[发明专利]一种微纳尺度粉体保护层包裹装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳尺度粉体保护层包裹装置和方法,属于粉体沉积装置及技术领域。

背景技术

微纳米尺度粉体由于粒径小，表面键多，因此常常表现出不同于大块材料的优异特性，但同时，其也具有容易团聚、容易被氧化、性质不稳定等一系列缺点，在微纳尺度粉体表面包裹保护层的方法成为解决微纳尺度粉体这一系列缺点的一种重要方法。在粉体表面包裹具有化学惰性的保护层不仅能增加纳米粒子的稳定性，而且还可以使包覆后的微纳尺度的粉体颗粒具有某种功能型。但普通的微纳粉体的包裹方法（如液相法）在颗粒表面形成的保护层往往厚度较厚，且不同位置的厚度不一致，很大程度上降低了材料的使用性能。

原子层沉积（ALD）技术是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，因此其可以有效地对微纳米尺度粉体进行包裹保护层。以前多利用原子层沉积技术在大尺寸样品上进行镀膜，而对于微纳尺度的粉体颗粒由于其颗粒小，在真空腔体内很容易被高速真空泵抽走，因此需要对颗粒进行防止抽走的防护，但同时又要解决前驱体源料有效接触到粉体颗粒表面的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种微纳尺度粉体保护层包裹装置和方法,可以使各颗粒表面保护层沉积厚度均匀，表面保护层三维方向上厚度一致，而且能防止粉体颗粒被抽走。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种微纳尺度粉体保护层包裹装置，包括真空系统、反应腔体系统、前驱体脉冲系统、加热系统、载气输送系统、控制系统，前驱体脉冲系统连接反应腔体系统，反应腔体系统连接真空系统，在前驱体脉冲系统与反应腔体系统的连接通路上连接有载气输送系统，加热系统包括设置在前述系统装置上的加热装置。

进一步的，前驱体脉冲系统包括多条并联支路，分别提供两种以上不同前驱体源料，其主要部件包括脉冲执行器、和源料存储钢瓶，在脉冲执行器与源料存储钢瓶之间配置手动密封阀。

进一步的，脉冲执行器为最小开启时间可达10ms的常闭阀门，多个脉冲执行器交替开启，源料存储钢瓶内的前驱体源料交替进入反应腔体系统内部。

进一步的，前驱体源料为具有较高饱和蒸汽压的液态源或者固态源的任意一种。

进一步的，反应腔体系统为内外两腔体设计，外部腔体由上下铰接的两部分组成，上部为可绕铰链开合的盖，盖上安装有把手，外部腔体两侧分别设置有进气口和出气口，进气口连接前驱体脉冲系统和载气输送系统，出气口连接真空系统，外部腔体内部设置有红外加热器；内部腔体为粉末反应装置，内部均匀分布有沿轴向的长条状混合器，两底面为不锈钢网，其中一个底面为可拆卸底面，两底面外侧设置有转轴，延伸至外部腔体外，与驱动装置连接。

进一步的，反应腔体系统的内外两腔体可优选的为两层圆柱体设计。

进一步的，加热系统为反应腔体系统、管路、源料存储钢瓶以及脉冲执行器进行加热。

进一步的，控制系统用于控制真空系统的开启与关闭、源料脉冲的时间以及清扫时间、循环次数及温度控制的设置。

一种微纳尺度粉体保护层包裹方法，在一定温度下，采用ALD技术在真空反应腔体内对微纳尺度的粉体进行保护层包裹，反应腔体为内外两腔体，盛装粉体的内腔体在端面具有微米级孔，通过脉冲执行器使得前驱体源料通过载气交替进入反应腔体系统，并利用载气清扫多余的前驱体源料及反应副产物，从而得到所需的具有保护层包裹的微纳尺度粉体。

进一步的，反应腔体系统的温度为室温至300℃。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种微纳尺度粉体保护层包裹装置的结构示意图；

图2是外部腔体的主视结构示意图；

图3是外部腔体的俯视结构示意图；

图4是外部腔体的右视结构示意图；

图5是粉末反应装置的结构示意图；

图6是粉末反应装置的A-A结构示意图；

图7是粉末反应装置的B-B????^/ 结构示意图；

图8是粉末反应装置的C-C????^/ 结构示意图；

图9是粉末反应装置的D-D????^/ 结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。