[发明专利]多组分纳米粒子材料及其方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年12月8日提交的美国临时申请61/193,582序列号的优先权，此处通过引用将该临时申请全文引入。

技术领域

本公开涉及多组分纳米粒子材料和薄膜及其形成方法。

背景技术

粒子组合物具有不同的用途且普遍存在于利用表面化学和物理的应用中。随着组合物的平均粒度降低，表面积随粒度的平方而增加。这导致表面官能性，例如反应速率由于有效表面积增加而相应增加。依靠高表面积以使性能优化的系统的实例包括催化转化器、染料敏化太阳能电池、电池和燃料电池。一些这样的应用使用由多于一种类型的纳米粒子组成的纳米粒子薄膜。在这样的体系中，各种粒子起到不同的功能。

在某些类型的燃料电池中，例如，电子和质子的同时传输需要薄膜的一些组分充当电子导体，且其它组分充当质子导体(Haile、Chisoholm、Sasaki、Boysen和Uda，“Solid acid proton conductors：from laboratory curiosities to fuel cell electrolytes”，Faraday Discussions 134：17-39，2006)。在另一实例中，可以使用至少两种不同尺寸的二氧化钛纳米粒子的薄膜来优化染料敏化太阳能电池的性能(Vargas，“Aggregation and composition effects on absorption and scattering properties of dye sensitized anatase TiO₂ particle clusters”，Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 109：1693-1704，2008)。在这样的体系中，较大粒子可以散射更多入射光以便由较小粒子更有效地收集，所述较小粒子在表面区域占优势且因此光子诱发电子激发。

已知许多沉积粒子薄膜的方法，其中所述粒子具有相同组成。Tolmachoff等人(Tolmachoff、Garcia、Phares、Campbell和Wang，“Flame synthesis of nanophase TiO₂ crystalline films”，Proceedings of the 5^th U.S.Combustion Meeting，Paper#H15，2007)公开了通过使基材重复穿过滞止火焰制造二氧化钛粒子薄膜的方法。制造单组分纳米粒子薄膜的其它方法包括丝网印刷或涂刷纳米粒子糊(Llobet等人，“Screen-printed nanoparticle tin oxide films for high-yield sensor microsystems”，Sensors &Actuators B 96：94-104，2003)、印刷微米或纳米粒子油墨(美国专利申请20070169812和20070169813)、化学气相沉积(Zhu等人，“Growth of high-density Si nanoparticles on Si₃N₄ and SiO₂ thin films by hot-wire chemical vapor deposition”，Journal of Applied Physics 92：4695-4698，2002)或喷雾热解(Itoh、Abdullah和Okuyama，“Direct preparation of nonagglomerated indium tin oxide nanoparticles using various spray pyrolysis methods”，Journal of Materials Research 19：1077-1086，2004)。然而，这些参考文献似乎没有公开形成含有组成和/或功能不同的纳米粒子的混合物的薄膜或材料的方法。