[发明专利]用于在气动传输期间在颗粒上进行原子或分子层沉积的设备和方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于将层沉积到颗粒上的连续方法，并且更具体地涉及用于在颗粒上，尤其是纳米颗粒上，进行原子或分子层沉积的连续方法。

背景技术

用于将材料层沉积到固体基底上的几种技术是已知的。例子包括电镀；无电镀(electroless plating)；化学汽相沉积；和原子或分子层沉积。各种技术本质上以分批方式进行，并且为了获得特定期望厚度的覆层，沉积方法可能不得不重复几次。结果是，现有方法的状况趋向于是麻烦的和昂贵的。

GB2214195A公开了用于通过将气态羰基金属热分解在颗粒的加热表面上而用金属，例如Ni、Fe或Co涂覆颗粒的气动传送反应器。设备构造成环的形式，包括向下延伸的部分和向上延伸的部分。颗粒与包含羰基金属的载体气体在向下部分中混合。羰基在向上部分中分解，将金属沉积在颗粒上。设备包括用于从载体气体分离颗粒的分离器，诸如旋风分离器。

设备适于具有低微米范围内的颗粒尺寸的，大约4um的颗粒。颗粒可以通过封闭环循环直到获得所期望的涂覆厚度，在其内基本上是分批操作。

Puurunen，“Surface chemistry of atomic layer deposition：A case study for the trimethylaluminum/water process”Journal of Applied Physics 97，121301(2005)提供了原子层沉积技术的概述，并且尤其是氧化铝原子层沉积技术的概述。本质上，原子层沉积(“ALD”)是基于自终止(self-terminating)气-固反应的特殊形式的化学汽相沉积。

通过ALD的层生长包括由四个步骤组成的重复反应循环：

1)第一反应物(反应物A)与固体基底的表面的自终止反应；

2)去除掉未反应的反应物A和任何气态反应副产品的净化或排出；

3)第二反应物(反应物B)的自终止反应或其它处理，以激活基底的表面再次用于与反应物A反应；

4)净化或排出多余的反应物B以及在步骤(3)中产生的气态反应产物。

步骤(1)在感觉上是自终止的，即，当形成单层(monolayer)时停止。在ALD的情况下，当反应物A可用的基底的表面处所有化学吸附点都被占据时形成单层。ALD的重要好处是层被外延地沉积，导致覆层很好地向下限定到原子尺度。然而，根据定义，用ALD在每个反应循环中仅仅沉积一个原子层。对于相对厚覆层的形成，ALD因此可能是较不合适的，因为这种覆层的沉积可能需要数十次、数百次或者甚至数千次的反应循环。

已公开的美国专利申请US2006/0062902A1公开了使用ALD以产生用在光伏板中的CIGS颗粒。在涂覆期间颗粒被搅动以形成流化床，使得悬浮颗粒的所有表面区域都可接近以进行表面反应。

Helmsing等人，“Short Contact Time Experiments in a Novel Benchscale FCC Riser Reactor”，Chemical Engineering Science，Vol.51，No.11，pp3039-3044(1996)公开了主要由长、细管组成的悬浮夹带流反应器。管被形成环以装配在尺寸可管理的加热室中。能在栓塞流状况下操作反应器，使它适于测试用在原油分馏物的流体催化裂化(“FCC”)中的催化剂。反应器具有用于反应物的单个注射点。

这样，存在对于用于将原子或分子层沉积在小颗粒上的连续方法和用于执行这种连续方法的设备的特定需求。

发明内容

本发明通过提供一种用于将连续层沉积于正在管中气动地传输的颗粒上的方法解决了这些问题，所述方法包括以下步骤：(i)提供具有入口开口和出口开口的管；(ii)在管的入口开口处或附近将夹带有颗粒的载体气体进给到管中以形成通过管的颗粒流；经由管的入口开口下游的至少一个注射点将第一自终止反应物注射到管中用以与颗粒流中的颗粒反应。将用于与这些颗粒反应的反应物注射到管中的颗粒流使得沉积在颗粒上的层沉积能是连续的过程。

本发明的另一方面包括一种用于在颗粒进行气动传输时将连续层沉积到颗粒上的设备，所述设备包括：(i)具有入口开口和出口开口的管；(ii)用于将悬浮夹带有颗粒的载体气体进给到管中的进给装置；和(iii)入口开口下游的用于将反应物引入到管中的至少一个注射点；其中设备布置成执行上面所提及的方法。

附图说明

参考下面的附图将会认识到本发明的特征和好处，其中：