通过激光热解生产多层亚微米颗粒的方法

文档序号:9457101阅读:456来源:国知局
通过激光热解生产多层亚微米颗粒的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通常通过激光热解生产多层颗粒(通常为通过上层覆盖的核层)的方法。本发明还涉及相关装置。
[0002]例如,这类方法允许使用者生产各自覆盖碳层的硅的亚微米颗粒。
[0003]现有技术
[0004]已知通过激光热解生产覆盖碳层的氧化硅颗粒的方法,如在文献US6,387,531中描述的。
[0005]然而,这类方法具有几个缺点:
[0006]这些颗粒的可能的类型和用途的数量是有限的并且可能寻求生产能实现新用途的颗粒,和
[0007]各个硅颗粒核上碳层的分布和厚度的均匀性有待改进。
[0008]本发明的目的是改进至少一个或多个上述缺点。
[0009]发明公开内容
[0010]使用生产颗粒的方法完成该目的,所述方法包括下列步骤:
[0011]-将至少一个包含第一化学元素(通常为硅)并且沿流方向传送的反应流引导至反应室,
[0012]-将辐射束投射通过反应室,所述辐射束在每个反应流的一个相互作用区中与各个反应流交叉,以便在各个反应流中形成包含第一化学元素的颗粒核,和
[0013]-将与各个反应流相互作用的第二化学元素(通常为碳)引导至所述反应室,以便使用包含第二化学元素的层覆盖颗粒核。
[0014]各个反应流优选缺少氧化第一化学元素的试剂,并且颗粒核优选包含非氧化形式的第一化学元素。
[0015]因此,通过不使用任何用于氧化第一化学元素的氧化剂,可获得颗粒,它的核包含非氧化形式的第一元素。第二元素的层防止核被氧化,并且能够:
[0016]-保持第一元素处于非氧化状态,其为生产的颗粒的可能用途留下更多选择:可为非氧化颗粒的新用途而保持核的第一元素为非氧化态,可去除第二元素层(例如在受控环境下,通过加热覆盖碳层的非氧化硅的颗粒提供没有碳层的硅颗粒(氧化或非氧化)并且释放CO2)以允许使用净化形式的第一元素用于其他更标准的用途,和
[0017]-避免通过环境氧而产生的核(例如非氧化硅)的自燃作用。
[0018]因此,例如,本发明的这类方法允许使用者生产各自覆盖防止硅核的各个颗粒的任何氧化的保护碳层的非氧化硅的亚微米颗粒。
[0019]所引导的第二元素的原子数量与所引导的第一元素的原子数量的比例优选相当于每单位时间引导一个原子的第二元素与每单位时间引导的至少两个原子的第一元素的比例。对于更小的比例(例如,对于每单位时间引导至反应流的一个原子的硅的第一元素,每单位时间引导至反应流一个原子的碳的第二元素),反应将不同的(例如获得碳化硅颗粒)。
[0020]可在围绕各个反应流的气流中将第二化学元素引导至室。
[0021]该实施方案显著改进各个颗粒核上第二元素层的分布和厚度的均匀性。确实,根据观察在其中在各个反应流中将第二化学元素与第一化学元素一起引导至室的情况下,各个颗粒核上第二元素层的分布和厚度的均匀性并不完美,特别是如果在各个反应流中未使用用于氧化第一化学元素的试剂。
[0022]可在从沿围绕各个反应流的闭合曲线分布的若干点喷出的且围绕各个反应流的外围气流中将第二化学元素引导至所述室并使第二化学元素在各个反应流的方向上传送。优选在各个反应流的相互作用区之后在外围气流中将第二化学元素引导至所述室。
[0023]本发明的方法还包括以下步骤:在各个反应流的相互作用区之前,将围绕各个反应流的限制气流引导至反应室并且使该限制气流沿流方向传送的。可在各个反应流的相互作用区之前在限制气流中将第二化学元素引导至所述室。
[0024]至少一个反应流的引导可包括由限制气流彼此分开的若干反应流的至少一个排列的引导,并且各个反应流包含所述第一化学元素且各个反应流沿所述流方向传送。
[0025]辐射束可沿优选垂直于流方向的辐射方向传送,且各个反应流排列的流可沿与流方向和辐射方向垂直的排列方向排列。
[0026]辐射束可沿优选垂直于流方向的辐射方向传送,且各个反应流在垂直于流方向的平面上可具有沿与所述流方向和所述辐射方向垂直的延长方向纵向延伸的横截面。
[0027]可在各个反应流的相互作用区之前,将第二化学元素与在各个反应流中的第一化学元素一起引导至所述室。
[0028]第一化学元素优选为硅。
[0029]优选将第一化学元素以3化4的形式引导至所述室。
[0030]颗粒核可为硅。
[0031]第二元素优选为碳。
[0032]根据本发明的另一方面,提供了通过本发明的方法获得的颗粒。
[0033]根据本发明的另一方面,提供了颗粒,各个颗粒包含:
[0034]-核,包含(优选地仅由其组成)第一非氧化化学元素(优选为硅),其具有3nm至900nm(优选具有Inm至90nm的标准偏差)的直径,和
[0035]-围绕所述核的层,其包含(优选仅由其组成)第二化学元素(优选为碳)并且具有至少0.5nm,优选0.5nm至1nm的层厚度(不一定是均勾的)。
[0036]根据本发明的另一方面,提供了生产颗粒的装置,其包含:
[0037]-包含试剂的试剂源,该试剂包含第一化学元素;
[0038]-反应室,其与试剂源连接;
[0039]-试剂注射器,布置其以便将至少一个包含所述试剂且来源于所述试剂源的反应流引导至室并且将所述反应流在每个反应流的一个反应流区域中沿流方向传送,
[0040]-辐射束发射器,布置其以便将所述辐射束投射通过所述反应室并且并且在每个反应流的一个相互作用区中与各个反应流区域交叉,
[0041]-第二化学元素源,和
[0042]-第二元素的注射器,布置其以将来自第二元素源的第二化学元素引导至所述反应室,以便该第二化学元素能够在所述室中与各个反应流相互作用。
[0043]所述试剂优选缺少布置用于氧化第一化学元素的试剂。
[0044]优选将第二元素的注射器和第一元素的注射器布置在一起以便按照一个原子的第二元素与至少两个原子的第一元素的比例来相对于第一元素的原子数量引导第二元素的原子数量。
[0045]可布置第二化学元素的注射器以在围绕各个反应流的气流中将第二化学元素引导至室。
[0046]可布置第二化学元素的注射器以在从沿围绕各个反应流的闭合曲线分布的若干点喷出的且围绕各个反应流的外围气流中将第二化学元素引导至所述室,并布置以在各个反应流的方向上引导所述外围气流。可布置第二化学元素的注射器以在各个反应流的相互作用区之后在外围气流中将第二化学元素引导至所述室。
[0047]本发明的装置还包含限制气体的注射器,布置其以在各个反应流的相互作用区之前,围绕各个反应流的限制气流被引导至所述反应室并且沿流方向传送。第二化学元素的注射器可包括限制气体注射器。
[0048]可布置至少一个反应流的注射器以将至少一个由所述限制气流彼此分开的若干反应流的至少一个排列引导至所述室,并且各个反应流包含所述第一化学元素且各个反应流沿所述流方向传送。
[0049]可布置发射器以便辐射束沿垂直于流方向的辐射方向传送,并且可布置至少一个反应流的注射器以便各个反应流排列的流沿与流方向和辐射方向垂直的排列方向排列。
[0050]可布置发射器以便辐射束沿垂直于流方向的辐射方向传送,并且可布置至少一个反应流的注射器以便各个反应流在垂直于流方向的平面中具有沿与流方向和辐射方向垂直的延长方向纵向延伸的横截面。
[0051]可布置第二化学元素的注射器以便在各个反应流的相互作用区之前将第二元素与在各个反应流中的第一化学元素一起引导至所述室。
[0052]附图和实施方案描述
[0053]在阅读绝非限制性的实施和实施方案的详细描述后并且根据以下附图,本发明的其他优点和特征变得明显:
[0054]图1是本发明的装置中反应流(根据考虑的变型,其可为流1、100、101、102、103、
104、105或106)的图解的侧横截面视图,
[0055]图2是本发明装置的图解的侧横截面视图(根据考虑的变型,其可为流1、101、102或 103),
[0056]图3是本发明装置中反应流排列101、102、103的图解的前横截面视图,
[0057]图4是本发明装置的一个变型的图解的侧横截面视图(根据考虑的变型,其可为流 1、100 或 101、104 或 102、105 或 103、106),
[0058]图5是伴随另一可选择反应流100的反应流I的透视图,
[0059]图6是伴随另一可选择反应流排列104、105、106的第一反应流排列101
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