本发明专利技术提出一种中性团簇束流喷嘴集群实现宽幅纳米颗粒束流的方法，所述束流喷嘴集群由束流集群板即集成束流枪实现，束流集群板分为两层，第一层为多个集成束流枪的喷嘴，第二层为分离器，分离器与喷嘴一一对应，分离器与喷嘴的轴线在一条直线上，两层的间距为0.5cm到5cm之间。本发明专利技术构成可用于较大面积和较大通量纳米加工的纳米颗粒束流，实现较大面积的纳米喷涂。借此实现的高颗粒通量的宽幅纳米束流将有助于提高利用团簇束流进行纳米表面加工时单位时间产额，有助于降低能耗和提高效率，从而有效地降低纳米加工的单位成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米制造领域，具体的说，是涉及一种利用颗粒束流进行大范围纳米加工的工艺，可以实现期待大小和形状的纳米加工，用于纳米镀层甚至纳米纺织领域。
技术介绍
纳米结构材料因小尺寸的精细调控、崭新的物理和化学性质成为当前先进材料领域的研究热点，也是近年来材料工程中关注的热点之一。纳米制造是指通过机械学、物理学、化学、生物学、材料科学等方法实现纳米尺寸结构的可控加工和相关材料和器件的可控制备，并关心纳米尺度与纳米精度下加工、成形、改性和跨尺度制造等等。所以，纳米制造工艺是当前纳米科技发展的关键。本专利技术将介绍一种产生大面积中性纳米颗粒束流的方法，这一方法主要发源于上个世纪七八十年代在原子分子研究中发展的团簇束流源。所谓原子团簇，就是包含几个到很多个原子的稳定聚集体1-2，团簇束流源就是产生原子团簇并形成飞行团簇束流的装置。早期的原子团簇研究局限在几个或者几十个原子3-5，这曾经导致了80年代末C60的发现，著名的诺贝尔化学奖得主Smalley就是在团簇束流源上开展工作的。在传统的团簇束流源中，先利用固体或者液体材料产生原子蒸气并将该蒸气通过极小的喷孔进入高真空端，利用多级喷孔对中产生准直的原子团簇束流。其主要特征为气相生长、差分抽气和中性束流的多级对中。最初的团簇束流主要用于原子分子物理学的研究，用于产生Na13、Au20等含数十个原子的原子团簇3-5。沿着这一思路，团簇束流发生方法的主要改进在于产生蒸汽的方法（加热、激光烧蚀）6-9、喷嘴设计（尺寸和压差）、原子数级别的束流成分选择（脉冲选择、磁偏转）10-11、束流离化和高能加速8,12-15以及相关的量子调控手段（囚禁、激光操控）16。2008年报道的最新成果已经证实了M/ΔM高达20的束流成分选择。原子团簇束流源也可以用来产生纳米颗粒束流。纳米颗粒的尺寸一般在2-50nm，包含原子数在数千甚至数百万个，所以纳米颗粒也就是更大尺寸的原子团簇，对传统的原子团簇束流源进行结构改造和参数调整就可以用来产生包含更多原子数的纳米颗粒，团簇束流源也就成为了纳米颗粒束流源（也即纳米团簇束流源）。随着纳米科技的关注和纵深发展，自从1995年附近，在德国Haberland课题组等先锋的推动下，团簇束流源也就发展成为一种纳米结构的制备方法。德国H.Haberland课题组、英国的C.Binns课题组、R.Palmer课题组、意大利的P.Milani课题组等都有团簇束流源用于纳米颗粒束流的相关发展。其中，在应用研究的探索方面，德国课题组主要关注超平整的镜面光学薄膜制备，Binns课题关注高密度磁性存储材料的制备、Palmer课题组关注石油催化和生物芯片方面的应用，意大利课题组的应用出口则选择在超级电容器等方面。我国的南京大学课题组也在纳米梯度材料制备、传感器等方面进行了探索，并申请国家专利技术专利若干(200610037968.7;200710021318.8;200710023415.0;200810098905.1;201010514268.9;201010286912.1)。如今，团簇束流源开始寻求在纳米粉体制备、多种纳米结构的表面组装、高质量的镜面薄膜、表面蚀刻和清洗、表面镀层和改性、磁性纳米薄膜以及高能团簇束流注入等多方面的应用。一个典型的纳米团簇束流产生室包括如图1所示的三个部分，一个材料源（图中的溅射靶（1）），一个毫米大小的小孔（图中（2）喷孔），以及一个分离器（图1（3））。其中小孔的直径一般在0.1到2mm之间，小孔具有一定的锥型张角，大约为30度左右。小孔的左端（也即气流上游）有一定的高气压，由惰性气体（由气管注入）和材料的原子蒸气（可由溅射产生）贡献，小孔的右端（也即气流下游）为较好的真空，一般由大抽气速率的分子泵（扩散泵）保证，所以这一差分抽气的小孔是纳米团簇束流品质的关键。另外一方面来看，如图2所示，当纳米团簇束流从喷孔中出来时束流包含多种组分：既有质量较大的纳米团簇颗粒，也有质量很轻的小团簇和单原子，经过一段路径的漂移较重的颗粒将保持沿中轴飞行，较轻的颗粒将发散在束流的边缘，此时引入分离器（图1（3）或图2（4））就可以选取所需纳米颗粒构成纳米颗粒束流用于纳米加工。可以看出：这一喷孔必须很小以保证差分抽气的稳定，而飞行距离必须相对短，以保证尽可能多的纳米颗粒通过。考虑到此后的束流张角很小，单一喷孔产生的纳米颗粒束流面积不可能很大。目前，为了加工较大面积的样品，人们就必须在束流后端引入扫描器，使得需纳米加工的样品做位置扫描，实现较大面积的纳米喷涂。近二十年来，人们持续改进单个束流枪的设计及空气动力学，力图实现更大的束流，实现更高的纳米加工效率。在目前的情况下，进一步提高单个团簇束流枪的纳米颗粒流量的努力已收效渐微。所以，本设计提出研发多个团簇束流枪的集群，将单个团簇束流源小型化为束流枪，配合在几何分布上的设计，在同一个团簇源上组合在一起将束流交叠形成大面积的纳米颗粒束流。目前常见的团簇束流枪直径在10公分左右，纳米束流直径在分离器以后一般是1公分。参考文献：1王广厚.团簇物理学.物理,13(1995).2Baletto,F.&Ferrando,R.Structural properties of nanoclusters:Energetic,thermodynamic,and kinetic effects.Rev.Mod.Phys.77,371-423(2005).3Li,J.,Li,X.,Zhai,H.J.&Wang,L.S.Au-20:A tetrahedral cluster.Science299,864-867(2003).4Smalley,R.E.C60Ups.Abstracts of Papers of the American Chemical Society198,21-Phys(1989).5Liu,Y.et al.Negative Carbon Cluster Ion-Beams-New Evidence for the Special Nature of C60.Chemical Physics Letters126,215-217(1986).6Ishii,K.,Amano,K.&Hamakake,H.Hollow cathode sputtering cluster source for low energy deposition:Deposition of Fe small clusters.Journal of Vacuum Sci本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中性团簇束流喷嘴集群实现宽幅纳米颗粒束流的方法，其特征是所述束流喷嘴集群由束流集群板即集成束流枪实现，束流集群板分为两层，第一层为多个集成束流枪的喷嘴，第二层为分离器，分离器与喷嘴一一对应，分离器与喷嘴的轴线在一条直线上，两层的间距为0.5cm到5cm之间。
【技术特征摘要】
1.一种中性团簇束流喷嘴集群实现宽幅纳米颗粒束流的方法，其特征是所述束流喷嘴集群由束流集群板即集成束流枪实现，束流集群板分为两层，第一层为多个集成束流枪的喷嘴，第二层为分离器，分离器与喷嘴一一对应，分离器与喷嘴的轴线在一条直线上，两层的间距为0.5cm到5cm之间。
2.根据权利要求1所述的中性团簇束流喷嘴集群实现宽幅纳米颗粒束流的方法，其特征是团簇束流枪采用正三角形阵列的均匀密集分布。
3.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋凤麒，葛建雷，韩民，王广厚，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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