[发明专利]一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置和方法有效

专利信息
申请号: 201410247956.1 申请日: 2014-06-06
公开(公告)号: CN104046958A 公开(公告)日: 2014-09-17
发明(设计)人: 陈蓉;段晨龙;刘潇;曹坤;单斌;文艳伟 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: C23C16/455 分类号: C23C16/455;B82Y40/00;B82Y30/00
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 梁鹏
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 纳米 颗粒 表面 修饰 装置 方法
【权利要求书】:

1.一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,通过利用载气输送的多种前驱体进行原子层沉积,从而在微纳米颗粒的表面形成包覆薄膜,实现表面修饰,其特征在于,该装置包括:

反应腔,其内部形成的空腔用于作为前驱体与微纳米颗粒的反应空间;

多个前驱体供应装置,其分别通过管道与所述反应腔相通,用于分别向反应腔体中提供不同的前驱体;

载气输送系统,其设置在所述前驱体供应装置的管道上,所述前驱体通过该载气输送系统输出的载气输送到反应腔中;以及

粉体颗粒装载装置,其设置在所述反应腔中并可在其中轴向旋转,用于承载待修饰的微纳米颗粒,该粉体颗粒装载装置一端与位于反应腔外的旋转驱动机构连接,另一端与反应腔外的真空系统连接;

通过所述多个前驱体供应装置分别向所述反应腔交替地输送前驱体,并进入所述旋转的粉体颗粒装载装置中以与微纳米颗粒表面接触进行原子层沉积反应,从而在微纳米颗粒的表面形成包覆薄膜,实现表面修饰。

2.根据权利要求1所述的一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,其特征在于,所述粉体颗粒装载装置为两层圆筒套装而成,内外两层筒壁均为微米级孔径的不锈钢粉末烧结滤网,筒体两端面设置有盖板,并通过螺柱相互连接以将双层圆柱状滤网夹紧,保证粉体颗粒不会从颗粒装载装置中漏出,筒体两端的盖板分别通过磁流体密封装置与真空系统和旋转驱动机构连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,其特征在于,所述前驱体供应装置包括存储前驱体源的前驱体钢瓶、设置在前驱体钢瓶与反应腔连接的管道上的前驱体快速响应阀门,以及位于所述前驱体快速响应阀门与钢瓶之间的手动针阀,通过各前驱体供应装置上的快速响应阀门的交替开启,实现不同前驱体交替进入反应腔,并通过手动针阀的调节,实现输入的前驱体脉冲压力大小的控制。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,其特征在于,还具有加热与温度控制系统,包括设置在腔体内部的环形加热器(16)、前驱体供应系统上的加热装置(15)以及温度传感器(14),其中,环形加热器(16)和加热装置(15)分别用于为反应腔、和前驱体供应装置加热,所述温度传感器(14)用于测量反应腔(1)的温度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,其特征在于,所述真空系统包括真空泵(12)、节流阀(10)和磁流体密封装置(9),其中所述真空泵(12)用于对反应腔抽真空,保证反应环境的洁净并清除反应副产物与多余的前驱体,所述磁流体密封装置(9)与粉体颗粒装载装置(3)连接,用于使得反应腔中所有的气流均穿过该粉体颗粒装载装置(3)中的粉体颗粒层后被抽出,所述节流阀(10)设置在磁流体密封装置(9)下游,用于控制通过粉体颗粒装载装置(3)中粉体颗粒层的气流流速。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于微纳米颗粒表面修饰的装置,其特征在于,所述旋转驱动机构包括电机(20)、联轴器(19)和磁流体密封装置(18),其中磁流体密封装置(18)与反应腔(1)相连,电机(20)通过与其相连的联轴器(19)传动给磁流体密封装置(18)的转轴,从而驱动与该转轴连接的粉体颗粒装载装置(3)旋转。

7.一种利用上述权利要求1-6中任一项所述的用于微纳米颗粒表面修饰的装置进行微纳米颗粒表面修饰的方法,其通过利用载气输送的多种前驱体进行原子层沉积,在微纳米颗粒的表面形成包覆薄膜,实现表面修饰,其特征在于,该方法包括:

在一定的原子层沉积(ALD)反应温度下,利用所述真空系统对反应腔抽真空;

粉体颗粒装载装置在旋转运动传动系统的带动下旋转,带动其中的粉体颗粒旋转运动;

多种前驱体在载气带动下交替进入反应腔,并穿过所述粉体颗粒装载装置外侧滤网后在粉体颗粒表面发生化学吸附;

在真空系统的真空泵的作用下利用载气清扫多余的前驱体及反应副产物,从而得到所需的进行了表面修饰的微纳米颗粒。

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