加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，在洁净非晶碳或硅衬底用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物加强结合力，在衬底上采用气相凝聚沉积来制备直径在４０－１００ｎｍ之间的低熔点金属纳米颗粒，低熔点金属是铅、锑、锡中的一种或二元合金；通入氧气，在颗粒表面形成厚度小于１０ｎｍ的不均匀的氧化层；在１Ｐａ的Ａｒ气氛下，加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处撑裂氧化层从而形成１０－４０纳米的表面破裂孔，加热温度为略低于核心金属的块体熔点１０－６０摄氏度，最终内部液体从喷口射出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米喷嘴的制备和在此装置上的液体纳米喷射的实现方法，尤其是加热突破包裹氧化层实现纳米喷射的方法以及利用气氛气压调节其工作状态的方法。
技术介绍
液体在高压驱动下通过小孔喷射而出，这就是液体喷射，它已经在精细喷雾、表面涂敷和喷墨打印中得到了广泛的应用。多形态高性能的喷嘴是这些设备的核心部件，其特性参数和工作状态对整个设备的品质起了决定性的作用，其中喷嘴直径直接决定了最终液体喷射效果的精细程度。在当前MEMS技术快速发展的背景下，喷嘴直径已经由最初的厘米和毫米级别下降到微米级别，并应用于高精度喷墨打印等设施上用于实现微米尺度的液体喷射。紧接着，纳米级别直径喷嘴中的液体喷射(纳米喷射，NANOJET)的实现以及相应喷嘴的设计研制已经进入研究前沿并受到广泛的关注。目前，德国科学家已经利用腐蚀的方法成功制备直径为110纳米的喷嘴并且成功的将其用于气体的喷注，而喷嘴直径小于100纳米的液体喷射的研究仅仅限于计算机理论模拟的探讨，未见实验上的报道。本专利技术涉及的方法涉及到纳米喷嘴的形成以及在此装置中液体喷射的实现，是未来纳流体器件的关键组成部分之一，本方法可以用于产生并定向稳定通过直径在10-40纳米的液体射流，在超精细喷雾、超精细打印、纳米加工以及未来纳米机器人工作中有潜在的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种制备直径小于50纳米的喷嘴用将其用于液体喷射，尤其是加热突破包裹纳米核壳结构外氧化层实现纳米喷射的方法和其气压调节方法，提出具体的实现方案和工作状态的气压调控方法。本专利技术的技术解决方案在洁净非晶碳或硅衬底用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物加强结合力，在衬底上制备直径在40-100nm之间的低熔点金属纳米颗粒；通入氧气，在颗粒表面形成厚度小于10nm的氧化层；加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处突破氧化层从而形成10-40纳米的表面纳米破裂孔；纳米喷孔气压调节方法是形成的纳米喷孔在真空气氛中引入1-10sccm的Ar气，将背景气压从10-2Pa调节至1Pa，喷嘴正常工作，液体纳米喷射实现。加热温度为略低于核心金属的块体熔点10-60摄氏度。最终系统在一定真空度下工作，其稳定工作靠引入低气压Ar气调节纳米区域的稳定来实现，本专利技术采用突破包裹纳米核壳结构外壳的方法在约束外壳的表面制备出纳米孔，并且利用内压驱动液体喷射，利用外界气氛调节使其稳定工作，这些是尚未见到公开报道过的。四附图说明图1是本专利技术制备和实现方法示意图，图1中1、2、3、4是四道工艺。图2是本专利技术该器件工作效果的电子显微照片，其中a和b分别对应着喷嘴和轨迹。五具体实施例方式本专利技术主要步骤如附图1所示，现阐述如下①准备导热较好的洁净衬底(非晶碳或高导硅)一块，利用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物以加强结合力，在衬底上制备直径在40-100nm之间的低熔点金属纳米颗粒；低熔点金属纳米颗粒是铅、锑、锡中的一种或二元合金；这些纳米颗粒可以采用现有的气相凝聚沉积来制备。②通入充足的氧气(～1atm)，在颗粒表面形成厚度小于10nm的氧化层，由于纳米颗粒的性质，该氧化层能保护内部核心不受氧化，与衬底结合较好；③加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处突破氧化层而形成直径为10-40纳米的表面纳米破孔，加热温度稍低于此种金属大块固体熔点；如铅在250-270摄氏度左右，锑、锡的加热温度分别在500-540摄氏度和200-240摄氏度左右。④在真空气氛中引入1-10sccm的Ar气，将系统工作气压调节到1Pa，喷嘴正常工作，形成纳米喷射。应用实例例图2给出了一个工作中的纳米喷射的电子显微照片。本专利技术采用，我们把铅的纳米颗粒沉积在非晶碳的洁净薄膜上(利用低能团簇束流沉积的方法)，颗粒直径为40-70纳米，将其在氧气氛(～1atm)下氧化形成5纳米厚度的氧化层，将该系统加热至250摄氏度，由于纳米颗粒的内核金属具有较低熔点，该颗粒于此时熔化膨胀并突破外壳，形成15nm和20nm直径的破口充当喷嘴(图2中a所示)，在1Pa的外界Ar气压下，内部液体从该喷嘴强烈喷射，形成如图2中b所示的轨迹，其轨迹长度在几十到几百纳米之间。权利要求1.加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，其特征是在洁净非晶碳或硅衬底用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物加强结合力，在衬底上采用气相凝聚沉积来制备直径在40-100nm之间的低熔点金属纳米颗粒，低熔点金属是铅、锑、锡中的一种或二元合金；通入氧气，在颗粒表面形成厚度小于10nm的不均匀的氧化层；在1Pa的Ar气氛下，加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处撑裂氧化层从而形成10-40纳米的表面破裂孔，加热温度为略低于核心金属的块体熔点10-60摄氏度，最终内部液体从喷口射出。2.根据权利要求1所述的加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，其特征是纳米喷嘴的形成方法是利用熔融膨胀的低熔点金属突破5-10纳米厚度的外氧化层形成楔形外凸的破口。3.根据权利要求1或2所述的加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，其特征是喷嘴的直径在10-40纳米4.加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的调节方法其特征是形成的带纳米喷孔的装置后，在真空气氛中引入1-10sccm的Ar气，将背景气压调节至1Pa，该喷嘴正常工作。全文摘要加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，在洁净非晶碳或硅衬底用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物加强结合力，在衬底上采用气相凝聚沉积来制备直径在40－100nm之间的低熔点金属纳米颗粒，低熔点金属是铅、锑、锡中的一种或二元合金；通入氧气，在颗粒表面形成厚度小于10nm的不均匀的氧化层；在1Pa的Ar气氛下，加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处撑裂氧化层从而形成10－40纳米的表面破裂孔，加热温度为略低于核心金属的块体熔点10－60摄氏度，最终内部液体从喷口射出。文档编号C23C28/00GK1911530SQ20061008844公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日专利技术者宋凤麒, 韩民, 万建国, 王广厚 申请人:南京大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
加热氧化层包裹金属纳米核壳结构形成纳米液体的喷射方法，其特征是在洁净非晶碳或硅衬底用真空离子刻蚀的方法去除其表面附着物加强结合力，在衬底上采用气相凝聚沉积来制备直径在４０－１００ｎｍ之间的低熔点金属纳米颗粒，低熔点金属是铅、锑、锡中的一种或二元合金；通入氧气，在颗粒表面形成厚度小于１０ｎｍ的不均匀的氧化层；在１Ｐａ的Ａｒ气氛下，加热衬底使得内部纳米核心熔化并且体积扩张，从外氧化层薄弱处撑裂氧化层从而形成１０－４０纳米的表面破裂孔，加热温度为略低于核心金属的块体熔点１０－６０摄氏度，最终内部液体从喷口射出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋凤麒，韩民，万建国，王广厚，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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