專利名稱：獲得納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于獲得納米尺寸的顆粒，所述納米顆粒應(yīng)用于各種科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域；具體而言，金屬納米結(jié)構(gòu)被視為用于開發(fā)新型傳感器和電子與光電器件以及用于設(shè)計新型高選擇性固相催化劑的有前途材料。
背景技術(shù)：
如最近的許多出版物上所述，表面顆粒密度為1012cm-2數(shù)量級的納米結(jié)構(gòu)有希望用于開發(fā)高效納米電子器件，如超快開關(guān)轉(zhuǎn)換器或微型存儲單元((K.-H.Yoo，J.W.Park，J.Kim，K.S.Park，J.J.Lee and J.B.Choi.，Appl.Phys，Lett.，1999，v.74(14)，p.2073))。
例如，對于顆粒尺寸～4nm的致密堆積的納米結(jié)構(gòu)，可以制造記錄密度～1011bit/cm2的存儲器件(F.Pikus and K.Likharev，Appl.Phys.Lett.，1997，v.71，p.3661；Y.Naveh and K.Likharev.Superlattices and Microstructures 2000，v.27，p.1)。在顆粒尺寸減小到～1nm的極限情況下，記錄密度增加到1012bit/cm2。

發(fā)明內(nèi)容
在近十年里形成了新的催化化學(xué)領(lǐng)域，并且該領(lǐng)域正在快速發(fā)展納米結(jié)構(gòu)材料上的異質(zhì)催化(P.S.Vorontsov.E.I.Grigor′ev，S.A.Zav′yalov.L.M.Zav′yalova，T.N.Rostovschikova，O.V.Zagorskaya，Himicheskaya Physica 2002，v.21，p.1)。在實驗室中研究和技術(shù)實踐中使用的多數(shù)催化劑都含有納米顆粒，即尺寸在1-100nm范圍內(nèi)的顆粒。納米顆粒和大塊材料的基本區(qū)別在于納米顆粒中表面原子的組成與大塊材料中的相當，表面的曲率半徑與晶格常數(shù)相當。公認的觀點是正是這些具體特征確保了納米結(jié)構(gòu)催化劑與基于大塊材料的類似物相比的高催化活性。對于實踐上重要的大量應(yīng)用來說最有前景的是基于金屬納米結(jié)構(gòu)的催化劑，其含有Cu、Pt、Pd、Ni、Fe、Co和其他金屬的納米顆粒。
獲得各種材料的納米顆粒的已知方法可以分為兩大類其一是通過組合原子(或更復(fù)雜的基團或分子)而形成的納米顆粒；其二是通過分散大塊材料形成的納米顆粒。
基于將原子組合成納米顆粒的許多方法是已知的，包括例如熱蒸發(fā)和冷凝(參見S.Tohno.M.Itoh.S.Aono，H.Takano，J.Colloid Interface Sci.，1996，v.180，p.574)、離子濺射(參見美國專利No.5,879,827，Int.Cl.H 01 M 04/36，published 09.03.1999)、從溶液還原(參見美國專利No.6,090,858；Int.CL C 09K 03/00，published18.07.2000)和微乳液中還原(參見H.Herrig，R.Hempelmann，Mater.Lett.，1996.v.27，p.287)。
例如，在通過從溶液中還原金屬獲得納米顆粒的方法中，將金屬鹽和具有COO-、SO42-或SO32-基團的、作為還原劑的陰離子活性化合物加熱到50-140℃，結(jié)果金屬鹽被還原得到金屬納米顆粒(美國專利申請No，20020194958；Int.Cl，B 22F 09/24，published 26.12.2002)。
在沉積由金和銀納米顆粒組成的亞單層和單層涂層的已知方法中，通過將膠體溶液中制備的金屬納米顆粒捕獲到由特定有機膜覆蓋的載體表面上而形成所述結(jié)構(gòu)(參見美國專利No.6,090,858；Int.Ct.C 09K 03/00，published 18.07.2000)。
該方法的優(yōu)點在于它能夠在載體表面上固定平均尺寸為3-100nm(取決于制備條件)、尺寸分布相當窄的球形納米顆粒。但是，載體表面上顆粒的最大表面密度不超過0.5d2(其中d是納米顆粒的平均尺寸)。因此，相鄰顆粒間的電子交換幾乎是不可能的，不可能使用這種類型的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以最大效率模式運作的催化劑和設(shè)計高效的納米電子器件，其中重要的是致密堆積顆粒的相互作用和裝料的影響。
已知獲得位于沸石結(jié)構(gòu)孔隙中的硅團簇(silicon cluster)的方法，該方法包括將乙硅烷(Si2H6)引入到這些孔隙中，并隨后將其氧化。反應(yīng)中釋放的硅組裝成納米簇。該技術(shù)是化學(xué)氣相沉積(CVD)方法的特例(參見Dad O.，Kuperman A.，MacDonald P.M.，Ozin G.-A New Form of Luminescent Silicon-Synthesis of SiliconNanoclusters in Zeolite-Y.-Zeolites and Related Microporous MaterialsState of theArt.，1994.v.84，p.p.1107-1114)。該方法不可用于在局部區(qū)域中形成硅納米結(jié)構(gòu)，因為它實際上使沸石襯底在其整個厚度上發(fā)生轉(zhuǎn)變(transform)。事實上，通過該已知技術(shù)生產(chǎn)均質(zhì)的復(fù)合材料。
還已知低溫化學(xué)合成金屬-聚合物納米結(jié)構(gòu)的方法(L.I.Trakhtenbers et al.，Zh.Fiz.Khim..2000，vol.74，p.952)。
金屬-聚合物納米結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是其作為催化劑的高比活性。但是，隨著金屬含量增加，這種類型催化劑的催化活性降低，這是因為該技術(shù)形成的結(jié)晶納米顆粒彼此接觸時聚集。此外，低溫化學(xué)合成中固有的納米顆粒生長的基本特征必然導(dǎo)致顆粒尺寸和形狀的寬分布。
(通過將材料分散形成納米顆粒的)第二類方法指這么一種技術(shù)(參見K.Deppert and L.Samuelson.Appl.Phys.Lett.-1996，v.68(10)，p.1409)，其中在過熱材料的熱蒸發(fā)過程中產(chǎn)生多分散液滴的初始流，利用惰性載氣(氮氣)流捕獲所述滴，并在差壓移動分析儀(Differential Mobility Analyzer)中通過氣流中的帶電顆粒與電場的相互作用而連續(xù)分離顆粒。然后將所形成的帶電納米顆粒流沉積到襯底上。作者將該方法稱作“Aero taxi”，該方法可以獲得金屬(和半導(dǎo)體)帶電納米顆粒的單分散流。該方法產(chǎn)生20-30nm的結(jié)晶顆粒，顆粒尺寸分散度不小于50％(尺寸分散度直接取決于分離階段的數(shù)目)。該方法的優(yōu)點是其具有低的輸出電容和較寬的顆粒尺寸分散度。此外，該方法不形成高密度顆粒堆積的金屬顆粒，因為隨著密度增加，結(jié)晶納米顆粒聚集成更大塊的形式。
曾描述了與本專利申請要求保護的內(nèi)容最接近并選擇作為原型的獲得納米顆粒的方法(V.M.Kozhevin，D.AYavsin.V.M.Kouznetsov，V.M.Busov，V.M.Mikushkin，S.Yu.Nikonov，S.A.Gurevich，and A.Kolobov，J.Vae.Sci.Techn.B，2000v.18，no.3，p.1402)。該方法基于在高功率脈沖周期激光器產(chǎn)生的光的作用下對金屬目標物的消融。選擇較劇烈的目標物消融的模式，其中伴隨目標物的蒸發(fā)，大量微米和亞微米尺寸的熔融金屬滴從其表面射出。目標物表面附近蒸氣的光分解導(dǎo)致形成熱激光噴焰等離子體，同時該等離子體的溫度和密度取決于金屬類型和目標物輻射條件(入射激光的功率密度、入射角度等)。在激光噴焰等離子體中，從目標物表面射出的液體金屬液滴充電到臨界值，至毛細不穩(wěn)定性的閾值，到達時所述滴開始分解產(chǎn)生更細小(子)滴。將子滴充電到不穩(wěn)定性閾值以上，從而使已經(jīng)開始的分解過程具有級聯(lián)特征。但是，在上述出版物中顯示液滴分解過程僅持續(xù)到一定程度。由于帶電滴的尺寸逐漸減小，從其表面的自身電子發(fā)射電流增加，最終導(dǎo)致所述滴電荷低于不穩(wěn)定性閾值，因而使該過程終止。對于多數(shù)金屬，分解過程結(jié)束時形成的滴的尺寸為幾個納米的數(shù)量級。該過程的突然終止確保所得納米顆粒的尺寸分散度足夠窄。因此，激光噴焰等離子體中液體微米和亞微米尺寸的金屬滴的分解產(chǎn)生具有窄尺寸分散度的大量納米尺寸的顆粒。
這里描述的原型方法已經(jīng)用于在襯底表面上沉積由8-10nm銅納米顆粒組成的單層涂層。雖然沒有評價原型方法的顆粒尺寸分散度，但基于該研究中的結(jié)果也可以得出結(jié)論尺寸分布比“Aero taxi”方法的更窄。
但是，對于原型方法還沒有確定能夠確保穩(wěn)定形成具有無定型結(jié)構(gòu)的納米顆粒的條件。該情況明顯限制了在載體表面上重復(fù)形成具有高顆粒表面密度的納米結(jié)構(gòu)的可能性，而在載體表面上重復(fù)形成具有高顆粒表面密度的納米結(jié)構(gòu)對于實現(xiàn)高效催化和開發(fā)許多納米電子器件來說是非常重要的。該情況也阻礙了原型方法的工業(yè)應(yīng)用。
還應(yīng)該注意的是，如作者所確定的，可以實現(xiàn)液體帶電滴的有效分裂的等離子體參數(shù)范圍相當寬。這使得不僅可以在激光誘導(dǎo)的等離子體還可以在通過其他方法形成的等離子體中產(chǎn)生納米顆粒，所述其他方法是產(chǎn)生準靜態(tài)等離子體的技術(shù)上更便捷的方法。
在獲得納米顆粒的已知方法中，條件接近于平衡，這導(dǎo)致通常形成結(jié)晶狀態(tài)的金屬顆粒。結(jié)晶金屬納米顆粒的聚結(jié)使形成具有高密度顆粒堆積的結(jié)構(gòu)非常困難。
所要保護的本發(fā)明的目的是改進已知原型方法，建立獲得能夠用于在載體表面上沉積具有窄尺寸分散度和無定型結(jié)構(gòu)的納米顆粒的方法，使得可以實現(xiàn)超高密度的納米顆粒堆積。對已知原型方法的改進還包括提高起始材料轉(zhuǎn)化成納米顆粒的效率。
通過使用下列方法獲得納米顆粒可以解決所述問題。該方法包括分散熔融材料；將該材料的所得液滴供應(yīng)到在10-4-10-1Pa壓力下的惰性氣體中形成的等離子體中；將所述等離子體中形成的液體納米顆粒冷卻至固化；和將所得固體納米顆粒沉積到載體上，其中所述等離子體參數(shù)滿足下列關(guān)系Te>1.4·103RDR(RD+R)RD+2R...(1)]]>ne1/2>9τd-1(1+RDr)...(2)]]>1τp+103L>10-3Tm3...(3)]]>其中R和r分別是供應(yīng)到等離子體中的液滴的最大和最小半徑，m；RD=7.5·103Tene]]>是Debye屏蔽長度，m；Te是等離子體的電子溫度，eV；ne是等離子體的密度，m-3；τd是液滴穿過等離子體區(qū)的時間，s；τp是等離子體的壽命，s；Tm是導(dǎo)電材料的熔點，K；L是等離子體壓力隨其以系數(shù)e減小的特征性距離，m。
可以用來獲得納米顆粒的材料是金屬、半導(dǎo)體或金屬氧化物。
獲得的納米顆?？梢栽趶姸仁噶颗c納米顆粒運動方向呈特定角度的電場如非均一電場中沉積到載體上。
在10-4-10-2Pa壓力下的惰性氣體氣氛中、在由脈沖-周期YAG:Nd3+激光器產(chǎn)生的光的作用下、通過由所述材料組成的目標物的激光消融將所述的熔融材料分散并將所得的液滴供應(yīng)到所述等離子體中，所述激光器運行條件為脈沖持續(xù)時間不少于20ns、脈沖上升沿少于5ns、脈沖重復(fù)頻率不少于10Hz。入射至目標物上的激光的功率密度應(yīng)不小于109W/cm3。
分散所述熔融材料的方法還可以是將電場施加至由導(dǎo)電材料制成的尖端半徑不超過10μm的點狀陰極，所述電場強度在所述尖端頂點處不低于107V/cm，并將所得的液滴供應(yīng)到放電中形成的等離子體中，所述放電脈沖持續(xù)時間不少于10μs，所述等離子體在電位差不小于2kV的電極之間、10-3-10-1Pa壓力下的惰性氣體中產(chǎn)生，同時受磁場作用，所述磁場強度不小于600G，方向垂直于產(chǎn)生所述等離子體的所述電場。
與已知的原型方法相比，本發(fā)明的實質(zhì)在于選擇所用等離子體的參數(shù)符合同時滿足條件(1)-(3)的要求。這些條件確保注入等離子體中的材料的所有初始液滴的級聯(lián)分裂，和快速冷卻所形成的液體納米尺寸滴(滴分裂的最終產(chǎn)物)，從而使固體納米顆粒沉積到具有無定型結(jié)構(gòu)的襯底上。如果滿足這些條件，可以重現(xiàn)性地形成由具有可變(包括超高)堆積密度的無定型納米顆粒組成的單分散結(jié)構(gòu)，同時將起始材料有效轉(zhuǎn)化成納米顆粒。
當實施所要求保護的方法時，基于條件(1)選擇等離子體的密度和電子溫度。在導(dǎo)出該條件時，假設(shè)初始滴充電至Rayleigh’s毛細不穩(wěn)定性閾值(A.I.Grigor′ev，S.O.Shiryaeva，Journal of Technical Physics，1991.v.61(3)，p.258)，使用滴的浮動電位對等離子體參數(shù)的已知依賴性計算滴的電荷(Yu.P.Raizer，Physics of GasDischarge，Moscow Nauka.1987)。值得注意的是只有對具有特定半徑R的滴，毛細不穩(wěn)定性閾值才能用原型方法中的公式表示。而注入到等離子體中的初始液滴實際上總是具有特定尺寸分布的特征，其中可以區(qū)分最大(R)和最小(r)滴尺寸。對于要充電到不穩(wěn)定性閾值并參與級聯(lián)分裂過程的具有R至r范圍內(nèi)的尺寸的所有初始滴，應(yīng)該考慮條件(1)選擇等離子體參數(shù)。當不滿足該條件時，只有部分的初始液滴將經(jīng)歷向納米尺寸的分裂，從而明顯減弱納米顆粒的形成效率。
另外重要的是只有在初始液滴保持在等離子體中足夠長時間時式(1)才是有效的，此期間達到其靜電狀態(tài)。如果滿足條件2，則達到靜態(tài)，所述條件2意味著滴經(jīng)過等離子體所占據(jù)空間的時間超過其充電到浮動電位的時間。如果不是這樣，初始滴在駐留在等離子體中期間將沒有足夠的時間充電，因而不會發(fā)生其分裂。因此，用條件(2)補充條件(1)的事實是與原型方法的顯著差異，其確保供應(yīng)到等離子體區(qū)的材料的所有初始滴都參與分裂過程。
對于形成為無定形狀態(tài)的納米顆粒，需要確保其在硬化的那一刻以不小于107K/s的速率冷卻。通過輻射損失的納米顆粒冷卻速率的計算表明當顆粒尺寸小于10nm時獲得所需的冷卻速度。因此，當輻射損失不被來自等離子體的能量內(nèi)流補償時滿足快速冷卻納米顆粒的條件。有兩種方式滿足該需要。非靜態(tài)等離子體的第一種情況下，必要的是，在完成滴分裂的過程之后，等離子體應(yīng)快速膨脹并冷卻下來，其冷卻時間短于納米顆粒冷卻到熔點的時間。在準靜態(tài)等離子體的第二種情況下，必要的是滴分裂過程中形成的納米顆粒應(yīng)經(jīng)過等離子體邊界區(qū)，在該區(qū)域等離子體的壓力足夠快地，即在短于納米顆粒冷卻到熔點所需時間的時間內(nèi)下降至惰性氣體的壓力。滿足這些需要的條件由式(3)給出。


通過

要求保護的獲得納米顆粒的方法，其中圖1示意性說明如何通過激光分散獲得納米顆粒(E是電場強度矢量)。
圖2說明由襯底和沉積在襯底上的銅納米顆粒構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的TEM圖象。
圖3說明由襯底和沉積在襯底上的鎳納米顆粒構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的TEM圖象。
圖4示意性說明等離子體輔助的電分散的裝置，其中實現(xiàn)了要求保護的獲得納米顆粒的方法。
具體實施例方式
通過用于實施要求保護的方法的激光分散獲得納米顆粒的過程示意圖(圖1)包括目標物1，其熔融表面層2在脈沖-周期激光器3的作用下分散，產(chǎn)生液滴4，所述液滴4經(jīng)過等離子體區(qū)5時經(jīng)歷向納米顆粒6的分裂。所得的納米顆粒6沉積在襯底7上。該過程在壓力為10-4-10-2Pa的氬氣氛中進行。
在其中形成靜態(tài)等離子體的等離子體輔助的電分散裝置包括(見圖4)真空室8，其中安裝有點狀陰極9、具有孔11的陽極、具有開口13的陰極12和其上有襯底7的環(huán)狀陰極14。所述室充滿壓力為10-3-10-1Pa的惰性氣體。當在點狀陰極9和陽極10之間產(chǎn)生適當?shù)碾娢徊顣r，從陰極9的表面出現(xiàn)熔融滴4。當這些滴經(jīng)過等離子體區(qū)5時，它們分裂形成納米顆粒6和(比納米顆粒)更粗的滴15。
要求保護的獲得納米顆粒的方法實施如下。通過已知方法(如利用噴嘴進行原子化)使將從中產(chǎn)生納米顆粒的熔融材料分散。將所得的液滴供應(yīng)到在壓力為10-4-10-1Pa的惰性氣體中形成的等離子體中。惰性氣體可以是任意已知的惰性氣體。將在等離子體區(qū)中形成的液體納米顆粒在惰性氣體中冷卻至硬化，然后使所得的固體納米顆粒沉積到由任意固體材料組成的載體上。如作者所確定的，等離子體參數(shù)應(yīng)滿足下列關(guān)系Te>1.4·103RDR(RD+R)RD+2R...(1)]]>ne1/2>9τd-1(1+RDr)...(2)]]>1τp+103L>10-3Tm3...(3)]]>其中R和r分別是供應(yīng)到等離子體中的液滴的最大和最小半徑，m；RD=7.5·103Tene]]>是Debye屏蔽長度，m；Te是等離子體的電子溫度，eV；ne是等離子體的密度，m-3；τd是液滴經(jīng)過等離子體區(qū)的時間，s；τp是等離子體的壽命，s；Tm是傳導(dǎo)材料的熔點，K；L是特征距離，等離子體壓力隨該特征距離以系數(shù)e減小，m。
可以用來獲得納米顆粒的材料是金屬和半導(dǎo)體或金屬氧化物。
優(yōu)選的是，將所得的納米顆粒在電場強度矢量與納米顆粒運動方向呈一定角度的電場如非均一電場中沉積到載體上。
實施例1.要求保護的獲得納米顆粒的方法基于諸如銅和鎳的金屬的激光分散而進行(見圖1)。在該情況下，用脈沖-周期激光3照射金屬目標物3的表面導(dǎo)致目標物1表面層2熔化和目標物1材料蒸發(fā)。作為所形成的蒸氣的光分解的結(jié)果，在目標物1的熔融層2表面附近形成厚度L≥100μm的等離子體區(qū)5。在等離子體5的作用下，熔融表面層2變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致金屬分散從而產(chǎn)生來自目標物1金屬的液體顆粒4，這些顆粒的最大和最小半徑分別是R＝1μm，r＝100nm。將由于分散所形成的液滴4供應(yīng)到等離子體區(qū)5中，所述等離子體區(qū)通過吸收激光而加熱。在等離子體區(qū)5中，滴4充電至浮動電位，從而使它們的電荷主要由等離子體5中的電子溫度決定。如果電荷量使Coulomb斥力超過表面張力，則滴4變得不穩(wěn)定(毛細不穩(wěn)定性)，并開始分裂成較小的滴6。
如果滿足條件(1)，則形成毛細不穩(wěn)定性。該條件與電子溫度(Te)、等離子體中的電子密度(ne)、供應(yīng)到等離子體區(qū)5中的顆粒4的最大半徑(R)相關(guān)。為了使分散的顆粒4有足夠的時間獲得轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠€(wěn)定態(tài)的足夠電荷，應(yīng)滿足條件(2)。這些條件對最小電子溫度和等離子體5的密度加以限制。對于尺寸R＝1μm和r＝100nm的顆粒4來說，所需的電子溫度為～30eV，等離子體5的密度ne＝1018cm-3。如果入射至目標物上的激光的功率密度超過109W/cm2，激光脈沖的形狀使脈沖-上升沿時間少于5ns而全脈沖寬度超過20ns，則獲得必要的參數(shù)。
如果滿足條件(1)和(2)，則保證供應(yīng)到等離子體區(qū)5的所有液滴4都經(jīng)歷分裂該過程以級聯(lián)形式發(fā)生，連續(xù)形成逐漸更細小的滴，形成大量納米尺寸的液滴6時達到極限。取決于等離子體膨脹速度6和納米顆粒運動速度6之間的比例，液體納米顆粒6可以離開熱等離子體5的區(qū)域并最終經(jīng)歷冷卻和硬化，或由于等離子體云的膨脹而冷卻下來并硬化。對于具有無定形固相結(jié)構(gòu)的納米顆粒，有必要確保硬化過程中具有足夠高(～10-7K/s)的冷卻速率。如果納米顆粒6在硬化的瞬間位于等離子體區(qū)5的外部，即如果滿足不等式(3)，則通過輻射損失確保這種冷卻速率。在所述實驗條件下，等離子體壽命τp＝1μs，L≥100μm。如果選擇銅或鎳作為目標物1的材料，則納米顆粒6的運動速度vn＝3×104cm/s，熔點落在Tm＝1350-1730K的范圍內(nèi)。在這種情況下，滿足條件(3)。
使用所述過程的上述參數(shù)，獲得銅和鎳納米顆粒6(圖2和3)。銅和鎳納米顆粒6均為無定形態(tài)。
顆粒6沉積在氧化硅襯底7上。顆粒6的尺寸對于銅是5nm，對于鎳是2.5nm。使用TEM圖象評價發(fā)現(xiàn)納米顆粒6尺寸的相對偏差不超過20％。要求保護的本方法產(chǎn)生的納米顆粒6的尺寸發(fā)現(xiàn)比使用原型方法獲得的納米顆粒小2倍，原型方法獲得的納米顆粒是晶體，在彼此接觸時聚集。這是因為激光脈沖的上升時間的選擇，這確保滿足條件(2)。
實施例2.要求保護的方法基于等離子體輔助的電分散裝置實施，所述的電分散裝置示于圖4。通過對尖端曲率半徑不超過10μm的金屬點狀陰極9施加尖頭頂端電場強度不小于107V/s的電場來分散熔融金屬。
將在尖頭8處獲得的熔融滴輸送到等離子體區(qū)5，在那里充電，所述等離子體區(qū)通過壓力為10-3-10-1Pa的惰性氣體中的靜態(tài)或準靜態(tài)放電產(chǎn)生。這些壓力下靜態(tài)放電中的電子密度為ne＝1010-1011cm-3數(shù)量級，根據(jù)條件(1)，所需的電子溫度應(yīng)超過500eV。為了產(chǎn)生這種溫度，將陽極9和陰極10之間的電位差設(shè)定為小于2kV。
對于沒有足夠時間充電至浮動電勢的滴4，即為了在給定電子密度下滿足條件(2)，陽極9和陰極10根據(jù)所選擇的惰性氣體壓力而相互隔開一定距離安裝(約5cm)。
如果滿足上述條件，則飛入等離子體區(qū)5的滴4變得不穩(wěn)定，這導(dǎo)致其發(fā)生級聯(lián)分裂。
靜態(tài)或準靜態(tài)的等離子體5的壽命很長，并且與激光分散的情況相反，描述條件(3)的不等式滿足與否取決于參數(shù)L的選擇。在給出的情況下，該參數(shù)值接近于陰極10中開口尺寸，并且考慮到條件(3)所施加的要求，L應(yīng)不超過1cm。
此外，通過選擇環(huán)狀陰極12的尺寸而使形成的納米滴6從粗滴11中分離出來，在環(huán)狀陰極12上安裝有襯底1。選擇陽極12與陰極10之間的電勢差，以使粗滴11的軌跡不變形。所得納米顆粒6也是無定形狀態(tài)的。
因而，所要求保護的方法產(chǎn)生具有窄尺寸分散度的納米尺寸球形無定形顆粒。
權(quán)利要求
1.獲得納米顆粒的方法，其包括分散熔融材料，將該材料的所得液滴供應(yīng)到在10-4-10-1Pa壓力下的惰性氣體中形成的等離子體中，將所述等離子體中形成的液體納米顆粒冷卻至硬化，和將所得固體顆粒沉積到載體上，所述等離子體滿足下述關(guān)系Te>1.4·105RDR(RD+R)RD+2R---(1)]]>ne1/2>9τd-1(1+RDr)---(2)]]>1τp+103L>10-5Tm3---(3)]]>其中R和r分別是供應(yīng)到等離子體中的液滴的最大和最小半徑，m；RD=7.5·103Tene]]>是Debye屏蔽長度，m；Te是等離子體的電子溫度，eV；ne是等離子體的密度，m-3；τd是液滴經(jīng)過等離子體區(qū)的時間，s；τp是等離子體的壽命，s；Tm是導(dǎo)電材料的熔點，K；L是特征距離，等離子體壓力隨該特征距離而以系數(shù)e減小，m。
2.權(quán)利要求1的方法，其中金屬用作所述的材料。
3.權(quán)利要求1的方法，其中半導(dǎo)體用作所述的材料。
4.權(quán)利要求1的方法，其中金屬氧化物用作所述的材料。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述的納米顆粒在電場強度矢量與納米顆粒運動方向呈一定角度的電場中沉淀到載體上。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述的納米顆粒在非均一的電場中沉積到載體上。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在10-4-10-2Pa壓力下的惰性氣體氣氛中、在由脈沖-周期YAG:Nd3+激光器產(chǎn)生的光的作用下、通過由所述材料組成的目標物的激光消融而將所述的熔融材料分散并將所得的液滴供應(yīng)到所述等離子體中，所述激光器運行條件未脈沖持續(xù)時間不少于20ns、脈沖上升沿少于5ns、脈沖重復(fù)頻率不少于10Hz、入射在目標物上的激光的功率密度設(shè)定為不低于109W/cm3。
8.權(quán)利要求1的方法，其中分散所述熔融材料的方法是將電場施加至由導(dǎo)電材料制成的尖端半徑不超過10μm的點狀陰極，所述電場強度在所述尖端頂點處不低于107V/cm，并將所得的液滴供應(yīng)到放電中形成的等離子體中，所述放電脈沖持續(xù)時間不少于10μs，所述等離子體在電位差不小于2kV的電極之間、10-3-10-1Pa壓力下的惰性氣體中產(chǎn)生，同時受磁場作用，所述磁場強度不小于600G，方向垂直于產(chǎn)生所述等離子體的所述電場。
全文摘要
本方法是為了獲得納米尺寸的無定形顆粒，其用于各種科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域；具體而言，金屬納米結(jié)構(gòu)可以視作用于制造新型傳感器和電子與光電器件以及用于開發(fā)新型高選擇性固體催化劑的有前途材料。獲得納米顆粒的方法包括下列步驟分散熔融材料；將該材料的所得液滴供應(yīng)到參數(shù)滿足上述關(guān)系的等離子體中，所述等離子體在10
文檔編號B22F9/00GK1849186SQ200480025931
公開日2006年10月18日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者謝爾蓋·A·古列維奇, 弗拉基米爾·M·科熱溫, 丹尼斯·A·亞夫辛 申請人:謝爾蓋·A·古列維奇, 弗拉基米爾·M·科熱溫, 丹尼斯·A·亞夫辛