合成多元纳米颗粒材料的旋流雾化燃烧器

新材料及其应用

1. 痛点问题

氧化物微纳米颗粒在储能材料、高端光学材料、高性能气体传感器、高端催化剂等领域均有广阔的应用前景。然而工业制备中现有的共沉淀、凝胶、浸渍等湿法合成方法，由于其原理和工艺上的限制，存在不易放大、生产不连续、产线通用性弱、废液污染、掺混不均匀等问题，尤其在被国外企业垄断的高端高熵多元氧化物颗粒生产方面，存在很大挑战。

2. 解决方案

采用火焰合成方法得到纳米颗粒具有一步工艺、纯度高、易放大、成本低、污染排放少、可控性相对较高的特点。在各种火焰形式中，本技术设计了一种基于旋流强化混合的雾化火焰合成系统，在保证较高产量的同时降低了高温区停留时间，能够显著提高火焰合成纳米颗粒的产量和生产效率，可以为各种单元、多元纳米氧化物粉体的生产提供定制化服务。

合作需求

为实现本技术的产业化和市场化，主要需求包括：

1.一支专精于纳米材料合成与收集方面的研发团队，能够承接专利技术，并大幅拓展至规模化、定制化产业生产；

2.300平米以上的科学实验场地与300万以上的启动资金；

3.与光学、电学领域高端粉体需求方有较广泛的联系，能够协助产品、技术拓展市场。

本技术现阶段正迈向中试放大阶段，拟以清华专利技术入股的方式创立科技公司，分阶段实现技术产业化和公司成长。

第一阶段创立公司并引入清华大学知识产权，建成1kg/h级别中试级产线，实现高熵多元纳米颗粒材料的规模化生产能力，并形成订单突破。

第二阶段建成2-3kg/h级别中试级产线2-3条，形成产品级供货。固化核心产品、销售渠道，实现公司稳定盈利。

第三阶段拓展生产规模和市场，在高性能光学颗粒材料、涂层材料等方向形成有竞争力的系列产品和稳定销售，实现1000万以上的公司产值。

依托于国家自然科学基金项目十余年的持续资助，清华大学李水清教授课题组对火焰合成装置的结构和参数做进一步调整优化，使旋流雾化火焰合成技术能够满足从实验室制备到工业应用的发展，所开发的旋流雾化火焰方法燃烧器结构跟国际同行相比，工艺简单、火焰稳定性好、合成颗粒粒径均匀、纯度高、合成产量大，正迈向中试放大阶段。目前已在前驱物调配雾化、燃烧器设计调控、合成过程监测诊断、纳米颗粒高效收集、粉体后处理表征、生产产业化放大等各方面布局多项核心专利，也在Prog. Eng. Combust. Sci., Phys. Rev. Lett., Combust. Flame等国际顶级学术期刊发表相关论文20余篇。

旋流雾化火焰合成技术可适用于涵盖元素周期表的几乎所有氧化物纳米颗粒规模化制备，特别是二元或多元复合氧化物纳米粉体材料，所对应的潜在市场十分广阔。以高端光学陶瓷材料为例，钇铝石榴石（YAG）、镁铝尖晶石纳米粉体材料是透明陶瓷的重要原材料。多年以来国内该类粉体材料的规模化合成技术一直未能突破，限制了大尺寸红外窗口的发展。仅此一项，美国市场就在10亿美金/年以上，且属于我国易被“卡脖子”的不可替代的技术。

发明专利

已申请相关专利。