[發明專利]一種包覆納米顆粒的原子層沉積裝置及其方法

在審

• 申請號: 201510946119.2
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105369221A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 陳蓉;竹鵬輝;段晨龍;巴偉明;單斌;文艷偉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/458
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于原子層沉積技術領域，更具體地，涉及一種包覆納米顆粒的原子層沉積裝置及其方法。

背景技術

物質在微觀層面具有一系列優異的化學和物理性質，但同時，也表現出容易團聚、被氧化和性質不穩定等缺點。給納米顆粒表面包覆保護膜，克服了上述缺點，還可以作為新的性能優良的復合材料。

目前粉體顆粒的包覆方法主要有固相法、液相法和氣相法。原子層沉積技術，作為一種特殊的化學氣相沉積技術，與其他沉積技術相比具有優良的均勻一致性和可控性。原子層沉積技術是利用粉體表面的自限制化學吸附反應，生長出一層非常均勻的納米級厚度的薄膜，通過控制循環次數來精確控制包覆的厚度。

常規的原子層沉積方法可以直接運用在基片表面，能夠得到很好的包覆效果，但是，對于具有非常大的比表面積的納米顆粒，顆粒的團聚現象非常嚴重，直接損害了顆粒表面的包覆率和均勻性，限制了納米顆粒在工業上的進一步利用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種包覆納米顆粒的原子層沉積裝置及其方法，其中通過對該裝置中關鍵組件的夾持器結構及其設置方式、納米顆粒基底的操控方法等進行改進，與現有技術相比能夠有效克服團聚現象，提高包覆率和均勻性，提高粉體表面包覆的效率。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種包覆納米顆粒的原子層沉積裝置，其特征在于，包括電機(2)、反應腔、夾持器(5)和輸氣管路，其中：

所述電機(2)與所述夾持器(5)相連，用于帶動所述夾持器(5)旋轉；

所述夾持器(5)位于所述反應腔內部，用于承載納米顆粒；

所述輸氣管路用于向所述反應腔中輸入反應氣體或載氣；

所述反應腔周圍設置有加熱裝置，使得所述反應氣體與所述納米顆粒反應從而在所述納米顆粒上沉積包覆原子層；該反應腔還與真空泵(7)相連，所述真空泵(7)用于對所述反應腔抽真空。

作為本發明的進一步優選，所述夾持器(5)為中心對稱結構，其中心對稱軸線平行于豎直方向，包括呈圓錐形的上部和呈圓筒形下部，所述夾持器(5)的上部圓錐形表面與所述夾持器(5)中心對稱軸線之間的夾角為5°～10°。

作為本發明的進一步優選，所述夾持器(5)的內表面與所述納米顆粒之間的摩擦系數為1.6。

作為本發明的進一步優選，所述夾持器(5)的底部還設置有氣流分布板(13)。

作為本發明的進一步優選，所述夾持器(5)的頂部設置有濾芯(12)，用于防止所述納米顆粒從所述夾持器(5)頂部滲漏。

作為本發明的進一步優選，所述夾持器(5)與所述電機(2)通過磁流體密封裝置(4)相連。

作為本發明的進一步優選，所述反應氣體或載氣從所述反應腔的下部通入。

按照本發明的另一方面，本發明提供了一種利用上述包覆納米顆粒的原子層沉積裝置的包覆納米顆粒的原子層沉積方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將納米顆粒放入夾持器內部，然后打開真空泵，對反應腔抽真空；接著，對反應腔進行加熱，然后利用輸氣管路向所述反應腔中通入載氣；

(2)運行電機使所述夾持器旋轉，接著，利用輸氣管路向所述反應腔中通入反應氣體進行原子層沉積；

(3)使所述夾持器停止旋轉，并對反應腔冷卻降溫，得到包覆納米顆粒的原子層。

作為本發明的進一步優選，所述步驟(2)中的反應氣體為多種，是在一種反應氣體進行原子層沉積反應后，接著向所述反應腔中通入載氣，然后再向所述反應腔中通入另一種反應氣體進行原子層沉積反應。

作為本發明的進一步優選，所述步驟(2)中反應氣體的流速為0.5cm/s～50cm/s；夾持器旋轉的轉速不超過100r/min。

通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，由于對納米顆粒表面包覆的原子層沉積裝置及其方法進行改進，能夠取得以下有益效果：

1.本發明通過設置粉體夾持器，利用該夾持器的旋轉運動使位于夾持器內的納米顆粒基底在沉積過程中能夠由于夾持器的旋轉運動產生額外的超重力，克服微觀粒子的團聚干擾，使原子層的沉積更為均勻。本發明中的夾持器既用于承載納米顆粒，也可以通入反應氣體或載氣，夾持器上下兩端可以由致密的濾網進行封裝(如夾持器的頂部設置有濾芯)，能夠防止納米顆粒被抽離夾持器，當納米顆粒粉體到達最頂部時將會由于重力原因在中心區域落下。