脉冲 纳米粒子 综合

我们的 历史 - 纳米粒子 综合

PANS 可视化NovaCentrix 自 1999 年起开始使用脉冲电弧工艺制造纳米颗粒(当时为 Nanotechnologies, Inc.),当时我们最初使用 电热枪 制造陶瓷纳米颗粒。该装置最初用于军事目的,但我们意识到,如果消除这种枪的射弹,则孔内 100MW 受限电弧放电产生的强等离子射流可用于在射出时烧蚀其中一个电极。当将这种烧蚀材料排放到含有反应性气体(例如氧气或氨水)的罐中时,它可以与气体结合形成动力学上最有利的化合物,例如纳米颗粒形式的氧化物或氮化物。

PANS反应堆

2000 世纪初期,电热枪工艺被一种更具可扩展性的工艺所取代,即脉冲电弧纳米粒子合成 (PANS)。这一工艺沿用至今,涉及在气态大气中两根金属棒之间放电强烈(~100 kA)、短时(~1 ms)电弧。金属棒的末端被电弧烧蚀和加热,形成致密的金属等离子体,该等离子体以超音速膨胀到周围气体中。这种快速混合使等离子体冷却,使金属蒸气凝结并形成致密的纳米颗粒气溶胶。形成后,对气体进行过滤以去除纳米颗粒,然后返回反应室。然后,金属棒相互对准,为随后的电弧放电做准备。

与电热枪工艺不同,杂质极少,因此当反应室充满惰性气体(如氩气或氦气)时,也可以使用 PANS 工艺制造金属纳米颗粒。

PANS 工艺产生的副产品很少。电极中任何不参与纳米颗粒形成的部分都会被回收。由于 PANS 是半自动化的,单个反应器每年的纳米颗粒产量超过一公吨。

PANS技术发展过程中最引人注目的发现之一,源于对电弧放电脉冲长度的调控。利用这一特性,所产生纳米颗粒的平均尺寸可以控制在一个数量级,从约10纳米到100纳米。2004年,NovaCentrix公司利用普通相机闪光灯发现了光子固化工艺,并借鉴了PANS技术,打造出当时世界上功率最强大的商用闪光灯——PulseForge。秉承PANS工艺的理念,所有PulseForge设备都集成了电子脉冲长度控制功能,以便调节功率输出,从而对各种薄膜进行热处理。

PulseForge技术、其系列工具以及 100 多项专利于 2022 年 1 月从 NovaCentrix 分拆出来,成立了一家名为PulseForge, Inc. 的姊妹公司。

案例
1. DR Peterson,《纳米晶陶瓷的电热化学合成》,博士论文,德克萨斯大学奥斯汀分校,1994年。
2. Peterson, Dennis R.“电枪的设计和操作,电枪是一种用于产生金属和碳等离子射流的电热枪。” IEEE 磁学汇刊 33.1(1997):373 378。
3. Schroder, Kurt A. 等人,“电热化学合成制备的金属和金属氧化物纳米粒子的表征。” MRS 在线会议录图书馆 (OPL)744(2002):M6-8。
4. KA Schroder,DK Jackson,用于合成纳米粉末的径向脉冲电弧放电枪。美国专利 7,126,081,2006 年。