專利名稱：基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法及其反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法及裝置，具體是一種基于
金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法及其反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
金屬儲氫材料是一種重要的儲氫材料。由于金屬納米粉末具有比表面積大、氫原子吸附和擴(kuò)散條件好等優(yōu)點(diǎn)，將金屬儲氫材料制備成為納米粉末能夠有效地提高儲氫速度和改善儲氫的循環(huán)穩(wěn)定性。目前常用的納米金屬儲氫材料的制備方法是高能球磨方法，即將金屬顆粒按照一定的比例混合后，用行星式高能球磨機(jī)進(jìn)行球磨。 一般采用不銹鋼或者陶瓷球，經(jīng)過磨球與物料的長期碰撞摩擦，金屬顆粒被磨制成100nm左右的金屬納米粉末。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN1580305記載了一種"鎂基儲氫材料及其機(jī)械合金化法制備方法"，采用機(jī)械合金化法制備鎂基儲氫材料，包括(1)采用傳統(tǒng)的熔煉法制備合金La2-xMx ; (2)將La2-xMx合金和Mg金屬粉末在氫氣或氬氣氣氛下采用高能球磨機(jī)進(jìn)行球磨。高能球磨法制備金屬納米粉末的缺陷是金屬粉末的尺寸偏大，一般在lOOnm以上，而且效率比較低，需要長時(shí)間的球磨才能獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法及其反應(yīng)裝置，利用金屬在高溫下蒸發(fā)成原子，不同金屬原子之間氣相反應(yīng)成多元復(fù)雜金屬化合物納米顆粒。同時(shí)，在氣相反應(yīng)過程中設(shè)置一定的氫壓，就可以獲得多組分的金屬納米氫化物，具有制備效率高和顆粒尺度細(xì)小的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 本發(fā)明所涉及的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，包括以下步驟
第一步、將金屬鎂、金屬鎳以2 : 1的摩爾比置于低真空環(huán)境下加熱，獲得鎂鎳蒸汽； 所述的金屬鎂的純度為99. 5wt% ;所述的金屬鎳的純度為99. 5wt%
所述的低真空環(huán)境是指氣壓為0. 06MPa ; 所述的加熱是指采用電弧加熱的方法對Mg和Ni進(jìn)行加熱，所采用的電流為64A，電壓為120V ; 第二步、在采用電弧加熱的同時(shí)利用氫氣氣流將鎂鎳蒸汽帶入凝結(jié)腔，待樣品自然沉積后制得多元納米氫化物顆粒。 所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒的平均粒徑為10 900nm。 本發(fā)明所涉及的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，包括凝結(jié)腔、低
真空反應(yīng)室、氬氣管、氫氣管、電極和導(dǎo)流管，其中導(dǎo)流管的兩端分別連通凝結(jié)腔和低真空
反應(yīng)室，氬氣管與凝結(jié)腔相連接并輸送氬氣，氫氣管與真空反應(yīng)室相連接并輸送氫氣，四個(gè)電極分別兩兩相對設(shè)置于真空反應(yīng)室內(nèi)并分別連接正負(fù)電壓。
所述的凝結(jié)腔內(nèi)設(shè)有凝結(jié)器，該凝結(jié)器為圓錐狀結(jié)構(gòu)；
所述的氬氣管上設(shè)有抽氣閥，該抽氣閥與凝結(jié)腔相連通；
所述的導(dǎo)流管上設(shè)有隔離閥以控制反應(yīng)進(jìn)程。
所述的電極為鎢電極，其加載的電壓為10(Tl40V。 本發(fā)明的原理是金屬在低真空條件下加熱成為金屬蒸汽，以原子形式存在的兩種或多種金屬蒸汽混合，在一定的熱力學(xué)條件下可以快速反應(yīng)成為金屬化合物。在充氫氣的條件下，金屬原子和氫原子相互反應(yīng)，生成金屬氫化物。金屬氫化物分子在凝結(jié)收集器里面遇到惰性氣體分子，冷卻形核變成納米尺度的金屬氫化物顆粒，收集起來就成為納米氫化物材料，是一種又節(jié)能又簡便的制備納米氫化物材料的方法。 與現(xiàn)有球磨法制備儲氫材料相比，采用本方法制備的儲氫材料顆粒更加細(xì)小，且粒度分布更加均勻。由于本方法制備過程中氫化物的生成過程為氣氣反應(yīng)，相對于球磨法制備的固固反應(yīng)更容易進(jìn)行，且效率較高， 一步直接制得最終的氫化物。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。 如圖1所示，以下實(shí)施例基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法采用的反應(yīng)裝置包括凝結(jié)腔1、真空反應(yīng)室2、氬氣管3、氫氣管4、電極5和導(dǎo)流管6，其中導(dǎo)流管6的兩端分別連通凝結(jié)腔1和真空反應(yīng)室2，氬氣管3與凝結(jié)腔1相連接并輸送氬氣，氫氣管4與真空反應(yīng)室2相連接并輸送氫氣，四個(gè)電極5分別兩兩相對設(shè)置于真空反應(yīng)室2內(nèi)并分別連接正負(fù)電壓。 所述的凝結(jié)腔1內(nèi)設(shè)有凝結(jié)器7，該凝結(jié)器7為圓錐狀結(jié)構(gòu)；所述的氬氣管3上設(shè)
有分別與凝結(jié)腔1相連通的抽氣閥8和氬氣閥9 ;所述的導(dǎo)流管6上設(shè)有隔離閥10以控制
反應(yīng)進(jìn)程。 實(shí)施例1 將高純金屬M(fèi)g棒表面用稀硝酸清洗之后做陽極，關(guān)閉真空反應(yīng)室和凝結(jié)沉積室。采用真空泵對真空反應(yīng)室和凝結(jié)收集室抽真空至1Pa左右。關(guān)閉真空泵，充入適當(dāng)比例的氬氣和氫氣作為工作氣體。用高頻起弧器產(chǎn)生等離子電弧。打開真空反應(yīng)室底部的充氫氣閥門，同時(shí)打開凝結(jié)收集室頂部的充氬氣閥門，保持0. 21/min的流量。10min以后，關(guān)閉起弧器，停止充入氫氣和氬氣，即獲得MgH2固態(tài)氫化物納米粉末材料。
實(shí)施例2 將Mg、Ni金屬棒按照摩爾比2 : 1的比例稱量，表面用稀硝酸清洗之后分別作為Mg陽極和Ni陽極，關(guān)閉真空反應(yīng)室和凝結(jié)沉積室。采用真空泵對真空反應(yīng)室和凝結(jié)收集室抽真空至1Pa左右。關(guān)閉真空泵，充入氬氣和氫氣的混合物至0. 1Mpa左右，用高頻起弧器產(chǎn)
4生等離子電弧。打開真空反應(yīng)室底部的充氫氣閥門，同時(shí)打開凝結(jié)收集室頂部的充氬氣閥 門，保持0. 21/min的流量。10min以后，關(guān)閉起弧器，停止充入氫氣和氬氣，即獲得1&附114 固態(tài)氫化物納米粉末材料。
實(shí)施例3 將Mg、Fe金屬棒按照摩爾比2 : 1的比例稱量，表面用稀硝酸清洗之后分別作為 Mg陽極和Fe陽極，關(guān)閉真空反應(yīng)室和凝結(jié)沉積室。采用真空泵對真空反應(yīng)室和凝結(jié)收集室 抽真空至1Pa左右。關(guān)閉真空泵，充入氬氣和氫氣的混合物至0. 1Mpa左右，用高頻起弧器產(chǎn) 生等離子電弧。打開真空反應(yīng)室底部的充氫氣閥門，同時(shí)打開凝結(jié)收集室頂部的充氬氣閥 門，保持0. 21/min的流量。10min以后，關(guān)閉起弧器，停止充入氫氣和氬氣，即獲得Mg2FeH4 固態(tài)氫化物納米粉末材料。
權(quán)利要求
一種基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、將金屬鎂和金屬鎳以2∶1的摩爾比置于低真空環(huán)境下加熱，獲得鎂鎳蒸汽；第二步、在采用電弧加熱的同時(shí)利用氫氣氣流將鎂鎳蒸汽帶入凝結(jié)腔，待樣品自然沉積后制得多元納米氫化物顆粒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，其特征是，所述的金屬鎂和金屬鎳的純度為99. 5wt%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，其特征是，所述的低真空環(huán)境是指氣壓為0. 06MPa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，其特征是，所述的加熱是指采用電弧加熱的方法對Mg和Ni進(jìn)行加熱，所采用的電流為64A，電壓為120V。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法，其特征是，所述的多元納米氫化物顆粒的平均粒徑為10 900nm。
6. —種基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，包括凝結(jié)腔、低真空反應(yīng)室、氬氣管、氫氣管、電極和導(dǎo)流管，其特征在于導(dǎo)流管的兩端分別連通凝結(jié)腔和低真空反應(yīng)室，氬氣管與凝結(jié)腔相連接并輸送氬氣，氫氣管與真空反應(yīng)室相連接并輸送氫氣，四個(gè)電極分別兩兩相對設(shè)置于真空反應(yīng)室內(nèi)并分別連接正負(fù)電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，其特征是，所述的凝結(jié)腔內(nèi)設(shè)有凝結(jié)器，該凝結(jié)器為圓錐狀結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，其特征是，所述的氬氣管上設(shè)有抽氣閥，該抽氣閥與凝結(jié)腔相連通。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，其特征是，所述的導(dǎo)流管上設(shè)有隔離閥以控制反應(yīng)進(jìn)程。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒反應(yīng)裝置，其特征是，所述的電極為鎢電極，其加載的電壓為100 140V。
全文摘要
一種金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域的基于金屬氣相的多元納米氫化物顆粒制備方法及其反應(yīng)裝置，通過將金屬鎂和金屬鎳以2∶1的摩爾比置于低真空環(huán)境下加熱，獲得鎂鎳蒸汽；在采用電弧加熱的同時(shí)利用氫氣氣流將鎂鎳蒸汽帶入凝結(jié)腔，待樣品自然沉積后制得多元納米氫化物顆粒。本發(fā)明與現(xiàn)有球磨法制備儲氫材料相比，制備得到儲氫材料顆粒更加細(xì)小，且粒度分布更加均勻。由于本方法制備過程中氫化物的生成過程為氣氣反應(yīng)，相對于球磨法制備的固固反應(yīng)更容易進(jìn)行，且效率較高，一步直接制得最終的氫化物。
文檔編號C01B6/04GK101767773SQ20101030055
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者丁文江, 常建衛(wèi), 彭立明, 曾小勤, 林凌, 郭志剛 申請人:上海交通大學(xué);上海輕合金精密成型國家工程研究中心有限公司