本发明属于纳米粉体生产，尤其涉及负压效应下纳米粉体形核生长调控系统。
背景技术：
1、纳米粉体是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级的材料，例如纳米金属、陶瓷、硅、碳等，因具有较高的表面原子比，表现出宏观材料不具有的光学、电学、磁学和催化特性，并广泛应用于新能源、半导体、石油化工、生物医药及国防军事等领域。
2、在纳米粉体的规模化制备中，为了避免纳米粉体生产过程中氧化，整个过程会在负压环境下进行，但是在长期的规模化制备过程中发现，负压环境下由于气体分子密度显著降低，等离子体形成与演化特性发生非线性变化，导致等离子体电离阈值以及光谱特性难以准确预测和控制，直接影响激光能量在等离子体中的传输效率及其与材料表面的相互作用机制，从而可能引发热量传递不均匀问题，同时，负压环境下熔融材料表面张力与重力相对增强，而气体阻力减小，造成熔滴飞行轨迹和沉积行为更为复杂，进一步地，激光等离子体耦合场在负压环境下产生的高速冲击波和马赫盘效应出现新的动态特征，此外，传热机制在负压环境中发生显著转变，辐射传热成为主导传热方式，使得温度场的不均匀性增加，局部高温区域更明显，同时低温区域冷却速度更快，进而导致温度场的瞬态响应和空间分布更加难以精确控制，为此，从业者设计了负压效应下纳米粉体形核生长调控系统。
技术实现思路
1、本发明的目的就在于为了解决现有纳米粉体规模化制备中，难以探究负压环境下，环境压力、气氛、运动流场和温度场对纳米粉体尺寸及成分的影响，从而造成最终纳米粉体品质低以及尺寸不稳定的问题。
2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，包括工作端以及作用于所述工作端内部的热源与负压循环装置，所述工作端上分别设置有纳米粉体形核监测系统与纳米粉体动力监测系统，所述纳米粉体形核监测系统与所述纳米粉体动力监测系统数据传输至pc终端，所述pc终端将接收的数据处理后给予所述热源与所述负压循环装置调控反馈；
3、所述工作端包括真空罐以及设置于其腔体内的靶材；
4、所述热源包括垂直作用于所述靶材表面的等离子枪以及与所述等离子枪相互配合的激光源；
5、所述纳米粉体形核监测系统包括嵌入式传感器、智能采集与监测模块以及熔池动力学模块，所述嵌入式传感器用于监测所述真空罐内部的环境压力、运动流场和温度，所述智能采集与监测模块用于采集与监测纳米粉体的生成位置与生长路径，所述熔池动力学模块用于监测所述靶材表面在非平衡状态下熔融、冷却、相变及应力的变化；
6、所述纳米粉体动力监测系统包括瞬态流场捕捉模块、离散元模拟模块以及非弹性碰撞模拟模块，所述瞬态流场捕捉模块用于监测所述真空罐腔体内气流的分布变化规律，所述离散元模拟模块与所述非弹性碰撞模拟模块用于监测纳米粉体的动力学特征，构成负压状态下所述真空罐腔体内纳米粉体的流动分析模型；
7、所述pc终端用于将接收的数据进行处理并与设定的纳米粉体生产参数进行对比，然后对所述热源与所述负压循环装置作出调控反馈，保证所述等离子枪、所述激光源参数以及真空室内压力的循环协同机制，实现对纳米粉体尺寸与成分分布的有效调控。
8、进一步的，所述嵌入式传感器由不同的传感器组合构成，从而具备环境压力、运动流场和温度不同数据的采集。
9、进一步的，所述熔池动力学模块包括非平衡热力学模块以及形核生长参数构成，从而监测热源参数变化对纳米粉体形核生长速率、晶粒尺寸以及元素扩散等方面的数据。
10、进一步的，所述瞬态流场捕捉模块可以捕捉纳米粉体不同压力、边界流速下流场中的边界层脱离与转捩数据。
11、进一步的，所述离散元模拟模块与所述非弹性碰撞模拟模块可以监测所述等离子枪耦合所述靶材形成的纳米蒸汽，蒸汽中的原子在负压气流作用下碰撞凝聚形成多尺度纳米粉体结构的过程。
12、有益效果：本发明设计合理，结构简单稳定，实用性强，并具有以下优点：
13、1、真空罐通过真空泵营造真空的工作环境，可以避免工作过程氧气进入导致纳米粉体氧化；
14、2、纳米粉体形核监测系统可以建立能够反映材料在非平衡状态下熔融、冷却、相变及应力响应的理论监测模型，从而方便探究形核生长速率、晶粒尺寸以及元素扩散等方面的调控策略；
15、3、纳米粉体动力监测系统可以研究不同压力、边界流速下流场中的边界层脱离与转捩等现象，全面描述不同工艺参数下腔室中气流的分布变化规律，基于所建立的纳米粉体形核监测系统，估算不同种类的惰性环境气体下纳米粉体的估算成核区位置，获得成核区关键截面速度矢量特性；
16、4、纳米粉体形核监测系统与纳米粉体动力监测系统的结合，可以揭示热源参数（如功率密度、脉冲宽度和扫描速度）与负压环境的内在联系及其对温度场动态演变过程的影响机制，实现纳米粉体负压下的形核生长调控。
1.负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，其特征在于：包括工作端以及作用于所述工作端内部的热源与负压循环装置，所述工作端上分别设置有纳米粉体形核监测系统与纳米粉体动力监测系统，所述纳米粉体形核监测系统与所述纳米粉体动力监测系统数据传输至pc终端，所述pc终端将接收的数据处理后给予所述热源与所述负压循环装置调控反馈；
2.根据权利要求1所述的负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，其特征在于：所述嵌入式传感器由不同的传感器组合构成，从而具备环境压力、运动流场和温度不同数据的采集。
3.根据权利要求2所述的负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，其特征在于：所述熔池动力学模块包括非平衡热力学模块以及形核生长参数构成，从而监测热源参数变化对纳米粉体形核生长速率、晶粒尺寸以及元素扩散等方面的数据。
4.根据权利要求3所述的负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，其特征在于：所述瞬态流场捕捉模块可以捕捉纳米粉体不同压力、边界流速下流场中的边界层脱离与转捩数据。
5.根据权利要求4所述的负压效应下纳米粉体形核生长调控系统，其特征在于：所述离散元模拟模块与所述非弹性碰撞模拟模块可以监测所述等离子枪耦合所述靶材形成的纳米蒸汽，蒸汽中的原子在负压气流作用下碰撞凝聚形成多尺度纳米粉体结构的过程。
