[發明專利]用于制備非球形納米顆粒的系統和方法以及由此制備的納米顆粒組合物

有效

• 申請號: 201580060629.8
• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN107107200B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 威廉·哈羅德·尼德邁爾
• 申請（專利權）人: 阿托斯塔特公司
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

由金屬材料選擇性地制備非球形金屬納米顆粒的系統和方法。金屬靶表面被燒蝕以產生從表面移動離開的包含納米顆粒的噴出物結果或羽流。可由激光或靜電放電引起燒蝕。將至少一個電磁場設置在正被燒蝕的固體靶表面前方。當納米顆粒通過電磁場移動離開靶表面時，電磁場操控至少一部分納米顆粒以產生珊瑚形金屬納米顆粒。可以調節電磁場和金屬表面之間的距離以產生所需尺寸和/或形狀的金屬納米顆粒。

背景

1.技術領域

本文公開了用于制備納米顆粒，更特別是具有球類的、珊瑚狀形狀的非球形納米顆粒的系統和方法。

2.背景技術

用于制備納米顆粒的多種不同的方法是本領域已知的。術語“納米顆粒”通常是指最大尺寸小于100nm的任何形狀的顆粒。

美國專利號5,585,020公開了制備平均直徑為73nm，標準偏差為23nm的納米顆粒的方法。該方法在惰性氣體或真空系統中利用小于100微米的初始直徑靶顆粒的激光燒蝕。

美國專利號7,374,730公開了在有機液體介質中制備納米顆粒的方法，并使用穩定劑如表面活性劑或涂覆劑或其他烴類材料以防止納米顆粒聚結或生長。

美國專利申請號7,662,731確定了在激光濺射/燒蝕期間對防止氧化的需求，并在超流氦中進行燒蝕。

William Niedermeyer的美國專利申請公開號2003/0001833教導球形顆粒由于其均勻的形狀和可重復的特性是非常需要的，并且公開了使用燒蝕以及配置成產生受控尺寸和窄粒徑分布的球形納米顆粒的電磁場以由固體靶產生球形納米顆粒的裝置和方法。

皮秒燒蝕是已知的并且提供較短的脈沖，較短的脈沖減少離子形成的時間并幫助控制尺寸；然而，皮秒燒蝕的功率輸出相對小，限制了用相對小的燒蝕材料羽流產生的材料的量。

納米顆粒可以通過化學還原方法生長成球體(例如二氧化硅)，然而由其他起始材料產生球形納米顆粒傳統上是通過兩步法進行。在第一步中，通過化學還原方法由非二氧化硅起始材料生長納米顆粒產生非球形形狀如多面體、板、棒和另一些非球形形狀。雖然這些方法對尺寸提供良好的控制，但是所得到的非球形形狀在其可以變成球形之前需要進一步加工。在第二步中，使用激光燒蝕來將非球形顆粒強力研磨成準球形和/或球形。該過程通常會產生不需要的“廢料”片和金屬離子作為副產物。然后過濾球形顆粒以除去離子和不需要的廢料。

發明內容

本文公開了用于制備珊瑚形金屬納米顆粒的方法和系統，以及含有珊瑚形金屬納米顆粒的納米顆粒組合物。根據一些實施方案，珊瑚形金屬納米顆粒可以具有非均一的截面和由以沒有直角接合在一起的多個非線性鏈形成的球類結構。

根據一些實施方案，制備珊瑚形金屬納米顆粒的方法包括：(1)燒蝕金屬表面以產生從固體靶的表面移動離開的包含金屬納米顆粒的噴出物羽流；(2)以一定的距離和能量密度在正被燒蝕的金屬表面的前方提供至少一個電磁場，以使噴出物羽流形成珊瑚形金屬納米顆粒；(3)使用所述至少一個電磁場操控移動離開所述固體靶表面的所述噴出物羽流以形成珊瑚形金屬納米顆粒；以及(4)收集所述珊瑚形金屬納米顆粒。

根據一些實施方案，用于制備珊瑚形金屬納米顆粒的激光燒蝕系統包括：(A)金屬表面；(B)燒蝕激光器，其被配置為激光燒蝕所述金屬表面以產生從固體靶的表面移動離開的包含的金屬納米顆粒的噴出物羽流；(C)一個或更多個另外的激光器，其被設置成以一定距離和能量密度在金屬表面的前方產生至少一個電磁場，以使從所述固體靶的表面移動離開的包含的金屬納米顆粒的噴出物羽流形成珊瑚形金屬納米顆粒；以及(D)與金屬表面相鄰的流體，用于攜帶噴出物羽流和珊瑚形金屬納米顆粒并收集珊瑚形金屬納米顆粒。