用于纳米粒子生产的反应器的制作方法

本发明涉及一种用于纳米粒子生产的反应器。

本申请要求基于2017年9月7日提交的韩国专利申请no.10-2017-0114288的优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

通常，激光热解法是一种通过用激光照射原料使原料分解来形成纳米粒子的方法。

通过使用激光热解硅烷气体(sih4)能够合成硅纳米粒子。在这样的设备中，重要的是，没有损失地较好地收集合成的纳米粒子而，以提高生产率。

激光热解反应设备配备有光学透镜，激光束穿过该光学透镜，如果透镜被纳米粒子污染，则有可能透镜损坏。

为了防止这种情况，将透镜安装成与原料气体流过的主腔室分隔开，并且用于防止纳米粒子流入的冲洗气体喷嘴设置在安装透镜的区域中。然而，常规反应器不能完全防止纳米粒子流向透镜侧，从而透镜被纳米粒子污染，因此连续工作是不可能的。

技术实现要素：

技术问题

本发明要解决的问题是提供一种能够防止纳米粒子流向透镜侧的用于纳米粒子生产的反应器。

技术方案

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于纳米粒子生产的反应器，包括：主腔室，所述主腔室包括第一喷嘴，原料气体被供应到所述第一喷嘴；透镜壳体，所述透镜壳体以流体能够移动的方式连接到所述主腔室，并且包括用于向其中供应冲洗气体的第二喷嘴；透镜，所述透镜安装在所述透镜壳体上；光源，所述光源用于照射激光，使所述激光穿过所述透镜到达所述主腔室中的所述原料气体；以及罩，所述罩用于排出在所述主腔室中产生的纳米粒子，其中，所述透镜壳体设置成使得所述透镜壳体的区域的至少一部分的横截面积沿着面对所述主腔室的方向减小。

有益效果

如上所述，根据本发明的至少一个实施例的用于纳米粒子生产的反应器具有以下效果。

配备有透镜的透镜壳体形成为具有朝向主腔室的方向减小的横截面积，从而增加了透镜壳体中的冲洗气体的动量，因此，能够防止纳米粒子从主腔室流入透镜壳体的透镜中。

此外，通过使透镜壳体的流动路径弯曲，使得冲洗气体流不直接接触主腔室中的原料气体流，能够防止在透镜壳体中加速的冲洗气体干扰主腔室中的原料气体流，由此防止纳米粒子污染主腔室的内壁表面。

附图说明

图1和图2是示出普通的用于纳米粒子生产的反应器的示意图。

图3和图4是示出图1所示的用于纳米粒子生产的反应器的主要部分立体图。

图5是示出图3的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

图6和图7是示出根据本发明的第一实施例的用于纳米粒子生产的反应器的主要部分立体图。

图8是示出图6的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

图9和图10是示出根据本发明的第二实施例的用于纳米粒子生产的反应器的主要部分立体图。

图11是示出图9的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

图12是示出根据本发明的第三实施例的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的一个实施例的用于纳米粒子生产的反应器。

另外，不论附图标记如何，相同或相似的附图标记被赋予相同或相应的部件，将省略多余的说明，并且为了便于说明，所示的每个组成构件的尺寸和形状可能被放大或缩小。

在本文中，用于纳米粒子生产的反应器与激光热解反应设备相关。

图1和图2是示出普通的用于纳米粒子生产的反应器(100)的示意图，图3和图4是示出图1所示的用于纳米粒子生产的反应器(100)的主要部分立体图，图5是示出图3的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

反应器(100)包括：主腔室(110)，主腔室(110)包括第一喷嘴(111)，原料气体被供应到第一喷嘴(111)；以及透镜壳体(120)，透镜壳体(120)以流体能够移动的方式连接到主腔室(110)并且包括用于向其中供应冲洗气体的第二喷嘴(121)。另外，反应器(100)包括：透镜(130)，透镜(130)安装在透镜壳体(120)上；光源(150)，光源(150)用于照射激光，使激光穿过透镜(130)到达主腔室(110)中的原料气体；以及罩(140)，罩(140)用于排出在主腔室(110)中产生的纳米粒子。

在一个示例中，光源(150)可以设置成使得二氧化碳(co2)激光被照射，并且原料气体可以包括甲硅烷(sih4)。另外，原料气体和鞘气体(sheathgas)(例如，n2)可以经由第一喷嘴(110)被一起注入。此时，第一喷嘴(110)可以设置成使得原料气体在中心被注入并且鞘气体在包围原料气体的状态下被注入。

从第一喷嘴(110)注入到主腔室(110)中的原料气体(sih4)吸收激光并通过强烈的分子振动而分解成自由基(si自由基)的形式，自由基发展成纳米粒子核并在之后与周围的自由基结合从而在逐渐生长的同时产生球形纳米粒子(硅纳米粒子)。在原料气体与激光彼此相交的、主腔室(110)的反应区域中形成纳米粒子，并且反应后的残留气体与合成粒子一起到达罩(140)。为了防止透镜(130)被纳米粒子污染和损坏，透镜(130)被安装成经由透镜壳体(120)与主腔室(110)分隔开，并且透镜壳体(120)配备有用于注入冲洗气体的第二喷嘴(121)。

如图3和图4中所示，当透镜壳体(120)的横截面积(流动横截面积)沿着面对主腔室的方向恒定时，被示出为参照图5，原料气体中包含的一些粒子接触透镜(130)。具体地，分析速度矢量的结果，确认了从主腔室(110)流向透镜壳体(120)的透镜(130)的流。确认了纳米粒子沿着该流而流入透镜壳体(120)中。

图6和图7是示出根据本发明的第一实施例的用于纳米粒子生产的反应器的主要部分立体图，图8是示出图6的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

透镜壳体(220)设置成使得区域的至少一部分的横截面积(流动横截面积)沿着面对主腔室(110)的方向而减小。

可以以各种方式确定透镜壳体(220)的横截面积，例如，透镜壳体(220)的横截面可以是圆形。

在一个实施例中，透镜壳体(220)可以包括：横截面积沿着面对主腔室(110)的方向保持恒定的第一区域；以及从第一区域延伸到主腔室(110)侧并且具有减小的横截面积的第二区域。

此时，透镜(130)可以设置在第一区域侧，第二喷嘴(321)可以设置在第一区域侧。

此外，第一区域和第二区域可以设置成使得第一区域和第二区域的中心轴线同轴地定位。例如，透镜壳体(220)可以设置成使得第一区域的中心轴线与第一喷嘴(111)的中心轴线正交。

此时，光源(150)可以设置成使得激光穿过第一区域和第二区域而被照射到主腔室(110)中。

随着透镜壳体(120)的直径朝向主腔室(110)减小，在透镜壳体(120)与主腔室(110)之间的连接区域中冲洗气体(例如n2)的流速增加，随着冲洗气体的动量增加，纳米粒子进入主腔室(110)中的回流现象消失。参照图8可以看出，未发现朝向透镜侧的粒子轨迹。

图9和图10是示出根据本发明的第二实施例的用于纳米粒子生产的反应器的主要部分立体图，图11是示出图9的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

透镜壳体(320)设置成使得区域的至少一部分的横截面积(流动横截面积)沿着面对主腔室(110)的方向减小。

可以以各种方式确定透镜壳体(320)的横截面积，例如，透镜壳体(320)的横截面可以通过包括笔直部分和弯曲部分而构成，如图9。

在一个实施例中，透镜壳体(320)可以包括：第一区域(322)，第一区域(322)的横截面积沿着面对主腔室(110)的方向保持恒定；以及第二区域(323)，第二区域(323)从第一区域(322)延伸到主腔室(110)侧并且具有减小的横截面积。

此时，透镜(130)可以设置在第一区域(322)侧，第二喷嘴(321)可以设置在第一区域(322)侧。

进一步，第一区域(322)和第二区域(323)可以设置成使得第一区域(322)和第二区域(323)的中心轴线同轴地定位。例如，可以将透镜壳体(320)设置成使得第一区域(322)的中心轴线与第一喷嘴(111)的中心轴线正交。

此时，光源(150)可以设置成使得激光穿过第一区域(322)和第二区域(323)而被照射到主腔室(110)中。

随着透镜壳体(120)的直径朝向主腔室(110)减小，在透镜壳体(120)与主腔室(110)之间的连接区域中冲洗气体的流速增加，并且随着冲洗气体的动量增加，纳米粒子进入主腔室(110)中的回流现象消失。参照图11可以看出，未发现朝向透镜侧的粒子轨迹。

图12是示出根据本发明的第三实施例的反应器中的粒子轨迹的模拟结果。

透镜壳体(420)设置成使得区域的至少一部分的横截面积(流动横截面积)沿着面对主腔室(110)的方向减小。

在一个实施例中，透镜壳体(420)可以包括：第一区域(422)，第一区域(422)的横截面积沿着面对主腔室(110)的方向保持恒定；以及第二区域(423)，第二区域(423)从第一区域(422)延伸到主腔室(110)侧并且具有减小的横截面积。另外，透镜壳体(420)可以包括第三区域(424)，第三区域(424)从第二区域(422)延伸并且其中心轴线不与第二区域(422)的中心轴线同轴地定位。

此时，透镜(130)可以设置在第一区域(422)侧，第二喷嘴(421)可以设置在第一区域(422)侧。

进一步，第一区域(422)和第二区域(423)可以设置成使得第一区域(422)和第二区域(423)的中心轴线同轴地定位。例如，透镜壳体(420)可以设置成使得第一区域(422)的中心轴线与第一喷嘴(111)的中心轴线正交。此时，第三区域(424)可以相对于第一区域(422)朝向第一喷嘴(111)侧向下倾斜。

在该结构中，可以防止透镜壳体(420)中的冲洗气体流与从第一喷嘴(111)注入的原料气体流垂直地交叉。

在这种情况下，由于冲洗气体流与第一喷嘴的外壁碰撞，然后包围第一喷嘴而上升，因此冲洗气体流还用作保护气体(shieldinggas)以防止原料气体扩散。

如上所述的本发明的优选例是出于示例性目的而公开的，其中，具有本发明的普通知识的本领域技术人员可以在本发明的思想和范围内进行各种变更、修改和添加，并且这种变更、修改和添加应被认为落入所附权利要求的范围之内。

工业可应用性

根据与本发明的至少一个实施例相关的用于纳米粒子生产的反应器，能够防止在透镜壳体中加速的冲洗气体干扰主腔室中的原料气体流，由此可以防止纳米粒子污染主腔室的内壁表面。