具有纳米粒子气溶胶发生器的纳米线生长系统技术方案

本文揭示一种纳米粒子气溶胶发生器。所述纳米粒子气溶胶发生器包括具有壁的蒸发室、含有源材料的容器和经配置以加热所述源材料的加热装置。所述纳米粒子气溶胶发生器还包括载体气体源，其经配置以将载体气体吹向所述源材料以生成纳米粒子气溶胶，所述源材料的纳米粒子悬浮于所述纳米粒子气溶胶中。所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包括稀释气体源，其经配置以向所述室中供应稀释气体以大体上沿着所述室内的所述壁流动并稀释所述纳米粒子气溶胶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有纳米粒子气溶胶发生器的纳米线生长系统相关专利申请案的交叉参考本申请案主张于2015年11月10日提出申请的美国临时申请案第14/537,247号的权益，其全文引用方式并入本文中。
本专利技术涉及纳米线生长系统以及尤其具有纳米粒子气溶胶发生器的纳米线生长系统。
技术介绍
到现在为止，小的细长物体(通常称作纳米线、纳米棒、纳米晶须等，且通常包括半导体材料)已使用以下途径之一来合成：-例如通过胶体化学的液相合成，如阿利维沙多(Alivisatos)等人的美国专利申请公开案第2005/0054004号中所例示，-在具有或没有催化粒子的情况下从衬底外延生长，如由萨缪尔森(Samuelson)等人分别于WO2004/004927和WO2007/10781中提供的著作所例示，或-通过激光辅助的催化生长工艺的气相合成，如利伯(Lieber)等人的WO2004/038767A2中所例示。在下表中比较使用所述途径获得的线的性质。材料质量宽度/长度和大小控制结构复杂性可扩缩性/制造成本液相高薄/短中等控制低高/高基于衬底的高全部/全部高度控制高低/高激光辅助的中等薄/长中等控制低中等/中等因此，合成途径的选择是不同线性质与制造成本之间的折衷。例如，基于衬底的合成提供有利的线性质。然而，由于线是间歇形成，所有工艺的可扩缩性以及因此制造成本和生产量受限。
技术实现思路
实施例涉及纳米粒子气溶胶发生器。所述纳米粒子气溶胶发生器包括具有壁的蒸发室、含有源材料的容器和经配置以加热所述源材料的加热装置。所述纳米粒子气溶胶发生器还包括载体气体源，其经配置以将载体气体吹向所述源材料以生成纳米粒子气溶胶，所述源材料的纳米粒子悬浮于所述纳米粒子气溶胶中。所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包括稀释气体源，其经配置以向所述室中供应稀释气体以大体上沿着所述室内的所述壁流动并稀释所述纳米粒子气溶胶。另一实施例涉及纳米线生长系统。所述纳米线生长系统包括包含第一壁的反应室、经配置以将第一流递送到反应室中的第一入口和经配置以将第二流递送到反应室中的第二入口。第一入口与第二输入同心定位，并且第一和第二输入经配置，使得从第二输入递送的第二流在从第一输入递送的第一流与反应室的第一壁之间提供护套。纳米线生长系统进一步包括纳米粒子气溶胶发生器。纳米粒子气溶胶发生器包括具有第二壁的蒸发室(所述蒸发室布置在第一入口和第二入口中的至少一者的上游)、含有源材料的容器和经配置以加热源材料的加热装置。纳米粒子气溶胶发生器包括载体气体源，其经配置以向源材料吹载体气体以生成源材料的纳米粒子悬浮于其中的纳米粒子气溶胶；和稀释气体源，其经配置以向蒸发室中供应稀释气体以大体上沿蒸发室内的第二壁流动并稀释纳米粒子气溶胶。另一实施例涉及制作纳米线的方法。所述方法包括使用吹向布置在蒸发室内的源材料的载体气体生成纳米粒子气溶胶，所述纳米粒子气溶胶包括源材料的纳米粒子。所述方法包括使用稀释气体稀释纳米粒子气溶胶，所述稀释气体大体上沿蒸发室的第一壁的内表面流动。所述方法包括向第一反应室提供第一气流，其中第一气流包括纳米粒子和用于制作纳米线的第一前体。所述方法包括向第一反应室提供第二气流，其中第二气流形成分开第一气流与第一反应室的第二壁的护套。所述方法包括使纳米线在第一反应室中在气相中生长。另一实施例涉及纳米线生长系统。纳米线生长系统包括使用吹向布置在蒸发室内的源材料的载体气体来生成纳米粒子气溶胶的构件，所述纳米粒子气溶胶包括源材料的纳米粒子。纳米线生长系统包括使用稀释气体稀释纳米粒子气溶胶的构件，所述稀释气体大体上沿蒸发室的第一壁的内表面流动。纳米线生长系统包括用于向反应室提供第一气流的构件，其中所述第一气流包括纳米粒子和用于制作纳米线的第一前体。纳米线生长系统包括用于向反应室提供第二气流的构件，其中所述第二气流形成分开第一气流与反应室的第二壁的护套。纳米线生长系统包括用于在反应室中在气相中使纳米线生长的构件。另一实施例涉及生成纳米粒子气溶胶的方法。所述方法包括加热源材料、向源材料吹载体气体以生成在具有壁的室内流动的纳米粒子气溶胶、以及向室中供应稀释气体以稀释纳米粒子气溶胶，所述稀释气体大体上沿壁的内表面流动。附图说明图1是实例性纳米线生长系统的示意图。图2是另一实例性纳米线生长系统的示意图。图3A是在具有低核流的实施例中操作的图1的纳米线生长系统的示意图。图3B是在具有高核流的实施例中操作的图1的纳米线生长系统的示意图。图3C是具有堆叠的纳米线生长反应器的实例性纳米线生长系统的示意图。图4A是实例性纳米线生长系统的示意图。图4B是图4A的纳米线生长系统的实例性热传递组件的俯视图。图5是图4A的纳米线生长系统的实例性抽提器部分的示意图。图6是实例性纳米线生长系统的示意图。图7A是另一实例性纳米线生长系统的示意图。图7B是图7A的实施例的变化形式的示意图。图8是可用于纳米线生长系统中的实例性纳米粒子气溶胶发生器的示意图。图9是可用于纳米线生长系统中的另一实例性纳米粒子气溶胶发生器的示意图。图10是可用于纳米线生长系统中的另一实例性纳米粒子气溶胶发生器的示意图。图11是包含pn结的实例性轴向生长纳米线的示意图。图12是包含pn结的实例性径向/核-壳生长纳米线的示意图。图13是将纳米线沉积于衬底上的实例性方法的示意图。图14使纳米线在衬底上定向的实例性方法的示意图。图15是显示制作纳米线的实例性方法的流程图。图16是显示生成纳米粒子气溶胶的实例性方法的流程图。具体实施方式为了使具有控制尺寸(例如，大小，例如长度)的纳米线生长，常规系统使纳米线在单晶衬底上成核并生长。纳米线是直径或宽度小于1微米、例如2-500nm或10-200nm的纳米级结构。长度还可大于1微米。本专利技术者已研发用于使具有控制尺寸的纳米线在无需使用单晶衬底的气相/气溶胶相中生长的系统和方法。用于使纳米线在气相/气溶胶相中生长的系统和方法阐述于PCT申请公开案WO11/142,717和WO2013/176619中，所述申请案的内容的全文以引用方式明确并入本文中。可在炉中生成用于纳米线的晶种生长的气溶胶纳米粒子并使其流入反应器中用于生长纳米线。纳米粒子的大小选择可在布置在炉(例如，气溶胶发生器)下游的差示迁移率分析仪(DMA)中执行。然而，难以产生高浓度(例如，高密度)的大小经选择的粒子。通常，在使用常规系统时，在大小选择过程中损失大部分(通常95％)初级气溶胶纳米粒子。由于DMA中一级纳米粒子的大量损失，在大小选择难以产生高粒子密度。例如，常规系统可生成典型大小为20nm-100nm的纳米粒子，浓度远小于106个粒子/cm3。然而，在一些应用中，可所需生成具有较大大小、较窄粒径分布和较高密度的纳米粒子。例如，可所需生成具有大于100nm(例如，100nm-200nm)的大小、具有较窄粒径分布(例如，标准偏差<平均值的10％，例如≤平均值的5％或介于平均值的3％-5％之间)和高密度(例如，>106个粒子/cm3)的纳米粒子。使用差示迁移率分析仪产生窄粒径分布气溶胶的常规系统和方法经常导致初级气溶胶纳米粒子的利用率较差和低气溶胶纳米粒子密度(例如，低于107个粒子/cm3或108个粒子/cm3)。因此，所需研发用于在DMA大小选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米粒子气溶胶发生器，其包含：具有壁的室；含有源材料的容器；加热装置，其经配置以加热所述源材料；载体气体源，其经配置以将载体气体吹向所述源材料以生成纳米粒子气溶胶，所述源材料的纳米粒子悬浮于所述纳米粒子气溶胶中；和稀释气体源，其经配置以将稀释气体供应到所述室中以大体上沿着所述室内的所述壁流动并稀释所述纳米粒子气溶胶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.10 US 14/537,2471.一种纳米粒子气溶胶发生器，其包含：具有壁的室；含有源材料的容器；加热装置，其经配置以加热所述源材料；载体气体源，其经配置以将载体气体吹向所述源材料以生成纳米粒子气溶胶，所述源材料的纳米粒子悬浮于所述纳米粒子气溶胶中；和稀释气体源，其经配置以将稀释气体供应到所述室中以大体上沿着所述室内的所述壁流动并稀释所述纳米粒子气溶胶。2.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：冷却装置，其布置在所述壁的外面并且经配置以降低所述室中冷却区内的温度。3.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：差示迁移率分析仪，其邻近所述室的出口布置并且经配置以进行所述纳米粒子的大小选择。4.根据权利要求3所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：粒子计数装置，其布置在所述差示迁移率分析仪的下游并且经配置以测量所述纳米粒子的密度。5.根据权利要求4所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：控制器，其经配置以基于从所述差示迁移率分析仪和所述粒子计数装置中的至少一者接收的信息控制所述加热装置、所述载体气体源和所述稀释气体源中的至少一者。6.根据权利要求5所述的纳米粒子气溶胶发生器，其中所述控制器进一步经配置以控制冷却装置以降低所述室中冷却区的温度。7.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：热电偶，其经配置以测量所述室内的温度梯度。8.根据权利要求7所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：控制器，其经配置以基于所述测量的温度梯度和所述纳米粒子的密度中的至少一者控制所述加热装置。9.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：控制器，其经配置以通过控制所述室内的温度、所述载体气体源和所述稀释气体源中的至少一者来控制所述纳米粒子气溶胶的密度。10.根据权利要求9所述的纳米粒子气溶胶发生器，其中所述温度包括温度梯度。11.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含：控制器，其经配置以通过控制所述稀释气体源来控制所述纳米粒子的凝聚。12.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含位于所述壁外面的稀释气体入口导管。13.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含位于所述壁与所述容器之间的空间中的稀释气体入口导管。14.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其进一步包含至少部分位于所述容器内的稀释气体入口导管。15.根据权利要求1所述的纳米粒子气溶胶发生器，其中所述稀释气体经配置以在所述壁的内表面与所述纳米粒子气溶胶之间形成屏蔽。16.一种纳米线生长系统，其包含：反应室，其包括第一壁；第一入口，其经配置以将第一流递送到所述反应室中；和第二入口，其经配置以将第二流递送到所述反应室中，其中所述第一入口与所述第二输入同心定位，并且第一和第二输入经配置使得从所述第二输入递送的所述第二流在从所述第一输入递送的所述第一流与所述反应室的所述第一壁之间提供护套，其中所述纳米线生长系统进一步包含纳米粒子气溶胶发生器，其包括：具有第二壁的蒸发室，所述蒸发室布置在所述第一入口和所述第二入口中的至少一者的上游；含有源材料的容器；加热装置，其经配置以加热所述源材料；载体气体源，其经配置以将载体气体吹向所述源材料以生成纳米粒子气溶胶，所述源材料的纳米粒子悬浮于所述纳米粒子气溶胶中；和稀释气体源，其经配置以向所述蒸发室中供应稀释气体以大体上沿着所述蒸发室内的所述第二壁流动并稀释所述纳米粒子气溶胶。17.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述第二入口进一步包含多孔筛板。18.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其进一步包含位于所述反应室的与所述第一和第二入口相对的壁的第一出口和第二出口并且其中所述第一出口与所述第二出口同心定位。19.根据权利要求18所述的纳米线生长系统，其中所述第二出口进一步包含至少一个多孔筛板。20.根据权利要求19所述的纳米线生长系统，其中所述第二出口包含多个多孔筛板。21.根据权利要求18所述的纳米线生长系统，其进一步包含一或多个经配置以加热所述第一入口和所述第二入口的加热器。22.根据权利要求18所述的纳米线生长系统，其进一步包含位于所述第一和第二入口或所述第一和第二出口中的至少一者中的热电偶。23.根据权利要求22所述的纳米线生长系统，其进一步包含经配置以监测所述热电偶并调整所述一或多个加热器的控制器。24.根据权利要求18所述的纳米线生长系统，其进一步包含可操作地连接到所述第二出口的冷却元件。25.根据权利要求18所述的纳米线生长系统，其进一步包含至少一个调整机构，所述调整机构经配置以移动所述第一和第二入口、所述第一和第二出口、或所述第一和第二入口与所述第一和第二出口二者，使得所述第一和第二入口与所述第一和第二出口之间的距离可增加或减少。26.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其进一步包含一或多个经配置以加热所述反应室的加热器。27.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述反应室是圆筒，所述第一入口经配置以在所述圆筒的中间部分中提供前体气体，并且所述第二入口经配置以围绕所述圆筒的周围提供护套气体。28.根据权利要求27所述的纳米线生长系统，其进一步包含第三入口，所述第三入口经配置以在所述前体气体与所述护套气体之间提供包含催化剂纳米粒子的气溶胶。29.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述第一和第二入口以及第一和第二出口包含连接到所述相应入口和出口的相应入口和出口导管。30.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：冷却装置，其布置在所述第二壁外面且经配置以降低所述蒸发室中冷却区内的温度。31.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：差示迁移率分析仪，其邻近所述蒸发室的出口布置并且经配置以进行所述纳米粒子的大小选择。32.根据权利要求31所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：粒子计数装置，其布置在所述差示迁移率分析仪的下游并且经配置以测量所述纳米粒子的密度。33.根据权利要求32所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：控制器，其经配置以通过控制所述稀释气体源来控制所述纳米粒子的凝聚。34.根据权利要求33所述的纳米线生长系统，其中所述控制器进一步经配置以控制冷却装置以降低所述蒸发室中冷却区的温度。35.根据权利要求32所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：控制器，其经配置以基于从所述差示迁移率分析仪和所述粒子计数装置中的至少一者接收的信息控制所述加热装置、所述载体气体源和所述稀释气体源中的至少一者。36.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：热电偶，其经配置以测量所述蒸发室内的温度梯度。37.根据权利要求36所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：控制器，其经配置以基于所述测量的温度梯度和所述纳米粒子的密度中的至少一者控制所述加热装置。38.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含：控制器，其经配置以通过控制所述蒸发室内的温度、所述载体气体源和所述稀释气体源中的至少一者来控制所述纳米粒子气溶胶的密度。39.根据权利要求38所述的纳米线生长系统，其中所述温度包括温度梯度。40.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含位于所述第二壁外面的稀释气体入口导管。41.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含位于所述第二壁与所述容器之间的空间中的稀释气体入口导管。42.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述纳米粒子气溶胶发生器进一步包含至少部分位于所述容器内的稀释气体入口导管。43.根据权利要求16所述的纳米线生长系统，其中所述稀释气体经配置以在所述第二壁的内表面与所述纳米粒子气溶胶之间形成屏蔽。44.一种制作纳米线的方法，所述方法包含：使用吹向布置在蒸发室内的源材料的载体气体生成纳米粒子气溶胶，所述纳米粒子气溶胶包括所述源材料的纳米粒子；使用稀释气体稀释所述纳米粒子气溶胶，所述稀释气体大体上沿着所述蒸发室的第一壁的内表面流动；向第一反应室提供第一气流，其中所述第一气流包含用于制作所述纳米线的第一前体和所述纳米粒子；向所述第一反应室提供第二气流，其中所述第二气流形成将所述第一气流与所述第一反应室的第二壁分开的护套；和使所述纳米线在所述第一反应室中在气相中生长。45.根据权利要求44所述的方法，其中所述纳米粒子是用于使所述纳米线生长的催化剂粒子。46.根据权利要求45所述的方法，其中含有所述催化剂粒子的所述第一气流依序流过所述第一反应室的一或多个反应区，使得所述纳米线从所述催化剂粒子生长并且由被所述第二气体护套围绕的所述第一气流携带在通过所述反应区后生长的所述纳米线。47.根据权利要求45所述的方法，其中所述催化剂粒子具有彼此不同的大小。48.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷格·奥尔科特，
申请(专利权)人：索尔伏打电流公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE