使用等离子体系统的高产量粒子生产技术方案

本发明专利技术是关于一种纳米粒子生产系统及使用所述系统的方法。所述纳米粒子生产系统包含等离子体枪，其包含凸形电极、凹形电极及工作气体供应器，所述工作气体供应器被配置为沿涡旋螺旋流方向跨等离子体产生区域而输送工作气体。所述系统亦包含连续供给系统、淬火腔室、包含层流扰动器的冷却导管、系统超压模组及调节流体净化及再循环系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】使用等离子体系统的高产量粒子生产相关申请的交叉引用本申请主张2013年3月14日申请的美国临时专利申请第61/784，299号、2013年8月9日申请的美国临时专利申请第61/864，350号、2013年10月2日申请的美国临时专利申请第61/885，988号、2013年10月2日申请的美国临时专利申请第61/885，990号、2013年10月2日申请的美国临时专利申请第61/885，996号及2013年10月2日申请的美国临时专利申请第61/885，998号的优先权权利。这样的申请的全文以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及使用等离子体来提供高产量粒子生产的系统及方法。
技术介绍
可使用其中将一种或多种供给材料供给至使用工作气体来产生等离子体的等离子体枪中的等离子体生产系统来形成纳米粒子。离子体使供给材料汽化，接着，供给材料经冷凝以在淬火反应中形成纳米粒子。接着，纳米粒子可被收集且用于各种工业应用。典型的基于等离子体的粒子生产系统的能力受限于保持与一致材料产量的连续操作且通常基于实验室规模及试验工厂规模设计。这些系统对质量/容积产量通常有严格限制。此使得一致品质及尺寸的纳米粒子的工业规模生产效率低下。
技术实现思路
本专利技术描述了纳米粒子生产系统、这些系统内所使用的装置及使用这样的系统及装置的方法。纳米粒子生产系统可包含等离子体枪，其包含凸形(male)电极、凹形(female)电极及工作气体供应器，所述工作气体供应器被配置为沿涡旋螺旋流方向跨等离子体产生区域而输送工作气体。所述系统亦可包含下列的一者或多者:连续供给系统、淬火腔室、包含层流扰动器的冷却导管、系统超压模组及调节流体净化及再循环系统。本专利技术亦设想并入这些特征的各种组合的系统，且在一些情况中，具有这些特征的组合的系统提供不同技术优点，诸如可连续操作系统的时间长度的改良、所生产的粒子的品质或数量的改良和/或生产系统的效率的改良。使用这些系统来制造纳米粒子的方法亦形成本专利技术的部分。在一些实施方案中，一种纳米粒子生产系统包含:等离子体枪；及连续供给系统，其经配置以至少9克/分钟的速率将材料供给至这样的离子体枪中。在实施例的任何一者中，所述连续供给系统可被配置为在至少336个小时将材料无阻塞地供给至所述离子体枪。在这样的实施例的任何一者中，所述连续供给系统可包含多个材料供给供应通道以将供给材料供应至所述离子体枪。在这样的实施例的任何一者中，所述连续供给系统可包含往复构件以在所述纳米粒子生产系统的操作期间连续清扫材料供给供应通道。在实施例的任何一者中，所述往复构件可以每秒至少2次的速率往复。在实施例的任何一者中，所述连续供给系统可包含脉冲气体射流以在所述纳米粒子生产系统的操作期间连续清扫材料供给供应通道。在实施例的任何一者中，所述离子体枪可包含凸形电极、凹形电极及工作气体供应器，所述工作气体供应器被配置为沿涡旋螺旋流方向跨形成于所述凸形电极与所述凹形电极之间的等离子体产生区域而输送工作气体。在实施例的任何一者中，所述工作气体供应器可包含定位于所述离子体产生区域之前以产生所述涡旋螺旋流方向的注射环。在这样的实施例的任何一者中，所述注射环可包含复数个注射口。在这样的实施例的任何一者中，所述注射口可围绕所述凸形电极安置于环形配置中。在实施例的任何一者中，所述注射口可朝向所述凸形电极成角度。在实施例的任何一者中，所述注射口可远离所述凸形电极成角度。在实施例的任何一者中，所述纳米生产系统能够操作至少336个小时而无需替换所述凸形电极或所述凹形电极。在实施例的任何一者中，所述纳米粒子生产系统可进一步包含定位于所述离子体枪之后且包含至少一个反应混合物输入及至少一个调节流体输入的淬火腔室。在实施例的任何一者中，所述淬火腔室可具有截头圆锥形形状且可被配置为在操作期间产生具有大于1000的雷诺(Reynolds)数的紊流。实施例的任何一者可进一步包含被配置为将调节流体流中所夹带的纳米粒子自所述淬火腔室传导至收集器的冷却导管。在实施例的任何一者中，所述冷却导管可包含层流扰动器。在实施例的任何一者中，所述层流扰动器可包含叶片、挡板、螺旋螺钉、隆脊或凸块。在实施例的任何一者中，所述粒子生产系统可被配置为连续操作至少6个小时而没有在所述冷却导管中发生阻塞。实施例的任何一者可进一步包含被配置为将调节流体流中所夹带的纳米粒子自所述淬火腔室传导至收集器的冷却导管。在实施例的任何一者中，所述冷却导管可包含层流扰动器。在这样的实施例的任何一者中，所述层流扰动器可包含叶片、挡板、螺旋螺钉、隆脊或凸块。在实施例的任何一者中，所述粒子生产系统可被配置为连续操作至少336个小时而没有在所述冷却导管中发生阻塞。实施例的任何一者可进一步包含使所述系统中的压力维持高于量测的周围压力的系统超压模组。在实施例的任何一者中，可使所述系统中的所述压力维持于比所述量测的周围压力高至少1英寸水柱的压力处。实施例的任何一者可进一步包含使所述系统中的压力维持高于量测的周围压力的系统超压模组。实施例的任何一者可进一步包含调节流体净化及再循环系统。在实施例的任何一者中，可使引入至所述纳米粒子生产系统中的所述调节流体的至少80 %净化及再循环。在一些实施例中，一种纳米粒子生产系统包含:等离子体枪，其包含凸形电极、凹形电极及工作气体供应器，所述工作气体供应器被配置为沿涡旋螺旋流方向跨形成于所述凸形电极与所述凹形电极之间的等离子体产生区域而输送工作气体；连续供给系统，其被配置为以至少9克/分钟的速率将材料供给至所述离子体枪中；淬火腔室；其定位于所述离子体枪之后且包含至少一个反应混合物输入及至少一个调节流体输入；冷却导管，其被配置为将调节流体流中所夹带的纳米粒子自所述淬火腔室传导至收集器，其中所述冷却导管包括层流扰动器；系统超压模组，其使所述系统中的压力维持高于量测的周围压力；及调节流体净化及再循环系统。【附图说明】图1是用于产生纳米粒子的等离子体系统的实施例的示意图；图2A是具有材料供给口的等离子体枪的实施例的示意图；图2B是具有面板及冷却环的等离子体枪的实施例的示意图；图2C是具有等离子体枪面板及冷却环的等离子体枪的替代实施例的示意图；图2D是具有图2B中所绘示的等离子体枪面板及冷却环的等离子体枪的实施例的切向图的不意图；图2E是具有减小等离子体枪面板、冷却环及较宽且耐热导电金属衬里化的等离子体通道的等离子体枪的实施例的示意图；图2F是图2E中所绘示的具有减小等离子体枪面板、冷却环及较宽且耐热导电金属衬里化的等离子体通道的等离子体枪的实施例的切向图的示意图；图3A是用于具有工作气体注射环及交替材料注射口以允许连续材料供给的高产量粒子生产系统的等离子体枪的实施例的示意图；图3B是用于具有工作气体注射环及往复柱塞装置以允许连续材料供给的高产量粒子生产系统的等离子体枪的实施例的示意图；图3C是用于具有工作气体注射环及脉冲空气射流系统以允许连续材料供给的高产量粒子生产系统的等离子体枪的实施例的示意图；图3D是用于具有减小等离子体枪面板、冷却环、较宽且耐热导电金属衬里化的等离子体通道、工作气体注射环及交替材料注射口以允许连续材料供给的高产量粒子生产系统的等离子体枪的实施例的示意图；图3E是用于具有减小等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米粒子生产系统，其包括：等离子体枪，其包括凸形电极、凹形电极及工作气体供应器，所述工作气体供应器被配置为沿涡旋螺旋流方向跨形成于所述凸形电极与所述凹形电极之间的等离子体产生区域而输送工作气体；连续供给系统，其被配置为以至少9克/分钟的速率将材料供给至所述等离子体枪中；淬火腔室，其定位于所述等离子体枪之后且包含至少一个反应混合物输入及至少一个调节流体输入；冷却导管，其被配置为将调节流体流中所夹带的纳米粒子自所述淬火腔室传导至收集器，其中所述冷却导管包括层流扰动器；系统超压模组，其使所述系统中的压力维持高于量测的周围压力；及调节流体净化及再循环系统。

【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：M·A·比博格，D·利蒙，F·P·莱曼，P·勒菲弗，
申请(专利权)人：SDC材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US