[发明专利]化学催化的电磁控制

说明书

相关申请

本申请要求提交于2003年12月15日、发明名称为“阵列的纳米结构的化学汽相沉积方法：光电辅助的CVD”的美国临时专利申请No.60/529,869的利益和优先权，该申请在本文全部引用作为参考。

技术领域

本发明涉及微米或纳米结构的局部加热以及有关的使用和应用方法。更具体地说，一方面，本文中的教导还提供了对特定的纳米和微米结构的非常局部的加热，用以影响催化化学反应。一方面，如本文中所讲解的，向这样一种化学反应提供热量，该化学反应发生在提供的结构或其大部分上和/或其相邻处，所述结构或其大部分会至少由于光电共振而产生热量。

背景技术

在大规模的、连续的化学过程中使用催化剂是熟知的。许多催化反应具有温度极限。现有技术的方法通常使用宏观热量来提供用于这些反应的热量，并且通常需要全面对流、全面传导或全面辐射。这些宏观热源的例子是电热丝、炉、灯或加热的气体。

使用这些常规加热方法的固有问题是难以从时间上和空间上控制催化剂的温度、催化剂的附近区域和/或施加的热量。例如，理想的是使反应发生的预定时间比由与周围容器或基材(其中、或者其上/其相邻处，这些反应分别要发生)相关的时间常数确定的时间短得多。例如，如果能够在非常小的、特定的区域/位置提供所需的热量且不加热周围的容器和/或室和/或基材，就可更大程度地对使用的温度和催化剂的温度进行时间控制，即，反应时间将明显缩短，因为容器或基材的热质量可以被忽略。还有，理想的是，在纳米和/或微米数量级上使反应空间局部化。

将光子结合到金属纳米颗粒上时所产生的热量可按下述得出：半径为R的小金属球的极化度α可示为：

α = 4 πϵ 0 R 3 ϵ - ϵ m ϵ + 2 ϵ m ]]>

式中，ε₀是自由空间介电常数，ε是颗粒的介电常数，ε_m是纳米颗粒的介电常数。当以下条件满足时，产生用于随时间变化的、空间恒定场的共振：

[ε_实数(ω)+(2ε_m)]²+[ε_虚数(ω)]²＝最小值。

这一条件可用贵金属来满足，并且已知相应的纳米结构在光谱的可见部分具有与光电共振相关的强吸收。U.K.Kreibig和M.Vollmer的“金属簇的光学性能”(Springer-Verlag出版，New York，1995)在本文中全部引用作为参考。在接近共振频率的位置，吸收增加接近一个数量级。如果颗粒在合适的共振频率下完全吸收，简单的Stefan-Boltzman计算，即，能量/面积-σT⁴(式中，σ是Stefan-Boltzman常数)，就能够估计出达到选定的颗粒温度所需的功率。

从上述可见，局部化的纳米规模的反应是希望，并且还需要能用于各种用途和领域的相关的设备、结构、方法和系统。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于化学方法的工艺。还提供了提供微米或纳米结构(物)的方法及其用途。本发明可用于其它领域和用途，例如生命科学、化学、材料科学、纳米技术、电子、以及其它领域。

在一些示例性实施方式中，通过由至少光电相互作用(在文献和现有技术中有时也称为等离子体激元共振)提供的选定的局部化的热量来促进受温度影响的化学反应。