[发明专利]一种气相团簇反应装置、反应系统与方法

说明书

本发明涉及一种气相团簇反应装置、反应系统与方法。本发明所述反应装置包括反应部件和蒸发部件，其中，所述反应部件包括反应室，所述反应室设有反应开口端；所述蒸发部件包括伸缩组件和加热元件，所述伸缩组件包括蒸发室，所述蒸发室连通所述反应室，所述加热元件连接所述伸缩组件，用于对所述蒸发室加热。本发明可通过蒸发部件将固体有机物升华为气态，经过分流后成为超音速膨胀分子束与轴向飞行的金属团簇在反应管中高效精准地反应生长成为金属‑有机簇合物。

技术领域

本发明涉及团簇反应技术领域，具体涉及一种气相团簇反应装置、反应系统与方法。

背景技术

金属有机杂化材料不仅兼具无机材料和有机材料各自的优点，而且可以通过调控金属与有机分子之间的相互作用获得新的光学、电学、催化等性能，已成为功能材料领域一个极具潜力的研究方向和热点课题。金属与有机分子之间存在着多种能量传递和电荷转移相互作用，包括金属与金属之间、有机配体之间以及金属与有机配体之间的相互作用，调控金属簇合物内/间的相互作用对于设计合成性能增强的功能性材料至关重要。然而，由于目前多采用液相合成法进行相关研究，难以排除溶剂对簇合物的干扰。团簇气相研究方法能够在原子分子水平上精准调控团簇的组分和结构。

金属-有机气相团簇反应的常用思路是通过磁控溅射金属靶材的方式产生金属团簇，金属团簇在反应装置中与中性超音速膨胀分子束碰撞、冷却、反应、生长成为金属-有机簇合物。簇合物的形成和生长与腔体压力、靶枪功率、加热温度、反应管位置等因素有关，在反应过程中，如何协同调节各项参数以实现对其结构-性能的精准调控是目前金属-有机簇合物气相反应装置的难点。反应装置如何能够对有机物气化使之与金属团簇进行有效反应也是该领域的关键研发方向。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种气相团簇反应装置、反应系统及方法，以解决气相有机物与金属团簇反应的上述其一或多个技术难题。

本发明首先提出一种气相团簇反应装置，所述反应装置包括反应部件和蒸发部件，其中，

所述反应部件包括反应室，其串联基于磁控溅射金属团簇束源组件和基于有机固体热蒸发束源部件的开口，所述反应室设有基于流动管式反应气入口和反应产物出口的开口端；

所述蒸发部件包括伸缩组件和加热元件，所述伸缩组件包括蒸发室，所述蒸发室连通所述反应室，所述加热元件连接所述伸缩组件，用于对所述蒸发室加热。

上述技术方案使得能够在蒸发室内放置固体有机物，经加热蒸发后的气体有机物与通过磁控溅射产生的金属团簇在反应室内进行反应。而且反应室的取样位置可调、蒸发室温度可控可调，使得能够调节有机-金属气相反应处于合适的状态。

根据本发明的一种实施方式，所述伸缩组件包括底座和空心管，所述底座设有腔室，所述空心管的外壁与所述底座的腔室的内壁螺纹连接，所述空心管的一端封闭，另一端开口，该另一端用于与所述反应室相连通，所述空心管的所述一端的内侧至所述伸缩组件与所述反应部件的连接处形成所述蒸发室。

根据本发明的一种实施方式，所述蒸发部件还包括分流器，所述分流器设于所述伸缩组件与所述反应部件的连接处。

根据本发明的一种实施方式，所述分流器为漏斗，所述漏斗的大口朝向所述反应部件，所述漏斗的小口朝向所述空心管。

根据本发明的一种实施方式，所述加热元件为陶瓷加热棒，该陶瓷加热棒穿入所述底座的孔中，所述底座和所述空心管均为导热材料构成。

根据本发明的一种实施方式，所述蒸发部件还包括热电偶，该热电偶插入所述底座的孔中，用于实时监测所述蒸发室温度。

根据本发明的一种实施方式，所述蒸发部件设于所述反应部件的反应室下方，所述反应部件为夹层结构，所述蒸发室通过所述夹层连通所述反应室。