合成多元納米顆粒材料的旋流霧化燃燒器

新材料及其應用

1. 痛點問題

氧化物微納米顆粒在儲能材料、高端光學材料、高性能氣體傳感器、高端催化劑等領域均有廣闊的應用前景。然而工業制備中現有的共沉淀、凝膠、浸漬等濕法合成方法，由于其原理和工藝上的限制，存在不易放大、生產不連續、產線通用性弱、廢液污染、摻混不均勻等問題，尤其在被國外企業壟斷的高端高熵多元氧化物顆粒生產方面，存在很大挑戰。

2. 解決方案

采用火焰合成方法得到納米顆粒具有一步工藝、純度高、易放大、成本低、污染排放少、可控性相對較高的特點。在各種火焰形式中，本技術設計了一種基于旋流強化混合的霧化火焰合成系統，在保證較高產量的同時降低了高溫區停留時間，能夠顯著提高火焰合成納米顆粒的產量和生產效率，可以為各種單元、多元納米氧化物粉體的生產提供定制化服務。

合作需求

為實現本技術的產業化和市場化，主要需求包括：

1.一支專精于納米材料合成與收集方面的研發團隊，能夠承接專利技術，并大幅拓展至規模化、定制化產業生產；

2.300平米以上的科學實驗場地與300萬以上的啟動資金；

3.與光學、電學領域高端粉體需求方有較廣泛的聯系，能夠協助產品、技術拓展市場。

本技術現階段正邁向中試放大階段，擬以清華專利技術入股的方式創立科技公司，分階段實現技術產業化和公司成長。

第一階段創立公司并引入清華大學知識產權，建成1kg/h級別中試級產線，實現高熵多元納米顆粒材料的規模化生產能力，并形成訂單突破。

第二階段建成2-3kg/h級別中試級產線2-3條，形成產品級供貨。固化核心產品、銷售渠道，實現公司穩定盈利。

第三階段拓展生產規模和市場，在高性能光學顆粒材料、涂層材料等方向形成有競爭力的系列產品和穩定銷售，實現1000萬以上的公司產值。

依托于國家自然科學基金項目十余年的持續資助，清華大學李水清教授課題組對火焰合成裝置的結構和參數做進一步調整優化，使旋流霧化火焰合成技術能夠滿足從實驗室制備到工業應用的發展，所開發的旋流霧化火焰方法燃燒器結構跟國際同行相比，工藝簡單、火焰穩定性好、合成顆粒粒徑均勻、純度高、合成產量大，正邁向中試放大階段。目前已在前驅物調配霧化、燃燒器設計調控、合成過程監測診斷、納米顆粒高效收集、粉體后處理表征、生產產業化放大等各方面布局多項核心專利，也在Prog. Eng. Combust. Sci., Phys. Rev. Lett., Combust. Flame等國際頂級學術期刊發表相關論文20余篇。

旋流霧化火焰合成技術可適用于涵蓋元素周期表的幾乎所有氧化物納米顆粒規模化制備，特別是二元或多元復合氧化物納米粉體材料，所對應的潛在市場十分廣闊。以高端光學陶瓷材料為例，釔鋁石榴石（YAG）、鎂鋁尖晶石納米粉體材料是透明陶瓷的重要原材料。多年以來國內該類粉體材料的規模化合成技術一直未能突破，限制了大尺寸紅外窗口的發展。僅此一項，美國市場就在10億美金/年以上，且屬于我國易被“卡脖子”的不可替代的技術。

發明專利

已申請相關專利。