[发明专利]一种制备单一或壳核结构纳米粒子及其薄膜的设备和方法

说明书

技术领域

   本发明属于纳米材料与纳米技术领域，具体涉及一种利用磁控溅射技术制备各种无机或金属纳米粒子及纳米粒子薄膜的设备和方法以及把纳米粒子修饰成壳核结构纳米粒子的技术。

背景技术

纳米粒子是指直径在1～100nm之间的粒子，纳米粒子具有一些新异的物理化学特性，如体积效应，表面效应，量子尺寸效应和宏观的隧道效应，纳米粒子的特有性质使得它在科研和应用上具有很高的价值。纳米粒子的表面活化位点多，可以用做催化剂；在磁性材料方面，可以用纳米粒子作为永久磁体材料，磁记录材料，磁流体材料和用于吸收高频电磁干扰的吸波材料等；纳米材料在医学和生物工程上也有许多应用，现在已经成功开发了以磁性纳米材料为药物载体的靶向药物，以及在临床诊断上的核磁共振显影技术上的应用。

因此如何高效地制备纳米材料成为科研人员和工程师们工作的重点之一，目前制备纳米材料的方法有化学方法和物理方法。化学方法即采用化学合成的方法，合成制备纳米材料，例如沉淀法，水解法，相转移法，界面合成法和溶胶-凝胶法等，化学法的特点是简单，易于生产，但是在制备过程中需要消耗大量有机溶剂和有毒的表面活性剂等物质，会产生不利于环保的废溶剂；物理方法制备纳米材料是指“强制”将材料“细化”得到纳米材料，例如惰性气体蒸发法，激光溅射法，球磨法和电弧法，这些物理方法产生的纳米粒子粒径不均匀，而且不能有效地对纳米粒子表面修饰。

文献（Dense Fe cluster-assembled films by energetic cluster deposition，D. L. Peng,H. Yamada, and T. Hihara，APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 85, NUMBER 14 4 OCTOBER 2004）公开了一种采用物理方法制备纳米粒子的方法，该文献中用来产生纳米粒子的设备的基本结构是：有一个大直径的圆柱形腔体下接一个小直径的圆柱形腔体，在大直径的圆柱形腔体上设置有工作用惰性气体通道，腔体内装有磁控溅射靶材，并外接分子泵，小直径的圆柱形腔体上有一个冷却用液氮通道，在底端依次有两个结构相同的锥体漏斗，并外接有机械泵和分子泵，制备得到的纳米粒子经液氮冷却，通过倒锥体漏斗中的小孔沉积到基板上。该设备存在的主要问题是：在纳米粒子通道上设置有分子泵，容易导致纳米粒子被分子泵吸走而不能有效沉积到基板上，降低了制备纳米粒子的效率；另外该设备使用多套机械泵和分子泵，真空泵价格昂贵，必然会增加制备纳米粒子的成本；最重要的是该设备不能有效地对纳米粒子表面进行修饰处理和用来制备各类具有核和壳结构的纳米粒子及其薄膜。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制备单一或壳核结构纳米粒子及其薄膜的设备和方法，目的是能简单并高效地制备出不同类型的纳米粒子及纳米粒子薄膜，同时对纳米粒子和纳米粒子薄膜进行表面修饰处理，从而得到具有壳核结构的纳米粒子及其薄膜。

实现本发明目的的技术方案是：

一种制备单一或壳核结构纳米粒子及其薄膜的设备，包括外圆柱形玻璃腔体、靶源、机械泵和分子泵，其要点是：在外圆柱形玻璃腔体内部的上部装配有一个锥形出口的腔体，称为锥形腔体，锥形腔体的顶端朝下并开有一个孔为出口，孔的下方设有基板，外圆柱形玻璃腔体底部外接机械泵、分子泵和真空计，玻璃腔体外壁缠绕有射频电感耦合线圈，射频电感耦合线圈外接射频电源；锥形腔体内装有直流或射频磁控溅射靶源，锥形腔体靠内壁的一侧有一个惰性工作气体通道，锥形腔体外壁与外圆柱形玻璃腔体内壁之间有一个制备壳核结构纳米粒子时的修饰气体通道。

其中，所述的外圆柱玻璃形腔体的内径为50～200mm。

所述的锥形腔体的内径为40～100mm，锥形腔体的锥角为30～45°，锥体顶端的孔径为1～5mm。

所述的外圆柱形玻璃腔体和锥形腔体的中心轴线在同一条直线上。