[发明专利]一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置及方法

说明书

本发明公开了一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置，包括依次连接的第一、第二、第三及第四级管路单元；所述第一级管路单元用于提供第一前驱体(3)，并使第一前驱体(3)在纳米颗粒的表面完成吸附；所述第三级管路单元用于提供第二前驱体(6)，并使第二前驱体(6)与所述纳米颗粒表面的第一前驱体(3)发生反应，以在纳米颗粒表面生成单分子薄膜层；所述第二、第四级管路单元用于对所述纳米颗粒进行清洗，排出多余的第一前驱体(3)、第二前驱体(6)或反应产生的副产物。本发明还公开了一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆方法。本发明的装置，提高沉积薄膜的包覆率和均匀性，提高粉体表面包覆的效率。

技术领域

本发明属于原子层沉积技术领域，具体地，涉及一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置及方法。

背景技术

粉体颗粒物质在微观层面具有一系列优异的化学和物理性质，但同时，也表现出容易团聚、被氧化和性质不稳定等缺点。通过给粉体颗粒表面包覆保护膜，可有效克服上述缺点，具有保护膜的粉体颗粒还可以作为新的性能优良的复合材料。

目前粉体颗粒的包覆方法主要有固相法、液相法和气相法等，原子层沉积技术作为一种特殊的化学气相沉积技术，与其他沉积技术相比具有优良的均匀一致性和可控性。该技术是利用粉体表面的自限制特性的化学吸附反应，生长出一层非常均匀的纳米级厚度的薄膜，通过控制循环次数来精确控制包覆的厚度。常规的原子层沉积方法可以直接运用在基片表面，能够得到很好的包覆效果，但是，对于具有非常大的比表面积的纳米颗粒，利用常规原子层沉积方法进行包覆，存在颗粒团聚现象非常严重的问题，直接损害了颗粒表面的包覆率和均匀性，限制了纳米颗粒在工业上的进一步利用。

文献continuous production of nanostructured particles using spatialatomic layer deposition(J.Ruud van Ommen,Dirkjan Kooijman,Mark de Niet,Mojgan Taebi)公开了一种基于空间原子层沉积的粉体表面连续包覆方法及装置。该装置主要由内径为4mm，长度为27m的管道构成，通入氮气流使纳米颗粒在管道内连续运动，在管道的不同位置依次通入前驱体，实现颗粒的包覆。但该论文公开的方法存在如下缺陷或不足：

(1)只能实现纳米颗粒的单层包覆，沉积效率低；

(2)装置尺寸过长，管道加工难度大，反应后管壁清洗困难；

(3)没有考虑包覆过程中的前驱体隔离问题，会发生污染。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置及其方法，其目的在于使纳米颗粒连续通过多级管道完成原子层沉积反应的多个过程，并使前驱体与颗粒充分接触，提高沉积薄膜的包覆率和均匀性，提高粉体表面包覆的效率。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种纳米颗粒空间原子层沉积连续包覆装置，包括依次连接的第一、第二、第三及第四级管路单元；

其中，所述第一级管路单元为吸附单元，用于提供第一前驱体，并使第一前驱体在纳米颗粒的表面完成吸附；

所述第三级管路单元为反应单元，用于提供第二前驱体，并使第二前驱体与所述纳米颗粒表面的第一前驱体发生反应，以在纳米颗粒表面生成单分子薄膜层；

所述第二、第四级管路单元为清洗单元，用于对所述纳米颗粒进行清洗，排出多余的第一前驱体、第二前驱体或反应产生的副产物；

通过所述第一、第二、第三及第四级管路单元的相互配合，可实现所述纳米颗粒的清洗及表面原子层沉积，使纳米颗粒连续通过多级管道完成原子层沉积反应的多个过程，从而实现所述纳米颗粒的均匀和快速包覆。