专利名称：制备碳及金属纳米粒子材料的装置及工艺的制作方法
技术领域：
本发明制备碳及金属纳米粒子材料的装置及工艺属于纳米科学技术与微粒子合成技术领域。
本发明制备碳及金属纳米粒子材料装置，其特征在于，是一种用碳及金属材料制成的靶材作为电子浴辅助阴极电弧源的一种装置，该装置就是在可抽成真空且能充入惰性气体介质的真空容器2中，设有阴极电弧源系统、热电子发射系统、冷凝收集器系统、抽气系统10和供气系统7，其阴极电弧源系统由阴极电弧源5和引燃电弧钩8组成，热电子发射系统由热电子发射装置4和加热电源3组成，冷凝收集器系统由冷凝收集器1和液氮冷却液9组成，阴极电弧源5和引燃电弧钩8安装在真空容器2上方的容器壁上，热电子发射装置4置于阴极电弧源5下方，冷凝收集器1置于真空容器2的下方，在阴极电弧源5和真空容器2壁上连接0～70V、0～300A的可调直流电源6，热电子发射装置是由高熔点金属制成螺旋状排放在阴极电弧源下方，冷凝收集器是由耐高温、导热性能好的不同形状并能快速冷凝的金属材料制成。
上述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述的阴极电弧源靶材是由高纯度的石墨碳、金属元素或类金属元素及其组合物制成，阴极电弧源靶的形状为圆形，尺寸为φ65×40mm，也可以为方形，尺寸为200×400mm。
上述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述的热电子发射装置是由高熔点的金属丝W、Ta制成螺旋状，排放在距阴极电弧源下方50～100mm处。
上述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述冷凝收集器1是由耐热不锈钢或纯铜制成的能通入液氮冷却液的开口圆形管或方形管组成。
采用上述装置制备碳及金属纳米粒子材料的工艺，其特征在于其具体工艺步骤是首先由抽气系统将真空容器2抽至高真空，由送气系统7充入Ar气，而后由引燃电弧钩8引燃阴极电弧源靶5，同时把热电子发射装置4由电源3供电加热到2000℃以上发射出高密度的热电子，从阴极电弧源靶5发射出高能量、高密度、高离化率的金属粒子流，经热电子发射装置产生的大量热电子的碰撞后进一步离解，到达液氮急冷的收集器后急速冷凝，将获得碳及金属纳米粒子材料。其所述的工艺参数为阴极电弧源电压20～22V，弧流50～250A，热电子发射W丝的温度为2000℃以上，真空容器的极限真空度为1×10-2Pa～5×10-2Pa，充入的气体介质为Ar气，工作气压在1×10-1Pa～20Pa。
该发明的优点及用途为设备简单、操作方便、合成速度快、合成粒子细小、尺寸大小可以控制，而且成本低，应用领域广泛，可应用于食品、化装、医疗、保健、工业、农业、电子通讯、环保、国防等领域。
权利要求
1.制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于，是一种用碳及金属材料制成的靶材作为电子浴辅助阴极电弧源的一种装置，该装置就是在可抽成真空且能充入惰性气体介质的真空容器(2)中，设有阴极电弧源系统、热电子发射系统、冷凝收集器系统、抽气系统(10)和供气系统(7)，其阴极电弧源系统由阴极电弧源(5)和引燃电弧钩(8)组成，热电子发射系统由热电子发射装置(4)和加热电源(3)组成，冷凝收集器系统由冷凝收集器(1)和液氮冷却液(9)组成，阴极电弧源(5)和引燃电弧钩(8)安装在真空容器(2)上方的容器壁上，热电子发射装置(4)置于阴极电弧源(5)下方一定距离处，冷凝收集器(1)置于真空容器(2)的下方，在阴极电弧源(5)和真空容器(2)壁上连接0～70V、0～300A的可调直流电源(6)，热电子发射装置是由高熔点金属制成螺旋状排放在阴极电弧源下方一定距离处，冷凝收集器是由耐高温、导热性能好的不同形状并能快速冷凝的金属材料制成。
2.根据权利要求1所述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述的阴极电弧源靶材是由高纯度的石墨碳、任何金属元素或类金属元素或任何比例金属元素组合物制成，阴极电弧源靶的形状为圆形，尺寸为φ65×40mm，也可以为方形，尺寸为200×400mm。
3.根据权利要求1所述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述的热电子发射装置是由高熔点的金属丝W、Ta等制成螺旋状，排放在距阴极电弧源下方50～100mm处。
4.根据权利要求1所述的制备碳及金属纳米粒子材料的装置，其特征在于所述冷凝收集器(1)是由耐热不锈钢或纯铜制成的能通入液氮冷却的开口圆形管或方形管。
5.采用上述装置制备碳及金属纳米粒子材料的工艺，其特征在于其具体工艺步骤是首先由抽气系统将真空容器(2)抽至高真空，由送气系统(7)充入Ar气，而后由引燃电弧钩(8)引燃阴极电弧源靶(5)，同时把热电子发射装置(4)由电源(3)供电加热到2000℃以上发射出高密度的热电子，从阴极电弧源靶(5)发射出高能量、高密度、高离化率的金属粒子流，经热电子发射装置产生的大量热电子的碰撞后进一步离解，到达液氮急冷的收集器后急速冷凝，将获得碳及金属纳米粒子材料，其所述的工艺参数为阴极电弧源电压20～22V，弧流50～250A，热电子发射W丝的温度为2000℃以上，真空容器的极限真空度为1×10-2Pa～5×10-2Pa，充入的气体介质为Ar气，工作气压在1×10-1Pa～20Pa。
全文摘要
制备碳及金属纳米粒子材料的装置及工艺属于纳米技术与微粒子合成技术领域。其特征在于它是利用电子浴辅助阴极电弧源,把石墨或金属及其合金制成阴极电弧源的靶材,引燃电弧后发射出高能量、高密度、高离化率的碳或金属的离子流,经电子发射装置产生的大量热电子的碰撞后进一步离化,在液氮急速冷却的收集器内合成碳及金属的纳米粒子,该发明具有合成速度快、设备简单、成本低等优点。
文档编号C01B31/00GK1385268SQ0211019
公开日2002年12月18日 申请日期2002年3月20日 优先权日2002年3月20日
发明者潘俊德, 徐重, 唐宾, 田林海, 陈飞 申请人:太原理工大学