[发明专利]将纳米颗粒充电的设备和方法

说明书

发明领域

本发明涉及将纳米颗粒充电的设备，且特别涉及根据权利要求1前序部分所述的设备。本发明还涉及将纳米颗粒充电的方法，且特别涉及根据权利要求12前序部分所述的方法。

发明背景

纳米颗粒（nanoparticles），即具有1至1000纳米尺寸的颗粒，已被发现在工业中具有许多重要的应用，例如在玻璃工业中用以产生催化表面、自清洁及抗菌的产品、玻璃染色、以及光学元件如光纤的制造，等等。能够产生纳米颗粒对于这些应用的可行使用是重要因素。纳米颗粒需要具有相对狭窄的尺寸分布（单分散性）、抗聚集（ant i-agglomerat ion）、以及均质性（homogeneity）。纳米颗粒的生产应易于从实验室规模生产转变到工业规模生产。在工业规模中，常常通过气相工艺（vapour phase processes）来产生纳米颗粒。气相工艺，也称为气溶胶反应器工艺（aerosol reactorprocesses），包括火焰反应器、热壁反应器、等离子体反应器、气体冷凝方法、激光烧蚀、以及喷雾热解（spray pyrolysis）等。

当纳米颗粒用于工业应用时，现有技术的问题在于难以控制工业中所使用的纳米颗粒。例如，将纳米颗粒沉积在基底上，用以在基底上提供涂层或者调整基底的表面特性。由于纳米颗粒的尺寸小，因此难以将它们均匀地沉积。因此产生纳米颗粒的非均匀通量（flux）。非均匀通量是由于难以控制和引导所产生的纳米颗粒。此外，现有技术的缺点是材料效率（material efficiency）相当低、并且难以在必要时控制和调节沉积。所述问题的一种解决方案是使纳米颗粒充电并且利用电力来控制及沉积带电的纳米颗粒。

然而，对纳米颗粒充电非常困难，并且其不能以工业规模使用任何已知的现有技术来实现。纳米颗粒的小尺寸使得纳米颗粒的充电无效。

发明概述

本发明的目的是提供将纳米颗粒充电的设备以及将纳米颗粒充电的方法，以便克服上述的问题。通过根据权利要求1的特征部分的用于将纳米颗粒充电的设备实现了本发明的目的。通过根据权利要求12的特征部分的用于将纳米颗粒充电的方法进一步实现了本发明的目的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施方案。

本发明是基于以间接方式将纳米颗粒充电的思想。根据本发明，首先，利用一个或多个雾化器将一种或多种液体原料气化成微滴。在雾化期间或之后，将所产生的微滴进一步充电，并将带电的微滴引导至蒸发腔室，在该蒸发腔室中通过从微滴气化液体材料来从液体微滴产生纳米颗粒。所述纳米颗粒可被进一步沉积于基底上。根据本发明，在将液体微滴引导至蒸发腔室之前并且在将微滴的液体材料气化之前，于雾化期间或之后将液体微滴充电。当微滴的液体材料气化时，微滴的电荷转移到微滴中存在的纳米颗粒，或者在微滴的液体材料气化期间形成微滴的电荷。因此，当微滴的电荷转移到纳米颗粒中时，便产生带电的纳米颗粒。可利用一个或多个电场将带电的纳米颗粒引导或沉积在基底上。

本发明的优点在于，当纳米颗粒的液体材料气化时，随著液体微滴的电荷转移到纳米颗粒，将微滴充电还使得所产生的纳米颗粒也被充电。根据本发明使用间接方式将纳米颗粒充电，这提供了一种用以将纳米颗粒充电的有效且工业上适用的方案。此外，由于带电的纳米颗粒的互斥电力，纳米颗粒的电荷使得纳米颗粒的通量更加均匀。换而言之，带电的纳米颗粒因为电荷而彼此互斥，使得纳米颗粒的通量或分布变得更加均匀。纳米颗粒的电荷还使得能够利用一个或多个电场有效地控制或引导纳米颗粒。因此，可利用电场来控制和引导带电纳米颗粒，使得可将带电纳米颗粒有效地沉积在基底上。

附图简述

接下来将通过优选实施方案参照附图更详细地描述本发明，其中

图1A示意显示了用以产生纳米颗粒的器件；

图1B示意显示了用以产生带电的纳米颗粒并将带电的纳米颗粒沉积于基底上的本发明一个实施方案；和

图1C及图1D显示了用于产生带电的纳米颗粒的替代性方法。

发明详述