[发明专利]一种制备纳米粉末和薄膜材料的装置

说明书

技术领域

本发明属于材料制备装置技术领域，具体涉及一种制备纳米粉末和薄膜材料的装置。

背景技术

纳米粉末和薄膜材料往往具有常规块体材料所不具备的声、光、磁、电、热、催化等特性，在国防、化工、电子信息、航天、冶金、能源等领域具有广阔的应用前景。目前纳米粉末制备方法大致可以分为机械研磨法、激光法和湿化学法；薄膜材料的制备方法主要有磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积；MOCVD、PECVD等方法。概括起来，现有的纳米粉末和薄膜材料制备方法及装置研究方面，主要存在以下几方面的问题：

(1)相同成分的纳米粉末和薄膜材料只能通过不同的实验方法和装置来制备得到。

(2)现有的纳米粉末和薄膜材料制备设备昂贵，功能单一，往往只能适用于特定的材料体系。[1]F.Brochin，et al.，Nanostruct.Mater.11(1999)1.(法.布罗齐林等，纳米结构材料，11(1999)1)；[2]Raghuveer S.Makala，et al.，Pulsed laser deposition of Bi₂Te₃-based thermoelectric thin films，2003 J.Appl.Phys.94 3907(拉法威尔.思.马卡拉等，脉冲激光沉积制备Bi₂Te₃系热电薄膜，应用物理杂志，94(2003)3907)；而电沉积方法影响因素相当复杂，[3]Tuba，et al.，Electrochemical Atom-by-Atom Growth of PbS by Modified ECALEMethod，Chem.Mater.2005，17，935-937。(塔巴等，电化学原子层外延制备硫化铅薄膜，材料化学，17(2005)935-937)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备纳米粉末和薄膜材料的装置，该装置既可用于纳米粉末材料又可用于薄膜材料的制备。

本发明提供的制备纳米粉末和薄膜材料的装置，其结构为：坩埚位于真空腔体的底部，衬底装置由电动机，衬底支架和衬底组成，衬底支架位于真空腔体的内腔顶部，电动机与衬底支架连接，衬底安装在衬底支架的下面；粉末收集器的收集口与真空腔体相通，送粉器安装在真空腔体的内壁上，送粉器的出粉口位于坩埚的上方，

真空腔体上开有进水口、出水口和保护气体进口；高真空机组与真空腔体相连，硅整流器的正、负极分别与位于真空腔体内的钨极氩弧焊枪和坩埚连接，钨极氩弧焊枪与坩埚的距离为3-20mm之间。

本发明装置使用真空电弧等离子体作为热源对材料进行加热、蒸发、气化和收集；沉积薄膜时，同样采用真空电弧等离子体作为热源，并打开送粉器和衬底装置，粉末制备和薄膜沉积的转换过程自动化程度高，装置成本较低。本发明与现有的纳米粉末制备和薄膜沉积装置的区别在于：现有的装置，制备纳米粉末的装置不能沉积薄膜，沉积薄膜的装置不能实现纳米粉末的制备。本发明采用一套真空电弧等离子体加热系统作为热源，通过送粉器，衬底装置和粉末收集器的自动转换来实现纳米粉末的制备和薄膜的沉积。可用于制备多种纯金属、金属间化合物的纳米粉末和薄膜材料的制备，具有高效节能、低成本、多功能的优点。

附图说明

图1为本发明制备纳米粉末和薄膜材料的装置一种结构示意图；

图2为Bi₂Te₃纳米粉末的场发射电子显微形貌；

图3为Bi薄膜的场发射电子显微形貌；

图4为Bi_1.85Te_0.15Se₃薄膜断面的场发射电子显微形貌。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。本发明不仅局限于这一个实施例，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

如图1所示，本发明制备纳米粉末和薄膜材料的装置结构为：