈缠绕在环形磁芯沿对角线方向的两端，第二对线圈缠绕在环形磁芯沿对角线的两端；第一对线圈的连线和第二对线圈的连线垂直；第一对线圈的两端和第二对线圈的两端并联在变压器上。
10、进一步地，磁场支撑架包括底盘，底盘上通过若干根环形阵列的支撑杆支撑有承载板，支撑杆贯穿承载板并连接有固定环；环形磁芯固定在承载板和固定环之间；反应容器放置于承载板上。
11、进一步地，散热组件包括冷凝槽，冷凝槽内设有循环泵；循环泵上连接冷凝管的一端，冷凝管的另一端在环形磁芯的外围缠绕若干圈后连接冷凝槽。
12、在本方案中，循环泵将冷凝槽内的冷凝水泵入冷凝管内循环，循环过程中冷凝管与磁场发生器进行热交换，达到散热效果，保持磁场发生器恒温，减少误差和损耗。
13、第二方面，本专利技术基于第一方面提供的一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，提供一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备方法，包括以下步骤：
14、s1：制备磁性有机溶剂前驱液；将磁性纳米粒子分散在有机溶剂中，混合均匀，得到磁性有机溶剂前驱液；将磁性有机溶剂前驱液转入反应容器；
15、s2：产生旋转磁场；开启可调直流电源和变频器，磁场发生器内部产生旋转磁场，旋转磁场驱动磁性有机溶剂前驱液中的磁性纳米粒子发生旋转；
16、s3：激光辐照；激光发射器发射激光，激光射入磁性有机溶剂前驱液中对磁性纳米粒子进行作用，使磁性纳米粒子处于熔融状态；熔融的磁性纳米粒子旋转中受力发生形变，形成哑铃形结构。
17、在本方案中，利用激光照射使磁性纳米粒子处于熔融状态，再通过旋转磁场产生的旋转力来克服磁性纳米粒子表面张力的限制，成功实现了纳米粒子的非球形化。
18、进一步地，s3包括：
19、s301：开启激光发射器，激光发射器发射激光；
20、s302：激光射入分光片，95％的激光透射过分光片射入磁性有机溶剂前驱液内；5％的激光被分光片反射至能量计中，用于激光能量检测；
21、s303：透射过分光片的激光对磁性有机溶剂前驱液中的磁性纳米粒子进行加热，使得磁性纳米粒子升温融化，进入熔融状态；熔融的磁性纳米粒子旋转中受力发生形变，形成哑铃形结构；
22、s304：对磁性纳米粒子进行冷却，得到固态的哑铃形纳米粒子。
23、第三方面，本专利技术基于第一方面提供的一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，提供一种制备哑铃形fe2o3纳米粒子的方法，包括以下步骤：
24、t1：将α-磁性fe2o3纳米粒子溶解于乙醇中，采用超声波震荡，使α-磁性fe2o3纳米粒子均匀分散在乙醇溶液中，得到磁性有机溶剂前驱液；将磁性有机溶剂前驱液转入反应容器；
25、t2：启动可调直流电源和变频器，设置可调直流电源的功率为0.75kw，电压为220v；设置变频器的频率范围为35-60hz；使磁场发生器内部产生旋转磁场，旋转磁场驱动磁性有机溶剂前驱液中的α-磁性fe2o3纳米粒子发生旋转；
26、t3：开启激光发射器，激光发射器发射激光，激光射入磁性有机溶剂前驱液中对α-磁性fe2o3纳米粒子进行加热，使α-磁性fe2o3纳米粒子进入熔融状态；熔融的α-磁性fe2o3纳米粒子旋转中受力发生形变，形成哑铃形结构的fe2o3纳米粒子。
27、本专利技术的有益效果是：
28、本专利技术提供的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置中，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：包括激光组件(1)、磁场发生器(2)和散热组件(3)；所述磁场发生器(2)内部设置有反应容器(4)，所述反应容器(4)设置在所述激光组件(1)的激光输出光路上；所述散热组件(3)对所述磁场发生器(2)进行降温。
2.根据权利要求1所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述激光组件(1)包括激光发射器(11)，所述激光发射器(11)的输出光路上设置有分光片(12)；所述分光片(12)的透射光路上设置有所述反应容器(4)，所述分光片(12)的反射光路上设置有能量计(13)。
3.根据权利要求2所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述磁场发生器(2)包括磁场支撑架(21)，所述磁场支撑架(21)上固定有环形磁芯(22)；所述反应容器(4)设置于所述环形磁芯(22)中间；所述环形磁芯(22)外缠绕有线圈组(23)，所述线圈组(23)两端通过导线连接变压器，所述变压器与变频器(24)电性连接，所述变频器(24)与可调直流电源(25)电性连接。
4.
5.根据权利要求4所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述磁场支撑架(21)包括底盘(211)，所述底盘(211)上通过若干根环形阵列的支撑杆(212)支撑有承载板(213)，所述支撑杆(212)贯穿所述承载板(213)并连接有固定环(214)；所述环形磁芯(22)固定在所述承载板(213)和所述固定环(214)之间；所述反应容器(4)放置于所述承载板(213)上。
6.根据权利要求5所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述散热组件(3)包括冷凝槽(31)，所述冷凝槽(31)内设有循环泵(32)；所述循环泵(32)上连接冷凝管(33)的一端，所述冷凝管(33)的另一端在所述环形磁芯(22)的外围缠绕若干圈后连接所述冷凝槽(31)。
7.一种根据权利要求6所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
9.一种根据权利要求6所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置制备哑铃形α-磁性Fe2O3纳米粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：包括激光组件(1)、磁场发生器(2)和散热组件(3)；所述磁场发生器(2)内部设置有反应容器(4)，所述反应容器(4)设置在所述激光组件(1)的激光输出光路上；所述散热组件(3)对所述磁场发生器(2)进行降温。
2.根据权利要求1所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述激光组件(1)包括激光发射器(11)，所述激光发射器(11)的输出光路上设置有分光片(12)；所述分光片(12)的透射光路上设置有所述反应容器(4)，所述分光片(12)的反射光路上设置有能量计(13)。
3.根据权利要求2所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述磁场发生器(2)包括磁场支撑架(21)，所述磁场支撑架(21)上固定有环形磁芯(22)；所述反应容器(4)设置于所述环形磁芯(22)中间；所述环形磁芯(22)外缠绕有线圈组(23)，所述线圈组(23)两端通过导线连接变压器，所述变压器与变频器(24)电性连接，所述变频器(24)与可调直流电源(25)电性连接。
4.根据权利要求3所述的基于激光辐照的哑铃形纳米材料可控制备装置，其特征在于：所述线圈组(23)包括第一对线圈(231)和第二对线圈(232)；所述第一对线圈(231)缠绕在所述环形磁芯(22)沿对角线方向的两端，所述第二对线圈(232)缠绕在所述环形磁芯(22)沿对角...
【专利技术属性】
技术研发人员：喻惠武，李瑶，杨杭洲，乔龙龙，王慎浩，薛逸飞，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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