[发明专利]同心流反应器

说明书

领域

本发明涉及形成线，特别涉及在无基体存在下气相合成线。

背景

小的细长物体，通常称为纳米线、纳米棒、纳米晶须等，且一般包括半导体材料，至今已用以下途径之一合成：

- 液相合成，例如胶体化学方法，如由Alivisatos等在US 2005/0054004中例示，

- 从基体外延生长，利用或不利用催化颗粒，如由Samuelson等分别在WO 2004/004927和WO 2007/10781中展现的工作例示，或者

- 气相合成，通过激光辅助催化生长方法，如由Lieber等在WO 2004/038767 A2中例示。

在下表中比较用这些途径得到的线的性质。

因此，选择合成途径是不同线性质和制造成本之间的折衷。例如，基于基体的合成提供有利的线性质。然而，由于线分批形成，过程的可放大性受限，因此制造成本和产量受限。

概述

一个实施方案涉及气相纳米线生长装置，所述装置包括反应室、第一输入端和第二输入端。第一输入端同心位于第二输入端内，并且第一输入端和第二输入端经布置，使得从第二输入端输送的第二流体在从第一输入端输送的第一流体和反应室壁之间提供包覆(sheath)。本文所用术语“同心”具有“有共同中心”的一般意义。因此，同心aerotaxy^TM反应器可以为从圆筒形(例如，具有垂直于气流方向的圆形横截面)到椭圆筒形(例如，圆筒具有垂直于气流方向的椭圆形底和横截面)到任何多面体形状的任何形状，例如，箱形，也可称为长方体、长方棱柱或直角平行六面体。

另一个实施方案涉及制造纳米线的方法。该方法包括将第一气流提供到第一反应室，其中第一气流包括用于制造纳米线的第一前体；和将第二气流提供到反应室，其中第二气流形成使第一气流与反应室壁分隔的包覆。该方法也包括在反应室内在气相中生长纳米线。

另一个实施方案涉及纳米线生长系统，所述纳米线生长系统包括以上讨论的装置和流体连接到第一输入端的第一流体储器和流体连接到第二输入端的至少第二流体储器。可使用多于两个输入端和储器，例如三个或更多个输入端和储器。

附图简述

图1为现有技术aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2A为根据一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2B为在一个实施方案利用低芯流操作的图2A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2C为在一个实施方案利用高芯流操作的图2A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2D为在一个实施方案在入口用匹配的芯流和包覆流和在出口用与芯流相比较低的包覆流操作的图2A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2E为在一个实施方案在出口用匹配的芯流和包覆流和在入口用与芯流相比较低的包覆流操作的图2A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图2F为具有叠置aerotaxy^TM纳米线生长装置的aerotaxy^TM纳米线系统的示意图。

图2H和2G为沿图2A中线A-A’的顶视横截面图。

图2I为根据另一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长装置的顶视横截面图。

图3A为根据另一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图3B为根据另一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图。

图4A为根据另一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长装置的示意图；图4B为图4A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的传热组件的顶视图。此实施方案的元件可与图2A中所示的实施方案组合。

图5为图4A的aerotaxy^TM纳米线生长装置的提取器部分的示意图。

图6为根据一个实施方案的aerotaxy^TM纳米线生长系统的示意图。