纳米粒子的流体捕集制造技术

本发明专利技术描述了一种用于制备纳米粒子的系统。所述系统可包括用于产生在气体中包含纳米粒子的纳米粒子气溶胶的反应器。所述系统还包括扩散泵，所述扩散泵具有配备入口和出口的腔室。所述腔室的入口与所述反应器的出口流体连通。所述扩散泵还包括与所述腔室流体连通用于支撑扩散泵流体的储集器和用于使所述储集器中的所述扩散泵流体汽化成蒸汽的加热器。此外，所述扩散泵具有与所述储集器流体连通的喷射组件，所述喷射组件具有喷嘴用于将所述汽化的扩散泵流体排放至所述腔室中。所述系统可还包括与所述腔室的所述出口流体连通的真空泵。还提供了制备纳米粒子的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米粒子的流体捕集
本专利技术总体涉及纳米粒子，更具体而言，涉及纳米粒子的捕集。
技术介绍
本节中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能并不构成现有技术。 纳米技术的出现在许多
中引起典范转移（paradigm shift)，因为在纳 米级尺寸下许多材料的性质发生改变。例如，一些结构的尺寸减少至纳米级可增加表面积 与体积的比率，由此导致材料的电性质、磁性质、反应性质、化学性质、结构性质和热性质改 变。纳米材料已见于商业应用中并且将可能在接下来的几十年内存在于多种技术中，包括 电脑、光伏产品、光电子产品、医学/药物、结构材料、军事应用及许多其他技术。
技术实现思路
本文描述的是从纳米粒子和气体的气溶胶液体捕集纳米粒子的系统和方法。某些 制备方法包括使用反应器（如低压高频脉冲等离子体反应器）以及通过扩散泵直接流体捕 集该反应器中所形成的纳米粒子。 根据本公开的一个形式，提供了一种系统。该系统可包括用于产生在气体中包含 纳米粒子的纳米粒子气溶胶的反应器。该反应器具有前体气体入口和出口。该系统还包括 具有配备入口和出口的腔室的扩散泵。该腔室的入口与该反应器的出口流体连通。该扩散 泵还包括与该腔室流体连通用于支撑扩散泵流体的储集器和用于使该储集器中的扩散泵 流体汽化成蒸汽的加热器。此外，该扩散泵具有与该储集器流体连通且具有喷嘴以便将汽 化的扩散泵流体排放至腔室中的喷射组件。该系统还包括与扩散泵的腔室的出口流体连通 的真空泵。 根据本专利技术的另一形式，提供了一种制备纳米粒子的方法。该方法包括在反应器 中形成纳米粒子气溶胶。纳米粒子气溶胶包含气体中的纳米粒子，并且该方法还包括将纳 米粒子气溶胶从反应器引入扩散泵中。该方法还包括：加热储集器中的扩散泵流体以形成 蒸汽、经由喷射组件传送蒸汽、经由喷嘴发射蒸汽至扩散泵的腔室中、使蒸汽冷凝而形成冷 凝物以及使冷凝物流回至储集器。此外，该方法包括将气溶胶的纳米粒子捕集于冷凝物中 以及将所捕集的纳米粒子收集于储集器中。 根据本文所提供的说明，其他适用领域将变得显而易见。应当理解，本说明和具体 例子旨在仅用于示例目的，而非旨在限制本公开的范围。 【附图说明】 本文所述附图仅用于示例目的，而非旨在以任何方式限制本公开的范围。 图1为根据本专利技术的形式具有可用于制备纳米粒子的低压脉冲等离子体反应器 以及收集纳米粒子的扩散泵的示例系统的示意图； 图2为根据本专利技术的形式可用于收集纳米粒子的示例扩散泵的示意图； 图3为具有用于产生纳米粒子的等离子体反应器以及用于收集纳米粒子的扩散 泵的系统的照片； 图4a为扩散泵中无纳米粒子的有机硅油的照片； 图4b为在纳米粒子沉积于有机硅油中后扩散泵中的有机硅油的照片； 图5a为来自扩散泵的有机硅油中所捕集的硅纳米粒子的明视场透射电子显微镜 (TCM)图像； 图5b为来自扩散泵的有机硅油中所捕集的硅纳米粒子的电子衍射图，其中标记 了娃的晶面； 图6a为来自扩散泵的有机硅油中所捕集的硅纳米粒子的另一明视场TEM图像； 图6b为来自扩散泵的有机硅油中所捕集的硅纳米粒子的另一电子衍射图案，其 中标记了娃的晶面；以及 图7为关于三次扩散泵运行的由TEM所测量的粒径（nm)的图线。 【具体实施方式】 以下说明实质上仅为示例性的，并且决不旨在限制本公开或其应用或用途。应当 理解，在整个说明中，相应的参考编号指示相同或相应的部件或特征物。 本公开描述了具有用于产生纳米粒子气溶胶（如气体中的纳米粒子）的反应器和 与该反应器流体连通用于收集气溶胶的纳米粒子的扩散泵的系统。本文还描述了制备纳米 粒子的方法以及根据这些方法所制备的纳米粒子。 【专利技术者】已发现具有各种粒度分布和性质的纳米粒子可通过这样来制备：将反应器 (如低压等离子体反应器）中所产生的纳米粒子气溶胶引入与该反应器流体连通的扩散泵 中，将气溶胶的纳米粒子捕集于扩散泵油、液体或流体（如有机硅流体）的冷凝物中，并将 所捕集的纳米粒子收集于储集器中。该方法成本效益好且可扩展成高通量制造方法。 本文描述了产生纳米粒子气溶胶的反应器和方法的例子以及收集纳米粒子的扩 散泵和方法。虽然反应器的具体例子可能在本文中进行了描述，但其他反应器也可用以生 成纳米粒子气溶胶。例如，扩散泵可用于收集由几乎任何类型的能够产生纳米粒子气溶胶 的反应器产生的气溶胶的纳米粒子。 示例的反应器描述于W0 2010/027959和W0 2011/109229中，将它们各自以引用 的方式全文并入本文。这些反应器可为（但不限于）低压高频脉冲等离子体反应器，并且 可产生的纳米粒子包括（但不限于）包含硅或基本上由硅组成的纳米粒子。具体地讲，尽 管下面的例子可就硅纳米粒子进行描述，但可使用所述系统和方法产生和捕集包含其他材 料和合金的纳米粒子。 根据本专利技术的一个方面，系统包括用于产生在气体中包含纳米粒子的纳米粒子气 溶胶的反应器。该反应器可包括前体气体入口和出口。该系统可还包括扩散泵，该扩散泵 包括具有入口和出口的腔室。该腔室的入口与该反应器的出口流体连通。该扩散泵可还包 括与腔室流体连通用于支撑扩散泵流体的储集器、用于使储集器中的扩散泵流体气化成蒸 汽的加热器、以及与储集器流体连通且包括用于将汽化的扩散泵流体排放至腔室中的喷嘴 的喷射组件。该系统可还包括与该腔室的出口流体连通的真空泵。 图1为包括用于产生在气体中包含纳米粒子的纳米粒子气溶胶的反应器5的示例 系统100的示意图。反应器5可为脉冲等离子体反应器。例如，反应器5可包括具有前体 气体入口 21和出口 22的等离子体产生腔11。反应器5可具有至少一个用于控制将前体 气体引入进反应器5中的流量的流量控制器。该出口可在其中具有孔隙或孔口 23。等离 子体产生腔11可包括附接至变频射频放大器10的电极构造13。等离子体产生腔11还可 包括第二电极构造14。第二电极构造14可接地、直流偏压或相对于电极13以推挽方式运 行。电极13、14用于将特高频（VHF)功率耦合至前体气体以在定为12的区域内引燃和维 持等离子体的辉光放电。前体气体可随后在等离子体中解离以提供带电原子，这些原子成 核以形成纳米粒子。例如，至少一种前体气体可包含具有IV族元素（例如硅及/或锗）的 气体。周期表的这些族名称一般来自CAS或旧IUPAC命名法，但IV族元素在现代IUPAC系 统下称为14族元素，这在本领域中是易于理解的。 为控制所形成的纳米粒子的直径，等离子体产生腔11的出口 22中的孔隙23与扩 散泵17之间的距离可介于约5至约50孔隙直径的范围内。太接近于等离子体产生腔11 的出口布置扩散泵17可导致等离子体与扩散泵17的流体之间不合需要的相互作用。相反 地，离孔隙23太远布置扩散泵17可降低粒子收集效率。由于根据本文所述的运行条件，收 集距离随出口 22的孔隙直径以及等离子体产生腔11与扩散泵17之间的压降而变，收集距 离可为约lcm至约20cm或约5cm至约10cm。换句话讲，收集距离可为约5至约50孔隙直 径。 系统5还可包括电源或电源供应器。功率可经由由任意函数发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，所述系统包括：用于产生在气体中包含纳米粒子的纳米粒子气溶胶的反应器，其中所述反应器包括前体气体入口和出口；扩散泵，所述扩散泵包括：具有入口和出口的腔室，其中所述腔室的所述入口与所述反应器的所述出口流体连通；与所述腔室流体连通的储集器，所述储集器用于支撑扩散泵流体；加热器，所述加热器用于使所述储集器中的所述扩散泵流体汽化成蒸汽；和与所述储集器流体连通的喷射组件，所述喷射组件包括用于将所述汽化的扩散泵流体排放至所述腔室中的喷嘴；以及与所述腔室的所述出口流体连通的真空泵。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.05 US 61/655,6351. 一种系统，所述系统包括： 用于产生在气体中包含纳米粒子的纳米粒子气溶胶的反应器，其中所述反应器包括前 体气体入口和出口； 扩散泵，所述扩散泵包括： 具有入口和出口的腔室，其中所述腔室的所述入口与所述反应器的所述出口流体连 通； 与所述腔室流体连通的储集器，所述储集器用于支撑扩散泵流体； 加热器，所述加热器用于使所述储集器中的所述扩散泵流体汽化成蒸汽；和 与所述储集器流体连通的喷射组件，所述喷射组件包括用于将所述汽化的扩散泵流体 排放至所述腔室中的喷嘴；以及 与所述腔室的所述出口流体连通的真空泵。2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器还包括至少一个流量控制器，所述流 量控制器用于控制至少一种前体气体引入进所述反应器中的流量。3. 根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一种前体气体包含含有IV族元素的气 体。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其还包括用于给所述反应器供能的电源。5. 根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其中所述反应器为脉冲等离子体反应器。6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述喷嘴对着所述腔室的冷却壁排放 所述汽化的扩散泵流体。7. -种制备纳米粒子的方法，所述方法包括： 在反应器中形成纳米粒子气溶胶，其中所述纳米粒子气溶胶在气体中包含纳米粒子； 将所述纳米粒子气溶胶从所述反应器引入进扩散泵中； 加热储集器中的扩散泵流体以形成蒸汽并经由喷射组件传送所述蒸汽； 经由喷嘴发射所述蒸汽至所述扩散泵的腔室中并使所述蒸汽冷凝而形成冷凝物； 使所述冷凝物流回至所述储集器； 将所述气溶胶的所述纳米粒子捕集于所述冷凝物中：以及 将所述捕集的纳米粒子收集于所述储集...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·安德森，J·A·凯西，瓦斯根·阿拉姆·莎玛米安，
申请(专利权)人：道康宁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US