Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления



Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления
Способ получения наночастиц и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2633689:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (RU)

Группа изобретений относится к получению металлических наночастиц. Способ включает формирование потока ускоряемых металлических микрочастиц, плавление металлических микрочастиц, подачу потока образовавшихся жидких микрокапель в область цилиндрического осесимметричного электростатического поля, ось которого совпадает с осью потока жидких микрокапель, зарядку жидких микрокапель потоком электронов до состояния, в котором начинается их каскадное деление до металлических наночастиц, и осаждение выходящих из области цилиндрического осесимметричного электростатического поля металлических наночастиц на подложку. Плавление металлических микрочастиц ведут посредством импульсного лазерного излучения или стационарного инфракрасного излучения, при этом потенциал в области цилиндрического осесимметричного электростатического поля обеспечивают с возрастанием от нуля в центре осесимметричного электростатического поля до заданной величины ΔU (В) на его радиальной и осевой периферии. Предложено также устройство, состоящее из узла плавления металлических микрочастиц, узла зарядки и диспергирования жидких микрокапель и узел осаждения металлических наночастиц на подложку. Обеспечивается формирование наночастиц с узкой дисперсией размеров. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам получения частиц нанометрового размера для создания сенсорных, электронных и оптоэлектронных приборов и высокоселективных твердотельных катализаторов.

Наноструктуры, имеющие поверхностную плотность частиц порядка 1012 см-2, перспективны для создания эффективных приборов наноэлектроники, таких как сверхбыстрые переключатели или сверхкомпактные ячейки памяти (K.-H.Yoo, J.W. Park, J. Kirn, K.S. Park, J.J. Lee and J.B. Choi. Appt. Phys. Lett., 1999, v.74 (14), p.2073). Так, при формировании плотноупакованных наноструктур с размером гранул ~4 нм возможно создание устройств памяти с плотностью записи информации ~1011 бит/см2 (F. Pikus and Likharev. Appl. Phys. Lett., 1997, v.71, p.3661; Y. Naveh and Likharev. Superlattices and Microstructures 2000, v.27, P.1). В предельном варианте уменьшение размера гранул до величины ~1 нм приводит к возрастанию плотности записи информации до 1012 бит/см2.

В последние годы разработаны способы получения наночастиц путем электродиспергирования расплавленных материалов.

Известен способ получения наночастиц (см. патент RU 2242532, МПК C23C 4/00, B01J 2/02, опубл. 20.12.2004), включающий диспергирование расплавленного материала, подачу полученных жидких капель этого материала в плазму, образованную в инертном газе при давлении 10-1-10-4 Па, охлаждение в инертном газе образовавшихся в плазме жидких наночастиц до затвердевания и нанесение полученных твердых наночастиц на носитель, при этом параметры плазмы удовлетворяют определенным соотношениям. Диспергирование расплавленного материала и подачу полученных жидких капель в плазму осуществляют лазерной абляцией мишени или приложением электрического поля к острийному катоду из проводящего материала. Радиус кривизны острия выбирается не более 10 мкм, а напряженность электрического поля на вершине острия не менее 107 В/см.

Структуры, фабрикуемые известным способом, характеризуются уникальными электрическими, магнитными и каталитическими свойствами. Однако невысокая производительность способа и высокая стоимость используемого оборудования существенно ограничивают возможности промышленного применения этого способа.

Известно устройство для получения наночастиц (см. патент RU 2242532, МПК C23C 4/00, B01J 2/02, опубл. 20.12.2004), включающий заполненную инертным газом камеру, в которой размещены острийный катод, анод с отверстием, катод с отверстием и кольцевой анод, на котором закреплены подложки. При подаче соответствующей разности потенциалов между острийным катодом и анодом с поверхности катода вылетают расплавленные капли, которые делятся при пролете через область плазмы, образуя наночастицы и более крупные, чем наночастицы, капли.

Недостатками известного устройства является небольшая производительность и высокая стоимость оборудования.

Известен способ получения наночастиц (см. патент RU 2265076, МПК C23C 4/00, B01J 2/02, B22F 9/00, опубликован 27.11.2005), включающий следующие операции. Сначала диспергируют проводящий материал путем приложения к острийному катоду из этого материала с радиусом кривизны острия не более 10 мкм электрического поля с напряженностью поля на вершине острия не менее 107 В/см. Затем подают полученные жидкие капли этого материала в плазму электрического разряда с длительностью импульса не менее 10 мкс. Плазму электрического разряда создают в инертном газе при давлении 10-3-10-1 Па между электродами при разности потенциалов не менее 2 кВ. Одновременно воздействуют магнитным полем напряженностью не менее 600 Гс, нормальным к электрическому полю, создающему плазму. Образовавшиеся в упомянутой плазме жидкие наночастицы охлаждают в инертном газе до затвердевания и наносят полученные твердые наночастицы на носитель. При этом параметры упомянутой плазмы удовлетворяют определенным соотношениям.

Известный способ обеспечивает получение наноразмерных сферических частиц, находящихся в аморфном состоянии с узкой дисперсией их размера. Преимущества этого способа по сравнению со способом, в котором капли заряжаются в плазме лазерного факела, состоит в существенном увеличении производительности метода и снижении стоимости используемого оборудования. В то же время для осуществления эффективного преобразования исходного материала в наноструктурированное состояние необходимо осуществлять согласования вакуумных условий в камере формирования плазмы и в источнике капель. По этой причине не все способы диспергирования исходного материала могут быть использованы, что накладывает ограничения на выбор исходных материалов. Например, возникают трудности при работе с тугоплавкими металлами, для которых наиболее привлекательным является использование метода электрогидродинамическго распыления, требующего создания в камере высокого вакуума.

Известно устройство для получения наночастиц (см. патент RU 2265076, МПК C23C 4/00, B01J 2/02, B22F 9/00, опубл. 27.11.2005), включающее вакуумную камеру, заполняемую инертным газом, в которой размещены: острийный катод, анод с центральным отверстием, катод с центральным отверстием и кольцевой анод, на котором закреплены подложки, а также блок, создающий магнитное поле. В известном устройстве микрокапли требуемого размера формируются независимо в источнике капель и транспортируются в область, где они заряжаются и делятся.

Известное устройство позволяет получать наночастицы из ограниченного числа материалов, что сужает область его применения. Известное устройство не может распылять тугоплавкие материалы, требуется также согласование вакуумных условий в камере формирования плазмы и в источнике капель.

Известен способ получения наночастиц, (см. М.В. Горохов, В.М. Кожевин, С.А. Гуревич, Д.А. Явсин, ЖТФ 2008, том 78, вып.9, стр.46), включающий диспергирование расплавленного материала с помощью электрогидродинамического источника с электронно-лучевым плавлением поверхности острия металлического анода, подачу полученных жидких капель этого материала в электронное облако, охлаждение в инертном газе образовавшихся при прохождении электронного облака жидких наночастиц до затвердевания и нанесение полученных твердых наночастиц на подложку. Были обнаружены режимы, в которых происходило формирование наночастиц размером 20-30 нм.

Анализ процессов, происходящих в известном способе, показал, что наночастицы формируются в результате каскадного деления исходных металлических капель микронного размера, эмитируемых с поверхности анода под действием электрического поля. Было также показано, что деление исходных капель происходит при пролете этих капель через сфокусированный у поверхности анода электронный пучок. Отсутствие наночастиц меньшего размера указывает на то, что процесс дозарядки частиц в металлической камере практически не работает.

Известно устройство для получения наночастиц (см. М.В. Горохов, В.М. Кожевин, С.А. Гуревич, Д.А. Явсин, ЖТФ 2008, том 78, вып.9, стр.46). Устройство состоит из трех узлов: узла формирования потока микрокапель, узла дозарядки микрокапель и узла осаждения наночастиц. Узел формирования потока микрокапель включает металлическую иглу, являющуюся анодом, и кольцевой катод с центральным отверстием. Узел дозарядки микрокапель включает металлический заземленный корпус в виде полого круглого цилиндра с центральными торцовыми отверстиями, обеспечивающими выход потока электронов и прохождение генерируемых наночастиц. Узел осаждения наночастиц включает подложку. В корпусе установлен эмиттер электронов, который выполнен в виде вольфрамовых спиралей, подключенных к источнику тока.

В известном устройстве деление исходных капель происходит при пролете этих капель через сфокусированный у поверхности анода электронный пучок, поэтому устройство позволяет получать частицы размером не менее 20-30 нм.

Известен способ получения наночастиц (см. патент RU 2412108, МПК B82B 3/00 B22F 9/14 C23C 4/00, опубл. 20.02.2011), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Известный способ-прототип включает диспергирование расплавленного материала, подачу образовавшихся жидких микрокапель этого материала в поток электронов для дозарядки микрокапель до состояния, в котором начинается их каскадное деление, с получением наночастиц. Далее получаемые наночастицы наносят на подложку. Для дозарядки микрокапель до состояния, в котором начинается их каскадное деление, параметры потока электронов и время нахождения жидких микрокапель в нем выбирают из следующих соотношений:

где r - радиус заряжаемых жидких капель, м,

E - средняя энергия электронов, Дж,

n - плотность потока электронов, м-3,

τ - время зарядки капель, с,

α - коэффициент поверхностного натяжения расплава, Н/м,

e - заряд электрона, Кл,

ε0 - электрическая постоянная Ф/м,

me - масса электрона, кг.

Основное ограничение известного способа-прототипа, не позволяющего приблизиться к максимально возможной эффективности процесса дозарядки микрокапель, обусловлено тем, что микрокапли, сформированные в процессе электродинамического диспергирования расплавленного материала, ускоряются сильным электрическим полем и имеют достаточно высокую скорость (более 100 м/с), вследствие чего число актов их дозарядки не превосходит нескольких единиц. В результате, кроме частиц размером в несколько нм, формируются частицы большего размера.

Известно устройство для получения наночастиц (см. патент RU 2412108, МПК B82B 3/00 B22F 9/14 C23C 4/00, опубл. 20.02.2011), совпадающее с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое за прототип. Устройство-прототип содержит размещенные в вакуумной камере и установленные соосно узел формирования потока микрокапель с катодом и анодом, узел дозарядки микрокапель и узел осаждения наночастиц с дисковым катодом с центральным отверстием, анодом и подложкой, установленной на аноде. Узел формирования потока микрокапель установлен с осевым зазором относительно узла дозарядки микрокапель, вокруг которого установлен кольцевой управляющий электрод, подключенный к регулируемому источнику напряжения. Узел формирования потока микрокапель дополнительно содержит диэлектрический диск с центральным отверстием, в кольцевом пазе которого установлен кольцевой катод, а анод выполнен в виде металлической иглы, являющейся первым анодом. Узел дозарядки микрокапель содержит диэлектрический корпус в виде полого круглого цилиндра с центральными торцовыми отверстиями, в котором установлены первый круглый цилиндрический катод и первая круглая цилиндрическая металлическая сетка, являющаяся вторым анодом, между которыми размещен первый эмиттер электронов. Узел дозарядки микрокапель может дополнительно содержать второй круглый цилиндрический катод и вторую круглую цилиндрическую металлическую сетку, являющуюся четвертым анодом, между которыми размещен второй эмиттер электронов, установленные за первым эмиттером электронов и отделенные от него кольцевой диэлектрической перегородкой. Формирование потока микрокапель в известном устройстве-прототипе осуществляется за счет электродинамического диспергирования проволоки. Первичное деление исходных капель происходит при пролете этих капель через электронный пучок в момент формирования. Дальнейшее деление этих капель осуществляется в потоке электронов при пролете через узел дозарядки.

Известное устройство-прототип не обеспечивает эффективную дозарядку диспергированных микрокапель расплавленного материала из-за небольшого времени их нахождения в узле дозарядки микрокапель, что ведет к разбросу размеров получаемых наночастиц.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа получения наночастиц и устройства для его осуществления, которые бы позволили формировать наноструктуры с более узкой дисперсией размеров и с большей производительностью, чем получаемые способом-прототипом.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.

В части способа поставленная задача решается тем, что способ получения наночастиц включает формирование потока микрочастиц, ускоряемых в поле тяжести, плавление этих микрочастиц импульсным лазерным излучением или стационарным инфракрасным излучением, подачу потока образовавшихся жидких микрокапель в область осесимметричного электростатического поля, ось которого совпадает с осью потока жидких микрокапель, зарядку поступивших в осесимметричное электростатическое поле микрокапель потоком электронов до состояния, в котором начинается их каскадное деление до наночастиц, и нанесение выходящих из области осесимметричного электростатического поля наночастиц на подложку, при этом потенциал осесимметричного электростатического поля возрастает от нуля в центре осесимметричного электростатического поля до величины ΔU на его радиальной и осевой периферии, удовлетворяющей соотношению

где ρ - удельный вес материала частиц, кг/м3;

d - максимальный размер частиц в порошке, м;

ν - скорость поступления микрокапель в зону заряжения, м/с;

а - коэффициент поверхностного натяжения расплава, Н/м;

ε0 - вакуумная постоянная, Ф/м.

Новым в способе является формирование потока микрочастиц, ускоряемых в поле тяжести, плавление этих микрочастиц импульсным лазерным излучением или стационарным инфракрасным излучением, а также подача потока образовавшихся жидких микрокапель в область осесимметричного электростатического поля, потенциал которого возрастает от нуля в центре осесимметричного электростатического поля до величины ΔU на его радиальной и осевой периферии, удовлетворяющей соотношению

В настоящем способе поток микрокапель, полученный из твердых микрочастиц, формируют без использования электрического поля, что позволяет многократно снизить скорость микрокапель (до 1 м/с) при поступлении их в область осесимметричного электростатического поля, потенциал которого, возрастающий от центра к периферии, образует потенциальную ловушку для заряжаемых электронным потоком микрокапель, что обеспечивает многократное увеличение число актов дозарядки-деления микрокапель. Многократное увеличение число актов дозарядки-деления микрокапель обеспечивает как более узкую дисперсию размеров получаемых наночастиц, так и увеличение производительности.

Для получения потока микрочастиц можно использовать промышленно изготавливаемые порошки металлов, состоящие из микрочастиц с размером не более 10 мкм.

При использовании для плавления микрочастиц импульсного лазерного излучения его параметры выбирают из соотношений (1) и (2)

где wL - плотность потока энергии лазерного излучения на каплю, Вт/м2:

εm’ - удельная внутренняя теплота плавления металла, Дж/м3;

cv - удельная внутренняя теплоемкость металла, Дж/м3 К;

Tm - температура плавления металла, К;

T0 - температура окружающей среды, К;

kabs - коэффициент поглощения лазерного излучения частицей;

d - диаметр частицы, м;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

HL - размер зоны облучения, м;

где νmin - минимальная частота импульсов, 1/с.

При использовании для плавления микрочастиц стационарным инфракрасным излучением его параметры выбирают из соотношений (3) и (4)

где WIR - плотность потока инфракрасного излучения, падающего на каплю, Вт/м2;

σ - постоянная Стефана-Больцмана;

εb - степень черноты металла при комнатной температуре;

A0 - интегральная по спектру поглощающая способность металла при комнатной температуре;

Tm - температура плавления металла, К;

где HIR - размер зоны интенсивного инфракрасного излучения на траектории полета частицы, м.

В части устройства задача решается тем, что устройство для получения наночастиц содержит размещенные в вакуумной камере и установленные последовательно и соосно узел формирования потока микрочастиц, узел плавления микрочастиц, узел зарядки и диспергирования полученных в узле плавления микрокапель и узел осаждения наночастиц. Узел зарядки и диспергирования микрокапель содержит круглую цилиндрическую металлическую сетку, являющуюся первым анодом, соосно установленную в круглый цилиндрический полый второй анод. Узел осаждения наночастиц содержит дисковый катод с центральным отверстием, круглый анод и подложку, установленную на круглом аноде. Новым в настоящем устройстве является выполнение узла формирования потока микрочастиц в виде конического бункера с центральным отверстием, снабженного вибратором и установленного с осевым зазором относительно узла плавления микрочастиц; выполнение узла плавления микрочастиц в виде импульсного лазера или источника стационарного инфракрасного излучения и снабжение узла зарядки и диспергирования микрокапель источником цилиндрически симметричного пучка электронов.

Вибратор может быть выполнен в виде источника ультразвуковых колебаний.

Источник цилиндрически симметричного пучка электронов может быть выполнен в виде вольфрамовой нити, подключаемой к источнику тока и размещенной на поверхности тороидального диэлектрического носителя, заключенного в тороидальный полый корпус с кольцевым отверстием для выхода электронов в область зарядки микрокапель.

В настоящем устройстве поток микрочастиц создается при высыпании порошка микрочастиц через центральное отверстие конического бункера при его вибрации, например ультразвуковыми колебаниями. Размер центрального отверстия бункера подбирают экспериментально, исходя из требований к производительности устройства. Параметры импульсного лазера или источника стационарного инфракрасного излучения выбирают исходя из требования одновременного выполнения соответственно условий (1)-(2), или (3)-(4) обеспечивающих эффективное плавление микрочастиц. Плавление высыпавшихся из бункера микрочастиц излучением импульсного лазера или стационарным инфракрасным излучением обеспечивает возможность формирования потока микрокапель без использования электрического поля, что приводит к многократному снижению скорости микрокапель при влете их в узел зарядки и диспергирования. Снижение скорости движения микрокапель позволяет сформировать ловушечную конфигурацию потенциала в узле зарядки и деления микрокапель, которая обеспечивает захват заряжаемых микрокапель и многократное прохождение ими зоны зарядки, что приводит к увеличению числа актов дозарядки-деления микрокапель. Плотность потока электронов на поверхность микрокапель должна не мене 3 кА/м2, а энергия электронов должна быть больше eem, где eem - энергия первичных электронов, при превышении которой коэффициент вторичной эмиссии данного материала становится меньше единицы. Выполнение этих условий позволяет воспроизводимо формировать наноструктуры, состоящие из аморфных наночастиц, при этом достигается эффективное преобразование исходного материала в наночастицы.

Заявляемые изобретения поясняются чертежом, где

на фиг.1 изображена схема установки, реализующая настоящий способ получения наночастиц.

Устройство для получения наночастиц (см. фиг.1) состоит из четырех узлов: узла 1 формирования потока микрочастиц, узла 2 плавления микрочастиц, узла 3 зарядки и диспергирования полученных при плавлении микрокапель и узла 4 осаждения наночастиц. Узел 2 плавления микрочастиц установлен с осевым зазором относительно узла 1 формирования потока микрочастиц и узла 3 зарядки и диспергирования микрокапель. Сборка узлов 1, 2, 3 и 4 помещается в вакуумную камеру (на чертеже не показана), давление в которой не превышает 10-3 Па. Узел 1 формирования потока микрочастиц состоит из конического бункера 5, с присоединенным к нему вибратором 6, например, выполненного в виде источника ультразвуковых колебаний. Бункер 5 предназначен для микрочастиц 7. Узел 2 плавления микрочастиц представляет собой свободное пространство между узлом формирования потока микрочастиц 1 и узлом 3 зарядки и диспергирования микрокапель 8, через которое проходит интенсивный поток излучения, создаваемый источником 9, который может быть выполнен в виде мощного импульсного лазера или источника стационарного инфракрасного излучателя. В узел 3 зарядки и диспергирования микрокапель входят: источник цилиндрически симметричного пучка электронов, например в виде тороидального полого корпуса 10 (выполняющим функцию анода) с кольцевым отверстием для выхода электронов, в котором размещен тороидальный эмиттер электронов 11, и система электродов в виде металлической круглой цилиндрической сетки 12, являющейся первым анодом, соосно установленной в круглом цилиндрическом втором аноде 13. Узел 4 осаждения наночастиц состоит из дискового катода 14 с центральным отверстием и подложки 15, установленной на осесимметричном аноде 16. Узлы 1, 2, 3 и 4 собирают соосно. Тороидальный полый корпус 10, круглая цилиндрическая сетка 12, круглый цилиндрический второй анод 13 и круглый анод 16 подключены соответственно к первому источнику напряжения 17, ко второму источнику напряжения 18, к третьему источнику напряжения 19 и к четвертому источнику напряжения 20.

Настоящий способ получения наночастиц осуществляют следующим образом. Порошок из микрочастиц 7 засыпают в конический бункер 5 узла 1, размер выходного отверстия в котором подобран экспериментально для обеспечения требуемой производительности устройства. Под воздействием ультразвуковых колебаний вибратора 6 микрочастицы 7 высыпаются из бункера 5 и, ускоряясь под действием силы тяжести, попадают в зону интенсивного облучения узла 2 плавления микрочастиц и там плавится. В качестве источника излучения может использоваться импульсно-периодический лазер, параметры которого определяются соотношениями (1)-(2), либо стационарный источник стационарного инфракрасного излучения, параметры которого определяются соотношениями (3)-(4). Микрокапли 8, сформированные при пролете узла 2, попадают в поток электронов в узле 3, заряжаются, захватываются в ловушечной конфигурацией потенциала узла 3 и затем осциллируют внутри этого узла 3, периодически попадая в область пучка электронов. Периодическая зарядка микрокапель 8 в потоке электронов, обусловленная этими осцилляциями, приводит к возрастанию их заряда до предела Рэлея, после чего микрокапли 8 становятся неустойчивыми и начинают делиться, сбрасывая большое число более мелких дочерних наночастиц 21, которые уносят большую часть заряда микрокапли 8. Сброс дочерних наночастиц 21 приводит к интенсивному разряжению материнской микрокапли 8, и, как только заряд материнской микрокапли 8 падает на 20%, ее деление прекращается. Дальнейшие осцилляции материнской микрокапли 8 приводят к ее повторному заряжению и делению. Процесс периодического деления материнской микрокапли 8 продолжается до тех пор, пока она не потеряет основную часть своей массы. Образовавшиеся при делении микрокапель 8 наночастицы 21 получают в процессе деления дополнительную кинетическую энергию, вследствие чего они вылетают из ловушечной конфигурации электростатического поля и осаждаются на подложку 15, в качестве которой может быть применен любой твердый материал.

Пример. Была осуществлена реализация способа получения наночастиц меди из микрокапель, заряжаемых потоком высокоэнергетичных электронов. В этом случае микрокапли создавались в процессе плавления микрочастиц меди облучаемых импульсно-периодическим лазером Nd:YAG энергией в импульсе 200 мДж, длительностью импульса 20 не, частотой следования импульсов 60 Гц, излучение которого фокусировалось с помощью цилиндрической линзы в полоску шириной 1 мм и высотой 5 мм. Полученные микрокапли заряжались при пролете через зону фокусировки электронного потока, который создавался на входе в узел зарядки и деления микрокапель при ускорении электронов, эмитируемых вольфрамовой спиралью, намотанной на диэлектрический тороидальный носитель и ускоряемых системой анодов до энергии около 3 кэВ. Заряженные микрокапли захватывались в ловушечной конфигурации потенциала, созданной системой электродов в виде металлической круглой цилиндрической сетки, являющейся первым анодом, соосно установленной внутри внешнего круглого полого цилиндрического второго анода, разность потенциалов, между которыми выбиралась равной 0,5 кВ. Микрокапли заряжались до предела Рэлея в процессе осцилляции внутри потенциальной ловушки и делились до нанокапель. Полученные нанокапли застывали после вылета из ловушки и в виде наночастиц наносились на поверхность подложки из окисленного кремния в камере нанесения наночастиц.

При описанных выше параметрах процесса на подложке были получены наночастицы меди размером 5 нм, дисперсия размеров которых не превышала 10%. Измеренная производительность установки достигала 0,5 грамма наночастиц в час.

1. Способ получения металлических наночастиц, включающий формирование потока ускоряемых металлических микрочастиц, плавление металлических микрочастиц, подачу потока образовавшихся жидких микрокапель в область цилиндрического осесимметричного электростатического поля, ось которого совпадает с осью потока жидких микрокапель, зарядку поступивших в цилиндрическое осесимметричное электростатическое поле жидких микрокапель потоком электронов до состояния, в котором начинается их каскадное деление до металлических наночастиц, и осаждение выходящих из области цилиндрического осесимметричного электростатического поля металлических наночастиц на подложку, отличающийся тем, что плавление металлических микрочастиц ведут посредством импульсного лазерного излучения или стационарного инфракрасного излучения, при этом потенциал в области цилиндрического осесимметричного электростатического поля обеспечивают с возрастанием от нуля в центре осесимметричного электростатического поля до величины ΔU (В) на его радиальной и осевой периферии, удовлетворяющей соотношению

где ρ - удельный вес материала частиц, кг/м3;

d - максимальный размер частиц в порошке, м;

ν - скорость поступления микрокапель в зону зарядки, м/с;

α - коэффициент поверхностного натяжения расплава, Н/м;

ε0 - вакуумная постоянная, Ф/м.

2. Устройство для получения металлических наночастиц, содержащее размещенные в вакуумной камере и установленные последовательно и соосно узел формирования потока ускоряемых металлических микрочастиц, узел плавления металлических микрочастиц, узел зарядки и диспергирования полученных в узле плавления жидких микрокапель и узел осаждения металлических наночастиц, содержащий дисковый катод с центральным отверстием, осесимметричный анод и установленную на нем подложку, отличающееся тем, что узел формирования потока металлических микрочастиц выполнен в виде конического бункера с центральным отверстием, снабженного вибратором и установленного с осевым зазором относительно узла плавления металлических микрочастиц, который выполнен в виде импульсного лазера или источника стационарного инфракрасного излучения, узел зарядки и диспергирования микрокапель состоит из источника цилиндрического осесимметричного пучка электронов и размещенных после него первого анода в виде круглой металлической цилиндрической сетки и второго анода в виде полого цилиндра, причем первый анод установлен соосно во втором аноде.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вибратор выполнен в виде источника ультразвуковых колебаний.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что источник цилиндрического осесимметричного пучка электронов выполнен в виде подключаемой к источнику тока вольфрамовой нити, размещенной на поверхности тороидального диэлектрического носителя, заключенного в тороидальный полый корпус с кольцевым отверстием для выхода электронов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к комбинированным способам получения покрытий, и может быть использовано, в частности, для получения покрытий на деталях.

Изобретение относится к способу высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие.

Изобретение относится к изготовлению узлов турбины, работающей в условиях высоких температур. Способ изготовления узла (10, 10а) турбины в виде расположенных между двумя платформами (46, 46΄) по меньшей мере двух аэродинамических профилей (12, 14), который формируют монолитным, включает создание первой защиты путем нанесения теплозащитного покрытия на по меньшей мере два соседних аэродинамических профиля (12, 14), при этом в процессе нанесения по меньшей мере одна область (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), остается необработанной, создание второй защиты в по меньшей мере одной необработанной области (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), путем модификации поверхности до нанесения теплозащитного покрытия или после его нанесения, причем первая и вторая технологии защиты отличаются одна от другой и вторая технология защиты приводит к модификации поверхности по меньшей мере одной области (16) одного аэродинамического профиля (14) из двух соседних аэродинамических профилей (12, 14), которая останется необработанной или которая осталась необработанной, путем нанесения покрытия, или травления, или придания шероховатости, или путем химического преобразования поверхности.

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Изобретение относится к получению многослойной энерговыделяющей наноструктурированной фольги для соединения материалов. Способ включает приготовление исходной смеси металлических порошков планетарным перемешиванием, формование смеси порошков горячей прецизионной прокаткой через валки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных износостойких материалов конструкционного назначения и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в промышленности.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способам получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, в частности на стеклокремнезите. Способ получения декоративного покрытия на стеклокремнезите включает измельчение и рассев цветных стекол, подачу стеклопорошка в плазменную горелку и плазменное напыление.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к оправке для использования в прошивном стане для прошивной прокатки заготовки. Оправка содержит тело оправки, содержащее передний концевой участок и задний концевой участок, наплавленный слой, сформированный по меньшей мере на части поверхности переднего концевого участка тела оправки, и напыленное пленочное покрытие, содержащее железо и оксиды железа и покрывающее по меньшей мере поверхность, начинающуюся от заднего конца наплавленного слоя до конца заднего концевого участка тела оправки.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения нанодисперсных оксидов металлов включает формирование реакционной смеси путем внесения нитратов металлов и карбамида в водную среду в стехиометрическом соотношении.

Изобретение относится к термопластичной композиции для изготовления эластичных материалов и может быть использовано в строительстве, кабельной, автомобильной, легкой промышленности, при производстве различных товаров народного потребления.
Изобретение относится к получению бесшовного изделия из химически высокочистого иридия с чистотой не ниже 99,99 мас.%, имеющего изотропную структуру с размером зерен 100-300 нм.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для получения биосовместимого наноматериала. Для этого осуществляют проведение лазерного облучения водной дисперсии альбумина, содержащей углеродные нанотрубки, вплоть до испарения жидкостной составляющей дисперсии.

Изобретение относится к светопреобразующему силиконовому изделию для осветительного прибора, содержащему его осветительному прибору и к способу производства указанного изделия.
Изобретение относится к технологии получения синтетических алмазов методом динамического детонационного синтеза и может быть использовано для очистки и извлечения высокочистого алмаза из первичных продуктов.
Изобретение может быть использовано в наноэлектронике. Частицы графита помещают в вакуум между электродами, при этом разность потенциалов устанавливают достаточной для электродинамического ожижения частиц и получения ими энергии, превышающей работу, необходимую для их раскола по плоскостям спайности на слои графена при хрупком разрушении во время ударов об электроды.
Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения нанокапсул гиббереллиновой кислоты в агар-агаре.

Изобретение относится к медицине, онкологии и химиотерапии, предназначено для определения давления в опухолях, что может быть использовано для оптимизации режимов проведения химиотерапии с целью повышения эффективности лечения, выбора терапевтического агента или их комбинации, корректировки доз назначаемых препаратов, оптимизации времени введения в течение суток.

Изобретение относится к области молочной промышленности и нанотехнологии. В кефир в процессе заквашивания вносят наноструктурированную добавку, включающую карбонат магния в каррагинане или в конжаковой камеди.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошка титана, и может быть использовано в авиа- и ракетостроении, в кораблестроении.
Наверх