在复合材料中产生和分散纳米结构体的方法技术

制造纳米结构体增强的复合物的方法，包括在反应器中提供基体颗粒；流化该基体颗粒；将纳米结构体材料引入该反应器；均匀地分散该纳米结构体材料；使该纳米结构体材料均匀地沉积到该基体颗粒上以形成复合粉末；由该纳米结构体材料在该基体颗粒上产生纳米结构体；和加工该复合粉末以形成具有由该基体颗粒形成的基体的该纳米结构体增强的复合物。该纳米结构体均匀地分布在该纳米结构体增强的复合物的基体中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】制造纳米结构体增强的复合物的方法，包括在反应器中提供基体颗粒；流化该基体颗粒；将纳米结构体材料引入该反应器；均匀地分散该纳米结构体材料；使该纳米结构体材料均匀地沉积到该基体颗粒上以形成复合粉末；由该纳米结构体材料在该基体颗粒上产生纳米结构体；和加工该复合粉末以形成具有由该基体颗粒形成的基体的该纳米结构体增强的复合物。该纳米结构体均匀地分布在该纳米结构体增强的复合物的基体中。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求2011年9月2日提交的美国申请13/224443的权益，该申请在此通过引用以其全部内容纳入。
技术介绍
将增强纳米结构体分散在基体材料中以形成复合材料是一种新兴技术。由加入增强纳米结构体带来的复合材料在材料性质和性能方面超过基体材料的潜在改进，对强化包括石油和天然气、CO2封存等在内的井下工业中使用的坚固物品来说，提供了有吸引力的途径。为了实现通过添加增强纳米结构体提供强化的机械性质，需要使增强纳米结构体在复合材料内基本均匀分布。然而，具有高润湿性的纳米结构体在基体材料中完全且均匀的分散经常是困难和昂贵的。此外，增强纳米结构体的团簇和不均匀的分散导致所得复合材料机械性质变化，这会产生弱化区域以及在诸如弹性、强度、导热性和热膨胀系数的性质方面各向异性的特性。因此，仍然需要使纳米结构体均匀地分散在基体材料内并由此形成复合材料。专利技术概述在一种实施方式中，披露了制造复合粉末的方法。该方法包括在反应器中提供基体颗粒；流化该基体颗粒；将纳米结构体材料引入该反应器；均匀地分散该纳米结构体材料；和使该纳米结构体材料均匀地沉积到该基体颗粒上以形成复合粉末。在另一种实施方式中，制造纳米结构体增强的复合物的方法包括在反应器中提供基体颗粒；流化该基体颗粒；将纳米结构体材料引入该反应器；均匀地分散该纳米结构体材料；使该纳米结构体材料均匀地沉积到该基体颗粒上以形成复合粉末；由该纳米结构体材料在该基体颗粒上产生纳米结构体；和加工该复合粉末以形成具有由基体颗粒形成的基体的纳米结构体增强的复合物，其中该纳米结构体均匀地分布在纳米结构体增强的复合物的基体中。附图简述现在参考附图，其中相同要素在各图中用相同数字标记:图1显示了不含纳米结构体材料涂层的基体颗粒的扫描电子显微镜图像。图2A和2B显示了含有纳米结构体材料涂层的基体颗粒的扫描电子显微镜图像。详细说明本文披露的是在基体材料中产生和分散纳米结构体的方法，该方法可用于生产纳米结构体增强的复合物。纳米结构体在基体材料内的均匀分散与单独的原始基体材料相比提供了强化的材料性质。由于纳米结构体的机械强度以及相关的性质，少量分散在基体中的纳米结构体就足以在纳米结构体增强的复合物中提供强化的耐久性和耐磨性。此外，专利技术人发现，在本文披露的方法中形成的在基体内纳米结构体分散的均匀性带来了令人惊奇的强固的和有弹性的纳米结构体增强的复合物。纳米结构体增强的复合物包含基体，该基体具有在整个该基体中以高度均匀性分散的纳米结构体。为了获得纳米结构体的均匀分散，将基体颗粒与纳米结构体材料混合，它们在纳米结构体增强的复合物中分别形成基体和纳米结构体。在一种实施方式中，在反应器中提供基体颗粒并使它们在其中流化。还将纳米结构体材料引入该反应器。由于基体颗粒与纳米结构体材料的相对运动，纳米结构体材料均匀地分散在基体颗粒中。基体颗粒与纳米结构体材料彼此接触，纳米结构体材料沉积在基体颗粒上。也就是说，纳米结构体材料吸附到基体颗粒的表面上。吸附可以是，例如，物理吸附或化学吸附。此外，纳米结构体材料均匀地沉积在基体颗粒上以形成复合粉末。在一种实施方式中，将复合粉末从反应器取出并进一步加工以形成具有由基体颗粒形成的基体的纳米结构体增强的复合物。在该纳米结构体增强的复合物中，纳米结构体均匀地分布在基体中。纳米结构体在反应器中或在复合粉末的加工期间在基体颗粒上产生。在一种实施方式中，基体颗粒表面上的纳米结构体由纳米结构体材料产生。虽然在以下给出了纳米结构体材料的详细情况，但简单来说，纳米结构体材料是纳米结构体或可以形成纳米结构体的材料。因此，在一种实施方式中，纳米结构体材料是纳米结构体的前体，并且纳米结构体材料在它沉积或被沉积到基体颗粒上后转化(物理地或化学地)到纳米结构体中。或者，将纳米结构体材料作为纳米结构体引入到反应器中，从而使纳米结构体沉积到基体颗粒上而不会影响纳米结构体材料到纳米结构体的物理或化学转化。纳米结构体增强的复合物的优异机械性质取决于纳米结构体在基体中的均匀分散。为了提供这些性质，在一种实施方式中，将纳米结构体材料与基体颗粒一起均匀地分散在反应器中，然后加工复合粉末。在一种实施方式中，反应器是流化床反应器。具体来说，将基体颗粒提供到流化床反应器中，然后引入纳米结构体材料。在这种情况下，通过使流体流过流化床反应器来使基体颗粒流化。然后，将纳米结构体材料引入流化床反应器。在另一种实施方式中，纳米结构体材料包含在流体中。在一种替代实施方式中，将纳米结构体材料在基体颗粒之前或与其同时引入流化床反应器。由于固体基体颗粒在流化床反应器的类流体行为，基体颗粒与纳米结构体材料完全混合，消除了反应器中径向和轴向浓度梯度，并使纳米结构体材料与基体颗粒接触。由于流化床反应器的混合效率，纳米结构体材料与基体颗粒均匀地分散，并均匀地沉积到基体颗粒上。在一种实施方式中，可以将纳米结构体材料引入流化床反应器，并通过物理或化学过程(例如物理气相沉积或化学气相沉积)而沉积到基体颗粒上。反应器中基体颗粒和纳米结构体材料的量可以基于纳米结构体增强的复合物的所需性质来确定。在一种实施方式中，纳米结构体材料的重量与基体颗粒的重量比为约1:500,000-约1:1，更具体来说为1:100，000，甚至更具体来说为约1:1000，更甚至更具体来说为1:10。根据另一种实施方式，基体颗粒上纳米结构体材料的量是约0.001被%-约50wt%,具体来说为约0.0lwt.%-约IOwt.%,更具体来说为约0.01wt%-约lwt%,基于复合粉末的重量。反应器中的反应时间可以从约5分钟-约I周变化，更具体来说为约30分钟-12小时，甚至更具体来说为约0.5小时-约6小时。在一种实施方式中，压力和温度各自设定到有效将纳米结构体材料置于基体颗粒上的值，并取决于基体颗粒的化学组成。温度可以是约20°C -约450°C。在一种实施方式中，反应器内的环境参数(例如，化学、温度、压力等)能够使纳米结构体材料沉积，同时保持基体颗粒的完整性和组成。反应器中使用的流体可以是，例如，气体、液体或它们的组合。根据一种实施方式，基体颗粒可以涂覆有一层或多层纳米结构体材料。此外，在基体颗粒上纳米结构体材料的多层涂层的情况下，各涂层可以具有彼此不同的组成。在一种实施方式中，基体颗粒涂覆有通过以下方式形成的三个层:将基体颗粒引入反应器，然后在载气中夹带第一纳米结构体材料，分散该第一纳米结构体材料，并将该第一纳米结构体材料涂覆在基体颗粒上以形成第一层。接着，将第二纳米结构体材料通过将其夹带在载气中而引入反应器，分散该第二纳米结构体材料，并将该第二纳米结构体材料置于第一层上以形成第二层。然后，将第三纳米结构体材料通过将其夹带在载气中而引入反应器，分散该第三纳米结构体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志跃，G·阿格拉瓦尔，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：
国别省市：