用于产生气溶胶的设备和方法以及聚集部的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于产生气溶胶(aerosol)的设备，并且更具体地涉及独立权利要求I的前序部分中所述的设备。
[0002]本发明也涉及一种用于产生气溶胶的方法，并且更具体地涉及独立权利要求12的前序部分中所述的方法。
[0003]本发明还涉及一种用于雾化器的聚集部(focusing part)，并且更具体地涉及独立权利要求18的前序部分中所述的聚集部。
【背景技术】
[0004]根据现有技术，可以通过多种不同的技术(诸如用气体分散雾化器、压力分散雾化器和超声波雾化器)将液体雾化成小液滴。
[0005]现有技术中已知，可以将两个雾化器布置为以使由此产生的气溶胶喷射流直接互相碰撞的方式基本上直接彼此相向。通过使气溶胶喷射流优选地基本上彼此直接相向，产生气溶胶，由于直接碰撞，该气溶胶具有可忽略的净动量(net momentum)。换句话说，在现有技术中基于碰撞的雾化器，由于气溶胶基本上是静止的，使用基本上定向于气溶胶喷射流的碰撞点的单独气流，该气溶胶可以在所需的方向上移动。气溶胶用于涂覆沉积室中的基板(基片，衬底)。
[0006]虽然待涂覆的基板通常布置在沉积室的底部，但雾化器布置在水平方向上，使得单独气流布置成基本上在竖直的方向上排出气体以引导气溶胶向下流向基板。典型地，雾化器成对布置以用于以使各雾化器对的雾化器基本上直接同轴地彼此相向的这种方式来构成一个或多个雾化器对，借此每个雾化器对的气溶胶喷射流直接彼此碰撞。连续地或相邻地将雾化器对竖直(垂直)地或水平地进一步布置在装置中。该理念是，单独气流基本上流向气溶胶喷射流的碰撞点并基本上流向待涂覆的基板，使得气溶胶被引向基板，这意味着雾化器基本上与待涂覆的基板平行。借助于单独气流，气溶胶可以成形为负责辅助基板涂覆的线状气溶胶。
[0007]与上述布置有关的缺点之一是，借助单独气流所引导的气溶胶在接触基板时可能是不均匀的。该现有技术的布置无论如何都需要用于借助气流来分散气溶胶的单独气体喷嘴，且每个附加的组件都增加了成本。使用上文提及的雾化器产生的气溶胶包含大液滴，且大液滴降低了涂覆中的均匀性和平整度，所以需要厚液膜，该厚液膜具有高的表面张力，且需要长的时间以在基板的表面上变得平整。产生气溶胶的气溶胶喷雾并不产生均匀的气溶胶并且气溶胶束不是均匀的。这通过移动喷雾或待涂覆的目标或者通过移动这两者来弥补，这是相当复杂的。
【发明内容】
[0008]因此本发明的目的是提供一种方法和一种用于实现该方法的设备，以减轻上述缺点。用根据独立权利要求1的设备来实现本发明的目的。用根据独立权利要求12的方法和根据独立权利要求18的聚集部来进一步实现本发明的目的。
[0009 ]在从属权利要求中公开了本发明的优选的实施方式。
[0010]在本申请中，术语气溶胶除了是指单纯的气溶胶之外，还指雾，即悬浮在空气中的液滴的聚集。表示为所得的能见度下降的雾的密度是这样的:该雾将能见度降低至小于lkm。气溶胶是指气体中细液滴的悬浮，但在该上下文中它还指涉及含有液体颗粒的混合物的雾，但该液体颗粒的平均尺寸大于气溶胶中液滴的平均尺寸。该液滴可以含有一些固体颗粒。
[0011 ]在本申请中，气溶胶喷射流指的是至少一种液体的液滴和至少一种气体的混合物的喷射流。
[0012]本发明的设备和方法基于一个令人惊喜的发现，即两个雾化的气溶胶喷射流直接碰撞在一起使得在雾化器的出口点处气溶胶离开雾化器的速度接近声音的速度或者甚至超过声音的速度(超音速)。在碰撞点的静态压力主要是由于该气溶胶束的速度压力。换言之，速度压力转变为气溶胶喷射流的碰撞中的静态压力。在该上下文中，速度压力是如在William C.Hinds的出版物Aerosol Technology (气溶胶技术)(A Wiley-1ntersciencePublicat1n出版社)中所定义的。来自气溶胶喷射流流动的压力使气溶胶大多沿着垂直于气溶胶喷射流的方向的平面从碰撞点出去离开。由于气体分子具有低惯量，因此气体分子的一部分在气溶胶喷射流的相反方向上返回接近气溶胶喷射流，然而，引起了接近各雾化器的表面的轻微相反的气体流。气溶胶喷射流的碰撞还导致较大的液滴的破碎。一些不需要的液滴也可以在雾化器的外表面上漂移，从而导致雾化器外表面的润湿。上面提及的相反的气流促使所述不需要的液滴离开雾化器头，从而保持雾化器头清洁，没有不需要的润湿和液滴。已发现，当较大的液滴的破碎作用状态最好并且同时气流保持了雾化器的出口面清洁而没有沉积在雾化器的外表面上的液滴时，雾化器之间的距离为2_5mm。
[0013]当以使两个雾化的气溶胶喷射流彼此碰撞的方式将它们定向时，产生具有较小液滴的气溶胶。换言之，在碰撞中，较大的液滴破碎成较小的液滴。由于直到在碰撞点上气溶胶喷射流才混合，因此所述设备可以用于产生包括至少两种不同液体(诸如由水和甲醇雾化的液滴)的气溶胶，并且所述液体可以是例如彼此不混溶的(诸如水和汽油)，或以不可能将它们一起引导至相同的雾化器的方式互相反应，例如因为液体一起形成了例如胶状混合物，诸如含有金属盐和原硅酸四乙酯(TEOS)的水。本发明的设备可用于同样由混合物、含有溶剂和溶解在其中的金属盐的液体或不同的液体(例如一种液体可以是胶体溶液)而产生气溶胶。
[0014]在根据本发明的用于产生气溶胶的方法中，将第一雾化器和第二雾化器彼此相对布置，使得第一雾化器的排出开口与第二雾化器的排出开口相对。第一和第二雾化器包括用于雾化气溶胶喷射流的雾化头。至少一种液体前体在第一雾化头中被雾化成第一雾化的气溶胶喷射流，并在第二雾化头中被雾化成第二雾化的气溶胶喷射流。从雾化器的排出开口排出所述雾化的气溶胶喷射流，使得从排出开口出来的雾化的气溶胶喷射流以第一和第二雾化的气溶胶喷射流在碰撞点直接彼此碰撞的这种方式被引导为优选地在竖直方向上基本上直接彼此相向。在第一和第二雾化的气溶胶喷射流在碰撞点彼此碰撞时形成从碰撞点逸出(离开，escape)的气溶胶的这种压力下，将至少一种液体引入到第一和第二雾化器中。气溶胶从碰撞点径向地并基本上对称地离开。在碰撞点所形成的气溶胶在碰撞后扩散到与从雾化器喷射出的气溶胶喷射流的方向相关的垂直(竖直)平面。当雾化器对被定位到具有在雾化器对周围的适当自由空间的沉积室的中心区域中并且雾化器对布置在基本上竖直(垂直)的方向上时，雾化的气溶胶喷射流的碰撞中形成的气溶胶平面在从碰撞点离开时形成基本上水平的气溶胶平面，并将在沉积室的水平方向上均匀扩散且用高度均匀的气溶胶填充该室。离雾化器的邻近区域的更远处，气溶胶密度对于所有方向是基本上均匀的。由于多次碰撞，气溶胶的运动停息，并且转变成具有接近零的净动量的气溶胶的热量。由于溶剂的蒸发能量高，所以加热效果相对小。远离雾化器朝向待涂覆的基板的气溶胶的主要运动是由重力引起的，并且液滴轻轻地落在基板上。待涂覆的基板优选地布置在淀积室的底部，并且优选地布置成平行于水平的或基本上水平的气溶胶平面，使得通过在重力下落下的所述气溶胶平面来涂覆所述基板。基板和气溶胶优选地基本上处于相同的温度。在本发明的一个实施方式中，该方法还包括将在从雾化头延伸的聚集部中的第一雾化的气溶胶喷射流限制成为第一点状的(精确的，punctual)气溶胶喷射流并且将第二雾化的气溶胶喷射流限制成为第二点状的(精确的)气溶胶喷射流的步骤。在本发明的一个实施方式中，该方法还包括通过对至少一个雾化器布置阻流部(choked flow part)使得雾化的液体被布置为在经排出开口排出之前穿过所述阻流部来减小气溶胶喷射流的平均液滴尺寸的步骤。在根据本发明的