[发明专利]用于产生颗粒团簇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生颗粒团簇的方法。这种团簇是团簇科学交叉学科领域的课题，其涉及到纳米尺寸颗粒的研究。团簇通常由2和200,000个之间的原子构成，并由此具有0.2-20纳米的直径。团簇示出作为例如催化颗粒、新型电子和光子材料组分和传感器组件的潜在应用，以及作为适于生物芯片中蛋白质分子的结合位点的潜在应用。

背景技术

现有的用于产生颗粒团簇的方法通常涉及基材的气化(诸如通过等离子体)，随后以较低的浓度凝聚到稀有气体内。这允许材料凝聚成相对小的团簇，而不是凝聚成大块的颗粒。

颗粒团簇的性质极大地依赖于团簇的尺寸，并且因此能够产生特定尺寸的团簇是有必要的。具体地，团簇的某些“幻数”尺寸以具有特定的稳定性而存在。在现有方法中，这通常是通过将所需尺寸的团簇按质量从具有相对宽分布的团簇尺寸的团簇群(诸如由上述凝聚方法产生的群)过滤来实现。这种质量选择可用四极或“飞行时间”传统质谱仪或者用在号为EP0883893的欧洲专利中所述的质量选择器来实现。

然而，所有这些方法具有固有的低效率，因为所产生团簇的一部分由于它们处于所需尺寸范围之外而被丢弃。所需尺寸范围越窄，这种低效率将会是效率更低。目前已知的最佳尺寸选择的团簇源每天可产生约1微克的团簇，这仅仅对于例如团簇催化活性的高度专业化的演示是足够的。但是，为了在商业上成为有用的，例如在制药/精细化工应用中，1千克/天量级的生产率将是可取的。因此，需求用于产生团簇的方法，而该方法可克服这种低效率。

此外已知的还有产生具有复合结构的团簇，诸如由壳(至少部分地)包围芯。存在用于获得这种结构的三种已知方法。在第一种方法中，芯被沉积到表面上，以及将包覆材料凝聚到芯的表面上。然而，这可能会导致包覆材料在芯上或不同芯之间的分配不均。此外，沉积在各芯之间的表面上的包覆材料会被浪费掉。

在第二种方法中，团簇从原材料气化，该原材料由芯和包覆材料构成。为了形成团簇，该材料被气化和冷凝。然而，这对于所得到的团簇结构只能进行有限的控制，而这又降低了该方法的有效性。

第三种方法涉及将包覆颗粒喷洒或凝聚到芯颗粒束上。这需要专门且昂贵的设备，以及复合团簇可以其产生的速率在本质上受到芯颗粒束流的限制。因此，需求用于产生复合团簇的改进方法。

本发明已经考虑到上述问题。

发明内容

根据本发明，提供一种用于产生颗粒状团簇的方法，其包括将芯通过基质支撑的包覆颗粒阵列。

不希望受到理论的束缚，据信芯和基质支撑的包覆颗粒之间的碰撞导致包覆颗粒在芯周围附聚，产生颗粒团簇。然而在一些实施例中，芯不通过颗粒团簇保持，而是从基质支撑的包覆颗粒阵列浮现出来。

应当理解的是包覆颗粒的阵列可以以包覆材料的离散颗粒的形式存在。备选地，包覆颗粒的阵列可为包覆材料的连续网络的形式。当然，应当理解的是，在原子或分子水平上，即使大块的固体也可被认为是由离散的原子或分子颗粒构成。

如本文所用，术语“基质支撑”是指包覆颗粒由基质保持在固定的相对位置内。因此，该方法与动态系统有所区别，在动态系统中包覆颗粒从等离子体等被有效地凝聚到芯上。使用基质支撑的包覆颗粒允许对包覆颗粒的分布和密度进行控制；因此，可更容易地控制所得到颗粒团簇的性质。

在一些实施例中，基质支撑的包覆颗粒的阵列是包覆颗粒的二维阵列，诸如像在基质外表面上的一层包覆颗粒。术语“二维”不应当被理解成要求该阵列在第三维度中不具有厚度(或仅仅是最小的厚度，诸如一个颗粒的厚度)，即使在某些实施例中有可能是这种情况。相反，该术语表示相比于所述第一和第二维度，在第三维度中没有相当的颗粒分布。因此，该阵列在第三维度中的厚度通常为比在所述第一和第二维度中的尺寸小几个数量级。例如，在第一和第二维度中的最小尺寸可为在第三维度中的最大厚度的至少10倍，至少20倍，至少50倍，至少100倍，至少200倍，至少500倍，至少1000倍，至少2000倍，至少5000倍，至少10⁴倍，至少10⁵倍，至少10⁶倍，至少10⁷倍，至少10⁸倍或至少10⁹倍。

在一些备选实施例中，基质支撑的包覆颗粒阵列是包覆颗粒的三维阵列，诸如像在整个三维基质中的颗粒悬浮或分散。