RU2301771C1 - Method and device for mixing nano-particles - Google Patents
Method and device for mixing nano-particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301771C1 RU2301771C1 RU2005138015/28A RU2005138015A RU2301771C1 RU 2301771 C1 RU2301771 C1 RU 2301771C1 RU 2005138015/28 A RU2005138015/28 A RU 2005138015/28A RU 2005138015 A RU2005138015 A RU 2005138015A RU 2301771 C1 RU2301771 C1 RU 2301771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixing
- nanoparticles
- nano
- particles
- chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Заявляемый объект относится к способам перемешивания нанопорошковых материалов и может быть использован в технологиях формирования нанокомпозиционных материалов.The inventive object relates to methods of mixing nanopowder materials and can be used in technologies for the formation of nanocomposite materials.
Формированию композиционных материалов препятствует слипание наночастиц, которое не позволяет формировать однородные по пространству композиционные смеси для прессования порошковых нанокомпозитов.The formation of composite materials is prevented by the adhesion of nanoparticles, which does not allow the formation of spatially uniform composite mixtures for pressing powder nanocomposites.
Известны способы перемешивания нанопорошков:Known methods of mixing nanopowders:
1) механическое перемешивание при помощи различных камер и лопастей перемешивания [патент Российской Федерации 96116150/25 заявитель Нордахль Г. От 3 ноября 1994 г., патент Российской Федерации 96103013/14 заявитель Добронравов П.Н. Заявлено 16 февраля 1996 года];1) mechanical mixing using various chambers and mixing blades [patent of the Russian Federation 96116150/25 applicant Nordakhl G. dated November 3, 1994, patent of the Russian Federation 96103013/14 applicant Dobronravov PN Declared February 16, 1996];
2) образование агломератов посредством электрических взаимодействий [патент Российской Федерации 2002115298/02 заявитель ИНДИГО ТЕКНОЛОДЖИЗ ГРУП ПТИ ЛТД от 10 ноября 2000 года];2) the formation of agglomerates through electrical interactions [patent of the Russian Federation 2002115298/02 applicant INDIGO TECHNOLOGIES GROUP PTI LTD of November 10, 2000];
3) получение нанокомпозита в результате протекания химических реакций и самоорганизации [патент Российской Федерации 2003136856/15 заявитель Балихин И.Л., Берестенко В.И. и др. Заявлено 23 декабря 2003 года].3) obtaining a nanocomposite as a result of chemical reactions and self-organization [patent of the Russian Federation 2003136856/15 applicant Balikhin I.L., Berestenko V.I. and others. Declared December 23, 2003].
Недостаток первого метода получения нанокомпозита заключается в образовании агломератов (больших устойчивых объединений) наночастиц одного и того же вещества, препятствующих перемешиванию смеси наночастиц. Преимущество способа заключается в большом выборе существующих устройств механического перемешивания.The disadvantage of the first method for producing a nanocomposite is the formation of agglomerates (large stable associations) of nanoparticles of the same substance, which impede the mixing of a mixture of nanoparticles. The advantage of the method lies in the large selection of existing mechanical mixing devices.
Второй способ достаточно прост в реализации, но перенасыщение электрическим зарядом приводит к разрушению наночастиц, а недостаточная электризация - к плохому перемешиванию нанокомпозита.The second method is quite simple to implement, but supersaturation with an electric charge leads to the destruction of nanoparticles, and insufficient electrification leads to poor mixing of the nanocomposite.
Преимуществом третьего способа является простота реализации, а недостатком - недостаточно равномерное перемешивание и для каждого вида агломерата наночастиц необходимость индивидуальной химической реакции.The advantage of the third method is ease of implementation, and the disadvantage is insufficiently uniform mixing and the need for an individual chemical reaction for each type of agglomerate of nanoparticles.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению, принятым за прототип, является способ агломерации частиц [патент Российской Федерации 2002115298/02 заявитель ИНДИГО ТЕКНОЛОДЖИЗ ГРУП ПТИ ЛТД от 10 ноября 2000 года]. Смесь частиц в потоке газа ионизируют генератором ионов, предназначенным для создания у частиц в потоке газа электрических зарядов противоположной полярности. Затем при помощи конструкции, размещенной по направлению потока, изменяют физические характеристики потока газа для перемешивания противоположно заряженных частиц и таким образом содействия агломерации частиц.Closest to the claimed technical solution adopted for the prototype is a method of particle agglomeration [patent of the Russian Federation 2002115298/02 applicant INDIGO TECHNOLOGIES GROUP PTI LTD of November 10, 2000]. A mixture of particles in a gas stream is ionized by an ion generator designed to create electrical charges of opposite polarity for particles in a gas stream. The physical characteristics of the gas stream are then changed by means of a structure placed in the direction of flow to mix the oppositely charged particles and thereby facilitate particle agglomeration.
В указанном способе перемешивания наночастиц процесс перемешивания реализуется в потоке газа, и это приводит к образованию агломератов наночастиц одного материала и снижению качества перемешанной смеси. Предлагаемый способ решает эту проблему тем, что перемешивание производят в среде перемешивания. В качестве среды перемешивания выбирают гелеобразное или жидкое электронепроводящее вещество, не вступающее в химические реакции с материалами наночастиц, например дистиллированную воду. Гелеобразной средой перемешивания может быть выбран полиизобутилен.In this method of mixing nanoparticles, the mixing process is implemented in a gas stream, and this leads to the formation of agglomerates of nanoparticles of one material and a decrease in the quality of the mixed mixture. The proposed method solves this problem by the fact that mixing is carried out in a mixing medium. As the mixing medium, a gel-like or liquid electrically non-conductive substance is selected that does not enter into chemical reactions with nanoparticle materials, for example, distilled water. Polyisobutylene may be selected as a gel mixing medium.
Известны устройства для агломерации наночастиц и перемешивания порошковых смесей (см. выше), основанные на механическом способе перемешивания и на методе электрических взаимодействий. Смешивание наночастиц осуществляют в камерах при помощи лопастей перемешивания или посредством электромагнитных взаимодействий. Недостатком данных устройств является образование устойчивых объединений наночастиц, затрудняющих процесс получения однородной смеси.Known devices for the agglomeration of nanoparticles and mixing of powder mixtures (see above), based on the mechanical method of mixing and the method of electrical interactions. The mixing of the nanoparticles is carried out in the chambers using the mixing blades or through electromagnetic interactions. The disadvantage of these devices is the formation of stable associations of nanoparticles that impede the process of obtaining a homogeneous mixture.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для агломерации частиц [патент Российской Федерации 2002115298/02 заявитель ИНДИГО ТЕКНОЛОДЖИЗ ГРУП ПТИ ЛТД от 10 ноября 2000 года]. Устройство для агломерации частиц в потоке газа содержит генератор ионов, предназначенный для создания у частиц в потоке газа электрических зарядов противоположной полярности, и конструкцию, размещенную по направлению потока ниже генератора ионов, предназначенную для изменения физических характеристик потока газа для перемешивания противоположно заряженных частиц и содействия агломерации частиц.Closest to the invention, the technical solution is a device for particle agglomeration [patent of the Russian Federation 2002115298/02 applicant INDIGO TECHNOLOGIES GROUP PTI LTD of November 10, 2000]. A device for agglomeration of particles in a gas stream contains an ion generator designed to create electric charges of opposite polarity for particles in a gas stream and a structure located downstream of the ion generator designed to change the physical characteristics of the gas stream to mix oppositely charged particles and facilitate agglomeration particles.
Данное устройство имеет камеру смешивания, матрицы электродов, содержит устройство акустического возбуждения, предназначенное для возбуждения содержащихся в потоке газа частиц в камере. Кроме того, в камере перемешивания присутствуют уступы и заостренные выступы, формирующие вихревые течения для лучшего перемешивания частиц.This device has a mixing chamber, a matrix of electrodes, contains an acoustic excitation device designed to excite the particles contained in the gas stream in the chamber. In addition, in the mixing chamber there are ledges and pointed protrusions, forming vortex flows for better mixing of the particles.
Задачей заявляемых изобретений является повышение равномерности перемешивания микро- и нанопорошков.The task of the claimed invention is to increase the uniformity of mixing of micro and nanopowders.
Задача решается тем, что перемешивание производят в среде перемешивания в основной и дополнительной камерах перемешивания. Наночастицы одного материала заряжают положительно, а другого - отрицательно. Под действием поршня в основной камере перемешивания и электромагнитных сил наночастицы перемешивают и подают в дополнительную камеру перемешивания. В дополнительной камере перемешивание осуществляют при помощи движения заряженных микротел в смеси наночастиц и среды перемешивания под действием электромагнитного поля. Перемешанный композит подают в камеру прессования для удаления среды перемешивания и прессования нанокомпозита.The problem is solved in that the mixing is carried out in a mixing medium in the primary and secondary mixing chambers. Nanoparticles of one material charge positively, and the other negatively. Under the action of a piston in the main mixing chamber and electromagnetic forces, the nanoparticles are mixed and fed into an additional mixing chamber. In the additional chamber, mixing is carried out by the movement of charged microbodies in a mixture of nanoparticles and a mixing medium under the influence of an electromagnetic field. The mixed composite is fed into the pressing chamber to remove the mixing medium and pressing the nanocomposite.
Задача решается также тем, что устройство для перемешивания наночастиц включает в себя генератор ионов и состоит из 2-х камер зарядки наночастиц, основной камеры перемешивания, снабженной поршнем, дополнительной камеры перемешивания, выполненной в виде диска, в котором электроды расположены вдоль цилиндрической поверхности в виде правильного шестиугольника. Полярности электродов чередуются, а между ними расположены диэлектрические прослойки, при этом в камере находятся заряженные микротела. После перемешивания нанокомпозит прессуется в камере прессования.The problem is also solved by the fact that the device for mixing nanoparticles includes an ion generator and consists of 2 nanoparticle charging chambers, a main mixing chamber equipped with a piston, and an additional mixing chamber made in the form of a disk in which the electrodes are arranged along a cylindrical surface in the form regular hexagon. The polarities of the electrodes alternate, and between them there are dielectric layers, while in the chamber there are charged microbodies. After mixing, the nanocomposite is pressed in a pressing chamber.
Технический результат заключается в получении однородного нанокомпозита.The technical result consists in obtaining a homogeneous nanocomposite.
На чертеже (Фиг.1) представлено устройство для перемешивания наночастиц. Устройство состоит из двух цилиндрических камер зарядки наночастиц 1, основной камеры перемешивания 2, дополнительной камеры перемешивания 3 и камеры прессования 4.The drawing (Figure 1) shows a device for mixing nanoparticles. The device consists of two cylindrical chambers for charging nanoparticles 1, the main mixing chamber 2, an additional mixing chamber 3 and a pressing chamber 4.
Основная камера перемешивания представляет собой вертикально расположенный цилиндр с сечением вдоль оси цилиндра (Фиг.2) и сечением, перпендикулярным оси цилиндра (Фиг.3). Вид снизу основной камеры перемешивания изображен на Фиг.4. Смесь наночастиц и среды перемешивания поступает через клапаны 5. Дополнительно поршень 6 может быть снабжен лопастями перемешивания 7 и двигаться по винтовой спирали 8, нанесенной на внутреннюю цилиндрическую поверхность, совершая при этом вращательно-поступательное движение. В дополнительную камеру перемешивания смесь поступает через клапан 9.The main mixing chamber is a vertically arranged cylinder with a section along the axis of the cylinder (Figure 2) and a section perpendicular to the axis of the cylinder (Figure 3). A bottom view of the main mixing chamber is shown in FIG. 4. The mixture of nanoparticles and the mixing medium enters through the
Дополнительная камера перемешивания изображена на: Фиг.5 - разрез, перпендикулярный оси; Фиг.6 - вид сверху; Фиг.7 - вид сбоку; Фиг.8 - вид снизу. Дополнительная камера перемешивания выполнена в виде диска, в котором электроды 10 расположены между внешней 11 и внутренней 12 цилиндрическими поверхностями, в виде правильного шестиугольника. Полярности электродов чередуются, а между ними расположены диэлектрические прослойки 13. Смесь наночастиц подают в камеру через клапан 14, а заряженные микротела 15 - через клапан 16. В камеру прессования смесь подают через клапан 17.An additional mixing chamber is depicted in: Figure 5 is a section perpendicular to the axis; 6 is a top view; 7 is a side view; Fig. 8 is a bottom view. An additional mixing chamber is made in the form of a disk, in which the
Камера прессования представляет собой горизонтально расположенный цилиндр (Фиг.9). Смесь наночастиц подают в камеру через клапан 18. Между поршнем 19 и внутренней цилиндрической поверхностью камеры имеются небольшие зазоры 20. Камера прессования снабжена трубкой 21 и клапаном 22.The pressing chamber is a horizontally arranged cylinder (Fig. 9). The mixture of nanoparticles is fed into the chamber through the
Способ реализуется следующим образом: устройство для перемешивания заполняют гелеобразным или жидким электронепроводящим веществом, не вступающим в химические реакции с материалами наночастиц, например дистиллированной водой. Это вещество является средой перемешивание наночастиц. В качестве гелеобразной среды перемешивания может выступать полиизобутилен. Наночастицы одного материала заряжают положительно, а другого - отрицательно (этап I) для увеличения сил отталкивания между частицами одного материала и предотвращения их слипания. В основной камере перемешивания вследствие притягивания разноименно заряженных частиц друг к другу наночастицы перемешивают (этап II) и подают в дополнительную камеру перемешивания.The method is implemented as follows: the device for mixing is filled with a gel or liquid electrically non-conductive substance that does not enter into chemical reactions with nanoparticle materials, for example, distilled water. This substance is a medium mixing nanoparticles. Polyisobutylene can be used as a gel-like mixing medium. Nanoparticles of one material charge positively and the other negatively (stage I) to increase the repulsive forces between the particles of one material and prevent their adhesion. In the main mixing chamber, due to the attraction of oppositely charged particles to each other, the nanoparticles are mixed (stage II) and fed into the additional mixing chamber.
Дополнительно поршень в основной камере перемешивания может быть снабжен лопастями перемешивания, выполненными в виде вытянутых треугольных призм и расположенными друг к другу под углом в 120 градусов (Фиг.3). Под действием поступательно-вращательного движения поршня производят более интенсивное перемешивание наночастиц.Additionally, the piston in the main mixing chamber can be equipped with mixing blades made in the form of elongated triangular prisms and located to each other at an angle of 120 degrees (Figure 3). Under the action of the translational-rotational motion of the piston, more intensive mixing of the nanoparticles is performed.
В дополнительной камере перемешивания размещают заряженные микротела, например фуллерены. Подают напряжение на два электрода, расположенных на противоположных сторонах правильного шестиугольника. Таким образом, происходит движение заряженных микротел от одноименно заряженного электрода к противоположно заряженному. Посредством движения микротел смесь наночастиц перемешивают (этап III). Через некоторый промежуток времени напряжение подают на другие два противоположные электрода и перемешивание повторяют. После получения однородной смеси из наночастиц и среды перемешивания раствор смеси подают в камеру прессования. Подачу напряжения на электроды при этом не прекращают. Таким образом, микротела концентрируются вблизи одного из электродов и не попадают в камеру прессования. В камере прессования (этап IV) удаляют среду перемешивания из смеси наночастиц и прессуют нанокомпозит.Charged microbodies, for example, fullerenes, are placed in an additional mixing chamber. They apply voltage to two electrodes located on opposite sides of a regular hexagon. Thus, the movement of charged microbodies from the same charged electrode to the oppositely charged occurs. By moving the microbodies, the mixture of nanoparticles is mixed (step III). After a certain period of time, voltage is applied to the other two opposite electrodes and stirring is repeated. After obtaining a homogeneous mixture of nanoparticles and a mixing medium, the mixture solution is fed into the pressing chamber. The voltage supply to the electrodes does not stop. Thus, microbodies are concentrated near one of the electrodes and do not enter the pressing chamber. In the pressing chamber (step IV), the mixing medium is removed from the mixture of nanoparticles and the nanocomposite is pressed.
Устройство работает следующим образом: на начальном этапе клапаны 5 открыты, а 9, 14, 16, 17, 18 закрыты, поршень основной камеры перемешивания 6 опущен, поршень камеры прессования 19 находится в крайнем правом положении, через клапан 16 в дополнительную камеру перемешивания введены заряженные микротела, подается напряжение на два противоположных электрода. При помощи поршня 6 (движение поршня вверх) смесь наночастиц поступает через клапаны 5 в основную камеру перемешивания. Затем клапаны 5 закрываются, а 9 и 14 открываются, и под давлением поршня 6 (движение поршня вниз) смесь наночастиц из основной камеры перемешивания поступает в дополнительную камеру перемешивания. Клапаны 14 и 17 закрываются, на два противоположно расположенные друг напротив друга электрода в дополнительной камере перемешивания подается напряжение. Затем напряжение подается на другие противоположно расположенные электроды. Через некоторое время клапаны 9, 14, 17 и 18 открываются и перемешанная смесь наночастиц выдавливается следующей порцией смеси в камеру прессования. Клапан 18 закрывается и под давлением поршня 19 происходит удаление среды перемешивания из смеси наночастиц через неплотности 20 между поршнем и внутренней цилиндрической стенкой камеры. При помощи клапана спрессованный равномерно перемешанный нанокомпозит поступает в дальнейшую эксплуатацию.The device operates as follows: at the initial stage, the
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138015/28A RU2301771C1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Method and device for mixing nano-particles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005138015/28A RU2301771C1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Method and device for mixing nano-particles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2301771C1 true RU2301771C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=38315497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005138015/28A RU2301771C1 (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Method and device for mixing nano-particles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2301771C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101605252B1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-03-22 | 한국기계연구원 | Appratus for growing nano particle and mehtod for growing nano particle |
KR101605251B1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-03-22 | 한국기계연구원 | Apparatus for growing heterogeneous nano particle and method for growing heterogeneous nano particle |
RU2740495C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Сплав-Т" (ООО НПП "Сплав-Т") | Method of producing a powder mixture of bidisperse ceramic and metal particles |
-
2005
- 2005-12-06 RU RU2005138015/28A patent/RU2301771C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101605252B1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-03-22 | 한국기계연구원 | Appratus for growing nano particle and mehtod for growing nano particle |
KR101605251B1 (en) * | 2014-07-25 | 2016-03-22 | 한국기계연구원 | Apparatus for growing heterogeneous nano particle and method for growing heterogeneous nano particle |
RU2740495C1 (en) * | 2020-07-02 | 2021-01-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Сплав-Т" (ООО НПП "Сплав-Т") | Method of producing a powder mixture of bidisperse ceramic and metal particles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ozuna‐Chacón et al. | Performance characterization of an insulator‐based dielectrophoretic microdevice | |
US7014747B2 (en) | Dielectrophoretic systems without embedded electrodes | |
Park et al. | 3‐D electrode designs for flow‐through dielectrophoretic systems | |
Wu et al. | Multiplex coaxial flow focusing for producing multicompartment Janus microcapsules with tunable material compositions and structural characteristics | |
RU2301771C1 (en) | Method and device for mixing nano-particles | |
CN108085252A (en) | Electroporation method and equipment | |
KR102129681B1 (en) | Apparatus for high throughput continuous droplet electroporation for delivery of a material, and a method for droplet electroporation using the same | |
CN113265327B (en) | A kind of AC-dielectrophoresis microalgae multi-stage sorting device and method based on algal lipid content | |
CN111235588B (en) | Method for preparing nano zinc oxide by liquid cathode glow discharge plasma | |
Li et al. | Janus droplets and droplets with multiple heterogeneous surface strips generated with nanoparticles under applied electric field | |
EP1407812A1 (en) | Fluid mixing device | |
US4347002A (en) | Method and apparatus for the preparation of drilling mud | |
CN116099358B (en) | All-electric-driven micro-fluidic dielectrophoresis separation device and method | |
CN114082935B (en) | Device and method for screening nano metal particle size | |
US9353455B2 (en) | Dielectrophoresis and electrodeposition process for selective particle entrapment | |
RU119261U1 (en) | MICROWAVE DISINTEGRATOR | |
CN112691624A (en) | Laminated integrated reactor and use method thereof | |
Sleptsov et al. | Investigation of the synthesis of nanoparticles by the method of spark erosion with overvoltage of the discharge gap | |
Jiang et al. | Manipulation of gold coated microspheres using electrorotation | |
JP2015027639A (en) | Polarizable connection structure and device having the same | |
RU2636740C1 (en) | Method of producing coal-water slurry and installation for its implementation | |
CN208865453U (en) | Preparation and sorting structure of giant liposomes based on dielectrophoresis | |
CN203610146U (en) | Electro-osmotic flow pump | |
RU2498847C2 (en) | Method of mixing two multiple-phase gas flows and device to this end | |
US20250043227A1 (en) | Microfluidic electroporation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071207 |