Устройство для аддитивного изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц

Авторы патента:

Ефимов Алексей Анатольевич (RU)

Хабаров Кирилл Михайлович (RU)

Сапрыкин Дмитрий Леонидович (RU)

Тужилин Дмитрий Николаевич (RU)

Иванов Виктор Владимирович (RU)

B82Y30/00 - Нанотехнология

B33Y30/00 -

B22F3/1055 - Способы и устройства для изготовления заготовок или изделий из металлических порошков

B22F3/105 - с использованием электрического тока, лазерного излучения или плазмы (B22F 3/11 имеет преимущество)

B22F2003/1056 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2729254:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" (RU)

Изобретение относится к аддитивной 3D-технологии производства объемных микроразмерных структур из наночастиц. Устройство содержит сообщенный с источником транспортного газа блок получения потока аэрозоля с наночастицами, соединенную с источником защитного газа головку с соплом для фокусировки потока аэрозоля с наночастицами на подложке, блок оптимизации наночастиц по размеру и форме, вход которого сообщен с блоком получения потока аэрозоля с наночастицами, а выход - с соплом головки, и лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц. Блок оптимизации наночастиц выполнен в виде соосно расположенной относительно сопла головки и размещенной внутри корпуса рабочей камеры с входным и выходным оптически прозрачными окнами на торцах. Лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц выполнено с возможностью нагрева аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа, установлено перед входным окном блока оптимизации соосно соплу головки и снабжено коллимирующей системой и размещенной между выходным окном блока оптимизации и соплом головки фокусирующей линзой. Обеспечивается облегчение регулирования параметров процесса изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к аддитивной 3D-технологии для производства преимущественно объемных микроразмерных структур из наночастиц.

Известны устройства для изготовления объемных структур из наночастиц с использованием наночернил, включающий получение потока аэрозоля с наночастицами, транспортирование потока к соплу головки, фокусировку и осаждение наночастиц из потока аэрозоля на подложку с последующим спеканием массивов осажденных наночастиц [1, 2].

Данные технические решения позволяют изготавливать объемные структуры из наночастиц. Однако при их применении возникают трудности с приготовлением наночернил, такие как подбор растворителей и стабилизаторов. При этом существуют особые требования к условиям их хранения и транспортировки.

В результате использования растворителей и стабилизаторов в наночернилах происходит загрязнение окружающей среды. После применения наночернил требуется удаление растворителей и стабилизаторов с полученных объемных структур из наночастиц. Относительно высокая стоимость наночернил приводит к удорожанию изготовления объемных структур из наночастиц. При использовании данного способа происходит засорение сопел крупными микрокаплями.

Известно устройство для изготовления объемных структур путем последовательного осаждения слоев из частиц магнитного материала с помощью нагревательного устройства, устройства осаждения, опоры и маски, через которую осуществляется осаждение частиц. Недостатками данного технического решения является то, что в нем требуется использование специальных масок для осаждения частиц, что приводит к дополнительным расходам на их изготовление и потерям частиц на поверхности маски [3].

Известно устройство для аддитивного изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц,, содержащее подложку, сообщенный с источником транспортного газа блок получения потока аэрозоля с наночастицами, соединенную с источником защитного газа головку с соплом для фокусировки потока аэрозоля с наночастицами на подложке, блок оптимизации наночастиц по размеру и форме, вход которого сообщен с блоком получения потока аэрозоля с наночастицами, а выход - с соплом головки, и лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц [4].

Данное техническое решение позволяет изготавливать объемные структуры из наночастиц. Однако при их применении указанного технического решения возникают трудности в изменении температуры при нагреве аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа для обеспечением получения наночастиц сферической формы требуемого размера, так как применяемые нагревательные элементы являются инерционными и требуется сравнительно большой промежуток времени, например, для уменьшения температуры нагрева. Также требуются два источника нагрева - для спекания наночастиц на подложке и для нагрева аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа.

Результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в облегчении регулирования параметров процесса изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц при одновременном упрощении конструкции за счет применения одного лазерно-оптического устройства как для спекания наночастиц на подложке, так и для нагрева аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа.

Указанный результат достигается за счет того, что в устройстве аддитивного изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц, содержащем подложку, сообщенный с источником транспортного газа блок получения потока аэрозоля с наночастицами, соединенную с источником защитного газа головку с соплом для фокусировки потока аэрозоля с наночастицами на подложке, блок оптимизации наночастиц по размеру и форме, вход которого сообщен с блоком получения потока аэрозоля с наночастицами, а выход - с соплом головки, и лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц, его блок оптимизации наночастиц выполнен в виде соосно расположенного относительно сопла головки размещенной внутри цилиндрического корпуса рабочей камеры с входным и выходным оптически прозрачными окнами на торцах, причем лазерно-оптического устройство спекания выполнено с коллимирующей системой и установлено перед входным окном блока оптимизации соосно соплу головки, а между выходным окном блока оптимизации и соплом головки размещена фокусирующая линза.

Пример выполнения заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено заявляемое устройство, на фиг. 2 - место А, на фиг. 3 - место Б.

Устройство для аддитивного изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц, содержит подложку 1, сообщенный с источником 2 транспортного газа блок 3 получения потока аэрозоля с наночастицами, соединенную с источником 4 защитного газа головку 5 с соплом 6 для фокусировки потока аэрозоля с наночастицами на подложке 1, блок 7 оптимизации наночастиц по размеру и форме, вход 8 которого сообщен с блоком 3 получения потока аэрозоля с наночастицами, а выход 9 - с соплом 6 головки 5, и лазерно-оптическое устройство 10 спекания на подложке 1 осажденных наночастиц.

Блок оптимизации 7 наночастиц выполнен в виде соосно расположенной относительно сопла 6 головки 5 размещенной внутри цилиндрического корпуса 11 рабочей камеры 12 с входным 13 и выходным 14 оптически прозрачными окнами на торцах.

Лазерно-оптическое устройство 10 спекания выполнено с коллимирующей системой (на чертеж не показана) и установлено перед входным окном 13 блока оптимизации соосно оси 15 сопла головки, а между выходным окном 14 блока оптимизации и соплом 6 головки размещена фокусирующая линза 16.

Для очистки внутренней поверхности выходного окна блока оптимизации предусмотрена система очистки, вход 17 которой подсоединен к источнику 2 транспортного газа, а выход 18 - к контейнеру (на чертеже не показан)

Изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц производят следующим образом.

Получают в блоке 3 поток аэрозоля в потоке транспортного газа, нагревают лазерно-оптическим устройством 10 в блоке 7 оптимизации аэрозоль с наночастицами в потоке транспортного газа для получения наночастиц сферической формы требуемого размера. Затем транспортируют полученный поток через выход 9 блока 7 оптимизации аэрозоля с наночастицами к головке 5 с соплом 6 для фокусировки его на подложке 1. Одновременно подают в указанное сопло поток аэрозоля с наночастицами и защитный газ для обеспечения фокусировки потока аэрозоля наночастиц на подложке и осаждают наночастицы из сфокусированного потока аэрозоля на подложку с последующим их спеканием. Осаждение и спекание наночастиц на подложке ведут в атмосфере защитного газа, которую создают под соплом 6.

Таким образом данное техническое решение позволит:

- облегчить регулирование параметров процесса изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц;

- упростить устройство.

Источники информации

1. Патент US №10068863, МПК - B05D 5/12, 09.2018

2. Патент US №9114409, МПК - В05В 7/00, 2015

3. Патент US №10022789, МПК - B22D 23/00, 07.2018

4. Патент RU №2704358, МПК - B22F 3/105, 2018

Устройство для аддитивного изготовления объемных микроразмерных структур из наночастиц, содержащее сообщенный с источником транспортного газа блок получения потока аэрозоля с наночастицами, соединенную с источником защитного газа головку с соплом для фокусировки потока аэрозоля с наночастицами на подложке, блок оптимизации наночастиц по размеру и форме, вход которого сообщен с блоком получения потока аэрозоля с наночастицами, а выход - с соплом головки, и лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц, отличающееся тем, что блок оптимизации наночастиц выполнен в виде соосно расположенной относительно сопла головки и размещенной внутри корпуса рабочей камеры с входным и выходным оптически прозрачными окнами на торцах, причем лазерно-оптическое устройство спекания на подложке осажденных наночастиц выполнено с возможностью нагрева аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа, установлено перед входным окном блока оптимизации соосно соплу головки и снабжено коллимирующей системой и размещенной между выходным окном блока оптимизации и соплом головки фокусирующей линзой.

Изобретение относится к нанотехнологии, электротехнике и электронике и может быть использовано при изготовлении проводящих наполнителей для функциональных композитов или компонентов электронных схем.

Способ возделывания картофеля по интенсивной технологии на орошаемых землях степной зоны южного урала // 2729128

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ предусматривает осеннюю обработку почвы, внесение минеральных удобрений и нарезание гребней, весеннюю посадку картофеля, уход за растениями, полив и уборку.

Медицинский многослойный продукт, содержащий нановолокнистую целлюлозу, и способ его получения // 2729073

Изобретение относится к медицинскому многослойному продукту и его получению. Медицинский многослойный продукт содержит слой, содержащий нанофибриллярную целлюлозу, имеющий влагосодержание в интервале 0–10 масс.%, и слой марли, в котором нанофибриллярная целлюлоза содержит целлюлозные фибриллы или пучки фибрилл с медианной длиной в интервале 1-50 мкм и диаметром в интервале 2-500 нм.

Способ получения нанодисперсного порошка диоксида молибдена для изготовления анода твердооксидного топливного элемента // 2729049

Изобретение может быть использовано в промышленном производстве батарей высокотемпературных твердооксидных топливных элементов. Способ получения нанодисперсного порошка диоксида молибдена включает электрохимическое осаждение.

Способ изготовления изделий из композиционного материала с упрочнёнными армирующим элементом и матрицей (варианты) // 2728740

Изобретение относится к способам изготовления изделий из углерод-карбидокремниевых композиционных материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах.

Способ получения радиопоглощающего материала // 2728735

Использование: для применения в виде покрытия, которое наносится на изделие исследовательского медицинского, бытового и другого назначения или в виде конструкционного материала для изделий, не испытывающих большие механические нагрузки.

Устройство фотовольтаики // 2728247

Изобретение относится к составам покрытий полупроводниковых материалов и решает задачу увеличения эффективности захвата излучения солнечной батареей на длинах волн 440±10 нм и в диапазоне от 900 до 1700 нм.

Способ изготовления многосекторной спиральной фазовой пластины с варьируемым задерживанием по фазе (svr) // 2728214

Изобретение относится к области изготовления оптических элементов, обеспечивающих преобразование гауссовых пучков в кольцевые пучки с радиальной поляризацией. Способ изготовления многосекторной спиральной фазовой пластины с варьируемым задерживанием по фазе (SVR) с числом секторов, равным Nmax, на пластине из исландского шпата, кристаллическая ось которой ориентирована параллельно поверхности пластины, в котором число секторов Nmax делят на 4 группы, в каждой из которой выбирают число секторов Nmax/4, а последовательное травление каждого из секторов пластины за исключением первого, толщина которого равна толщине кристаллической пластины, на заданную глубину: где λ - длина волны, N - номер сектора, no и ne - показатели преломления для обыкновенной и необыкновенной волн соответственно, осуществляют путем перемещения сфокусированного пучка лазерного излучения ближнего ИК диапазона наносекундной длительности импульса в плоскости контакта кристаллической пластины и пластины прессованного графита, в пределах сектора, при этом направление первой и последующих линий перемещения выбирают параллельным радиусу сектора, от которого начинают перемещение и которое осуществляют от края сектора SVR к ее центру, далее процесс повторяют для каждого из последующих секторов до момента завершения формирования SVR, при этом в каждой из групп вводят ограничения на плотность мощности, частоту следования импульсов, скорость перемещения сфокусированного пучка и количества перемещений для каждой из линий параллельных радиусу сектора, значения которых указаны в формуле изобретения, а после завершения формирования SVR проводят отжиг в печи при температуре не ниже 500 С и не выше 550 С с длительностью отжига не менее 12 часов.

Способ получения нанокапсул тимола в альгинате натрия // 2728213

Изобретение относится в области нанотехнологии. Предложен способ получения нанокапсул тимола в альгинате натрия.

Керамический композитный материал и способ его получения // 2728136

Изобретение относится к чёрным керамическим композитных покрытиям и может быть использовано в оптических устройствах. Керамическое композитное покрытие содержит керамическую оксидную матрицу с внедренными в нее карбидными наночастицами, в частности, наночастицами карбида металла, и/или внедренными в нее металл-углеродными композитными наночастицами с отдельными фазами металла и углерода.

Способ и устройство для изготовления изделий из порошков посредством послойного селективного выращивания // 2728375

Группа изобретений относится к изготовлению изделий послойным селективным выращиванием из порошка. Устройство содержит рабочую камеру для формирования изделия, бункер с порошком, выполненный с возможностью подачи порошка на подложку, выравниватель слоя порошка, выполненный с возможностью воздействия ультразвуковыми колебаниями на слой порошка, нанесенный на подложку, и лазер, выполненный с возможностью селективного сканирования слоя порошка.