基于预混滞止火焰合成的纳米SnO_(2)气敏性能研究

采用预混滞止火焰合成二氧化锡(SnO_(2))纳米颗粒,分析其物相、微观形貌。与化学合成SnO_(2)相比,火焰合成SnO_(2)粒径更小,仅53nm左右,且粒径分布窄,分散性强。将2种方法合成的SnO_(2)制作成传感器,研究两者对乙烯(C_(2)H_(4))的响应情况。结果显示,在500×10^(-6)C_(2)H_(4)下,火焰合成SnO_(2)的最大响应值为5.82,是化学合成SnO_(2)的2倍多。火焰合成SnO_(2)最佳工作温度为400℃,比化学合成SnO_(2)最佳工作温度低60℃。随着C_(2)H_(4)体积分数增加,火焰合成SnO_(2)的响应值增大,并与化学合成SnO_(2)的差距越来越大。SnO_(2)的响应速度随气体体积分数增大先降后升,最后达到稳定值,其中火焰合成SnO_(2)相比化学合成SnO_(2)在达到稳定值时,响应时间减少了2~3s。探究其响应机理,火焰合成SnO_(2)提高气敏性能主要得益于颗粒尺寸的缩小。

弱旋湍流火焰合成纳米二氧化钛的机理研究

湍流效应在火焰合成纳米TiO_2颗粒工业化规模放大中具有重要影响。本文基于一种内加环形旋流片的弱旋火焰开展了合成TiO_2纳米颗粒的实验研究。对于内径12 mm管式燃烧器,加入旋片后火焰贫燃极限大幅度降低16%～33%,火焰高度也从9.0 cm减少到3.0 cm,焰区温度约减少20%～30%。研究表明,弱旋湍流火焰具有流速大、可燃当量比低和温度低的特点,使其相对无旋火焰可以合成粒径较小、烧结程度较低的TiO_2纳米颗粒。

甲烷受控扩散火焰合成碳纳米管的实验研究

燃烧火焰法是合成碳纳米管的新方法,具有设备简单、容易实现等优点。以硝酸镍为催化剂,在甲烷-空气受控扩散火焰中合成了多壁碳纳米管,燃烧产物中还发现了碳纳米颗粒、碳纳米纤维和碳黑。实验结果表明,随着采样高度的增加,所合成的无定形多壁碳纳米管和富勒烯状碳纳米颗粒逐渐转变为石墨化程度较高的竹节形多壁碳纳米管和洋葱状碳纳米颗粒。分析表明,火焰温度、甲烷裂解产物以及催化剂种类等因素影响碳纳米管的形态和结构。

扩散火焰合成碳纳米管研究

利用扩散火焰合成碳纳米管是一项新的技术和方法。介绍了这种新方法的基本原理 ,较系统地研究了火焰参数、基板材料、合成时间等对碳纳米管形态的影响。初步研究表明它在无外加催化剂的情况下也能合成碳纳米管 ,具有“自生催化”

氧化钇纳米涂层材料的火焰合成与红外透射性能

使用滞止旋流火焰燃烧器一步合成了氧化钇纳米红外涂层材料,其平均颗粒粒径为(8.6±0.4),nm,并具有典型的Y_2O_3(2,2,2)晶面和(4,0,0)晶面.基于火焰合成得到的二氧化钛薄膜,在火焰中原位喷涂了不同掺杂比的氧化钇涂层材料,并在红外波段进行了透射性能测试.结果表明,少量的氧化钇涂层(2%,掺杂)即可显著提升薄膜材料的红外透射性能,其中2.97,?m附近中红外波段的透射率提升幅度最大,这是由于火焰合成的掺杂过程改变了薄膜材料的表面光学性质.

新型纳米钯基催化剂的火焰合成与催化点火

用滞止旋流火焰合成了新型纳米钯基催化剂,其载体为锐钛矿型Ti O2颗粒,平均粒径为9.2,nm.相比于传统的化学浸渍法,该合成方法反应速率快,可以形成稳定的Pd@Ti O2负载型纳米催化剂.在此基础上,本文研究了该催化剂对甲烷点火的催化特性.在固定床实验中,甲烷在325,℃时达到了20%的临界转化率,从而成功点火.该温度比文献中相同环境下的实验结果低,这是由于滞止旋流火焰合成的催化剂具有更小的颗粒粒径与更大的比表面积.

火焰合成法制备TiO_(2)的燃烧发生器研究进展

火焰合成法是指前驱物在燃烧器中经过一系列复杂的物理化学反应过程得到产物纳米颗粒的方法,具有一步合成的优点,是现代工业规模化制备高性能材料的一种重要方法。火焰合成过程机理涉及物质的相态变化、颗粒生长团聚和热量质量交换等复杂过程,探究火焰合成过程是实现产物颗粒调控的关键。本文对火焰合成过程中的关键部分,如前驱物、为合成过程提供高温氧化环境的燃烧器、产物颗粒等进行分析,阐述了火焰气溶胶技术中颗粒的生长及转变路径、不同燃烧器的结构及其温度场、流场特点,并分析了不同燃烧器合成的纳米TiO_(2)进行了粒径及晶型特点的研究进展。指出火焰合成TiO_(2)生长机理和形态调控的基础研究对工业制备钛白粉具有指导意义。

旋流雾化火焰合成稀土掺杂氧化钇的结构形貌和光电性能调控研究

稀土元素掺杂的钇基纳米颗粒在荧光发光、激光晶体和透明陶瓷等领域具有广阔的应用前景。本文针对Ce,Nd,Yb和La四种稀土元素,采用旋流雾化火焰合成方法,实现了一步连续合成Re:Y_(2)O_(3)(Re=Ce,Nd,Yb,La)纳米颗粒,并对合成的纳米颗粒形貌结构及光电性能进行了探究。结果表明所合成的纳米颗粒粒径均匀分布(约10 nm),结晶度良好,呈立方相。掺杂引起的晶胞畸变程度与掺杂元素的离子半径成正相关。不同稀土掺杂元素均导致材料的相对介电常数和介电损失增高。在200~2000 nm波长范围内,1%Yb元素掺杂带来的光谱吸收比增高最多,增高至22.83%。5%La元素掺杂带来的光谱吸收比增高最低,为14.92%。此外,5%La掺杂使得禁带宽度下降至4.53 e V,导致其在紫外区间内的光学吸收大幅增加。

火焰合成凝聚相纳米材料调控技术的研究进展

火焰合成法是一种凝聚相纳米材料制备手段。该文聚焦于火焰合成凝聚相纳米材料形貌、组分和微观结构调控技术,关注火焰稳定性、火焰温度与组分场、产物粒径与形貌和产物理化性质4个方面。火焰稳定性调控主要总结了旋流稳定法(包括旋流数的计算方法和设计准则)、辅助火焰法、保护壳气法和高焓前驱液法等;火焰温度与组分场调控主要包括燃空当量比调节、冷却网架设、淬冷环架设和前驱液调控等技术;产物粒径与形貌可通过基底材料、液滴微爆、超细雾化、高沸点活性剂添加和等离子体放电等技术进行调控;产物理化性质可由晶体结构、元素掺杂、核壳类结构设计和后热处理等方法调控。前两方面注重材料外部火焰结构调控,后两方面注重材料内部性质调控,在实际实验或生产中,需要根据具体情况综合运用。

乙炔/空气预混火焰法合成多壁碳纳米管的实验研究

本文利用乙炔-空气预混火焰研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)的合成,采用涂覆有二茂铁或硝酸镍催化剂的探针在预混火焰中采样,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对碳纳米材料(CNTs)的形貌和结构进行了表征。结果表明在乙炔-空气预混火焰中,二茂铁和硝酸镍均能够成功合成竹节状多壁碳纳米管,产物中还发现了碳纤维(CNF)、巴基葱(bucky onion)和碳黑等物质。二茂铁催化生成的碳纳米管管径大于硝酸镍催化生成的碳纳米管的管径;在乙炔-空气扩散火焰和甲烷-空气扩散火焰中硝酸镍所催化合成的碳纳米管管径相近,说明碳纳米管的管径受催化剂颗粒尺寸的影响较大。研究表明探针在火焰中停留的时间和保护气体也会影响碳纳米管的合成。

滞止旋流火焰合成纳米TiO_2颗粒的实验研究

湍流效应是火焰合成纳米TiO_2颗粒工业化规模放大的一个重要影响因素。本文基于一种新提出的滞止旋流火焰开展了合成TiO_2纳米颗粒的实验研究。在旋流数0.26的条件下,可成功获得比表面积300 m^2/g以上,粒径最小达5nm的锐钛矿型TiO_2颗粒,这可归因于本文滞止旋流火焰具有贫燃稳定性、速度高反应快、温度梯度大等特点。实验还发现,随着前驱物浓度的减小,合成颗粒粒径逐渐减小且更加均匀。

火焰合成中前驱物-颗粒演化过程的时间尺度研究

本文使用火焰合成方法在平焰燃烧器上合成了平均粒径为(23.1士1.9)nm的氧化锆纳米颗粒材料。针对火焰合成中从前驱物到纳米颗粒的演化过程,本文提出了基于时间尺度分析的简化研究方法;对合成过程中多尺度的物理化学过程进行解耦,并计算了不同温度下前驱物的分解反应与颗粒碰撞聚并过程的特征时间。从计算中可以发现,氧化锆的前驱物分解反应在10^(-5)~10^(-5)s内最先发生,从而确定了颗粒生长过程的起点位置。随着粒径的增长,颗粒碰撞聚并过程则需要10^(-4)~10^(-1)s的时间进行,该步骤控制着前驱物颗粒演化过程的整体速率,并决定了最终产物的基本形貌特征(球形/团聚),与实验观测相符。

大气下燃烧火焰法合成金刚石薄膜的结构与形貌

一、前言 金刚石具有一系列优异、独特的物理性质。已成为举世瞩目的特种材料。但不论是高温高压合成的,还是天然的金刚石,都不能制成膜状金刚石。因此,多年来人们只利用了金刚石超高硬度、高耐磨的特性,其它优异的功能性质均因形态所限而未能得到充分的开发利用。1958年,美国人Eversote用低气压气相法制备金刚石薄膜获得成功。进入80年代以来,成功地发展了多种化学气相沉积(CVD)金刚石多晶薄膜的制备方法,薄膜的生长速率、沉积面积和结构性质已逐步达到可应用的程序。 在各种激活的CVD方法中,利用氧—乙炔火焰喷枪沉积金刚石是一个非常有意义的新方法,它能在大气压下工作,且设备简单,操作较易。合成颗粒状金刚石时,合成速率最高为200μm/h,平均为30～50μm/h;合成薄膜时为100μm/h,合成类金刚石膜时为200～250μm/h,合成速度比热灯丝法或微波等离子体CVD法快10倍以上。用火焰法合成的金刚石质量优异,甚至可以得到透明的高质量金刚石。近三年来的研究发展情况表明,金刚石火焰合成法已经成为低压气相合成金刚石研究领域最受重视的方法之一。

铜基廉价催化剂的火焰合成及甲烷催化特性研究

本文基于预混滞止弱旋火焰系统,以溶于水或乙醇的廉价硝酸盐为前驱物,采用"一步"的雾化火焰方法来合成铜基催化剂纳米颗粒。采用TEM、XRD等分析了合成颗粒的形貌及物相态,进而考察了该催化剂在甲烷催化氧化反应中的催化活性。根据TEM结果,发现乙醇做溶剂时所合成的氧化铜颗粒具有颗粒直径小且结晶度较好的特点。实验结果表明,10 nm氧化铜颗粒体现出良好的甲烷催化性能,但掺杂氧化铝后,铜基催化剂对甲烷的催化性能有所下降,其原因可归结为氧化铝对氧化铜的覆盖作用导致其有效比表面积降低。

旋流雾化火焰合成热控涂层材料实验研究

本文针对Y_(2)O_(3)热控涂层材料,开展旋流雾化火焰合成实验研究。借助相机和PDA光学诊断技术解析了喷嘴雾化特性,进而获得粒径小且分布集中的液滴雾化效果,并在此基础上开展合成实验。所合成的颗粒结晶良好,属于稳定立方相Y_(2)O_(3),颗粒平均粒径小于13 nm,具有清晰的(222)晶面。进一步的热辐射特性测试结果表明,该方法制备的纳米粉体具有极低的太阳吸收比(α_(S)=0.062)和吸收发射比(α_(S)/ε=0.0756),在未来航天器热控涂层上具有很大应用潜能。

火焰喷涂合成TiC—Fe涂层的热力学分析

火焰喷涂合成技术是自蔓延高温合成（ＳＨＳ）与氧乙炔火焰喷涂技术结合而发展起来的，已成功制备了 ＴｉＣ－Ｆｅ复合涂层利用计算相图技术，确定Ｆｅ－ Ｔｉ－Ｃ系的平衡相组成，并结合火焰喷涂合成工艺，重点讨论了原材料配比对体系熔化、凝固行为及涂层形成的影响。

输入焓对火焰喷涂合成TiC—Fe涂层的影响

火焰喷涂合成技术是可用于制备金属陶瓷涂层的新技术该工艺的实施，需要对Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ系进行热力学分析，了解合成目标产物 Ｆｅ／ＴｉＣ的热力学条件通过利用计算相图技术计算 Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ系的相平衡及绝热燃烧温度 Ｔａｄ；重点讨论输入焓Ｈ（氧乙炔火焰功率）对体系Ｔａｄ的影响，结果发现，当Ｈ＝０时，满足体系自蔓延高温合成反应热力学条件的Ｆｅ含量＜５７（质量分数．％，下同）；在火焰喷涂合成过程中，输入焓的存在使体系满足热力学的条件放宽， Ｆｅ含量可高达 ８０．实验结果与计算结果吻合得较好．

反应火焰喷涂合成TiC-Fe涂层的反应机理

利用差热分析（DTA）、X－射线分析（XRD）等测试手段，研究了反应火焰喷涂过程中喷涂粉末（Fe－Ti－C体系）的反应机理．研究结果表明，在反应火焰喷涂合成TiC-Fe涂层中，喷涂粉末在飞行过程中的反应是逐步进行的．喷涂距离为125～170mm是发生反应的主要区域．在到达工件表面时，反应已基本结束．因此，与传统热喷涂相比，反应火焰喷涂的优势在于，利用廉价原料一步合成、沉积比较昂贵的涂层材料．

稀释合成气微混合燃料喷射燃烧火焰特性研究

研究了耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧的火焰特性.结果表明:耦合CO2稀释和微混合燃料喷射燃烧是一种降低合成气扩散火焰NOx生成量的有效途径;实验范围内排放的NOx质量浓度一般低于2mg/m3,排放的CO质量浓度低于10mg/m3,排放的CO质量浓度随火焰热功率的增大而降低;燃烧器出口温度、壁面温度和喷嘴出口温度等均随火焰热功率的增大而升高.

火焰喷雾合成法制备的LaMn_(1-x)Cu_(x)O_(3)钙钛矿型催化剂在CO氧化中的性能研究

为了更有效地控制CO排放,采用火焰喷雾法制备不同Cu^(2+)掺杂比例的钙钛矿型催化剂LaMn_(1-x)Cu_(x)O_(3)(x(28)0,0.2,0.4,0.6,0.8),并对其结构和催化活性进行了表征分析。通过火焰喷雾法催化剂可以形成良好的钙钛矿相,有规则的形状、较好的热稳定性和氧化还原特性。与其他方法相比,火焰喷雾合成的钙钛矿型催化剂拥有更高的催化活性。随着Cu^(2+)的掺杂比例由0.2增大至0.6,催化剂的比表面积和氧化性均有提高。当掺杂量达到最大值0.8时,催化剂中的钙钛矿结构被破坏且比表面积减小,LaMn_(0.4)Cu_(O.6)O_(3)催化剂有最高催化活性,CO转化率在157.4℃时达到50%,在178.6℃达到90%。催化剂在多次连续催化循环后,仍有良好的催化活性。LaMn_(0.4)Cu_(O.6)O_(3)在第8次循环中可在169℃实现50%的CO转化率,200℃以下实现90%的转化率。结果表明,火焰喷雾合成法可进一步提高催化剂的催化活性且适合用于CO氧化的高效催化剂的制备。