[发明专利]一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法与装置

权利要求书

1.纳米粒子气相合成装置，其特征在于设有：

纳米粒子形成室，纳米粒子形成室用于形成气相金属和合金纳米粒子，腔室内设有一对向靶装置，对向靶装置接直流电源；腔室与用于抽真空的分子泵相连，腔室与分子泵间通过形成室插板阀隔开，腔室设有用于向腔室内通气体的进气管，腔室设有气体动力学喷嘴即形成室喷嘴，合成的纳米粒子经过形成室喷嘴进入下一腔室；

前筛选室，前筛选室与纳米粒子形成室通过形成室喷嘴相连，腔室接用于抽真空的罗茨泵，罗茨泵与前筛选室通过前筛选室插板阀隔开，前筛选室末端设有一级喷嘴，可以对纳米粒子束流中的纳米粒子进行初步的尺寸筛选；

后筛选室，后筛选室与前筛选室通过一级喷嘴连通，腔室与用于抽真空的分子泵相连，腔室与分子泵间通过形成室插板阀隔开，后筛选室的腔室内设有二级喷嘴，二级喷嘴可通过前后移动调节与一级喷嘴的距离；

沉积室，沉积室与后筛选室相连，沉积室与分子泵相连，沉积室腔室内设有用于收集合成的纳米粒子的水冷样品架，沉积室设有用于测量纳米粒子的产生速率的分子振动膜厚计，沉积室的腔室通过室间插板阀以及沉积室插板阀与其他腔室隔成独立的腔室。

2.一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将两片Ti靶安装在对向靶装置上，接直流电源，将清洗好的石英玻璃基片固定在沉积室内的水冷样品架上，对纳米粒子形成室、前筛选室、后筛选室和沉积室抽真空；

2)关闭纳米粒子形成室的插板阀与室间插板阀，依次打开罗茨泵、前筛选室插板阀，开始预溅射；

3)预溅射结束后，调节Ar、He气的流量，用对向靶等离子体磁控溅射的方法产生高密度的气相Ti金属原子，在纳米粒子形成室形成的纳米粒子随惰性气体，在经过纳米粒子形成室的喷嘴时，发生绝热膨胀，Ti金属纳米粒子随气流形成束流，束流中的纳米粒子然后经过前筛选室内的一级喷嘴和后筛选室内的二级喷嘴的筛选，形成具有粒径分布均一的纳米粒子束流；

4)打开室间插板阀，将分子振动膜厚计传感器降至纳米粒子束流的中心位置，将Ti金属纳米粒子直接沉积到透射电镜网格上，观测纳米粒子的粒径大小、分布以及形貌，将纳米粒子在真空环境中直接沉积在基片上，得尺寸可控的金属和合金纳米粒子。

3.如权利要求2所述的一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法，其特征在于所述对纳米粒子形成室、前筛选室、后筛选室和沉积室抽真空使纳米粒子形成室、前筛选室、后筛选室和沉积室各室的本底真空达到2×10^-4Pa。

4.如权利要求2所述的一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法，其特征在于所述依次打开罗茨泵、前筛选室插板阀后调节流量计使通入纳米粒子形成室的Ar气的流量为200sccm。

5.如权利要求2所述的一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法，其特征在于预溅射的时间为30min。

6.如权利要求2所述的一种尺寸可控的金属和合金纳米粒子气相合成方法，其特征在于所述调节Ar、He气的流量使其分别为250sccm和500sccm。