脈衝式 奈米粒子 合成

我們的 發展歷程 - 奈米粒子 合成

PANS 視覺化NovaCentrix 自 1999 年(當時的 Nanotechnologies, Inc.)以來一直採用脈衝電弧製程製造奈米粒子,當時我們最初使用 電熱槍 製造陶瓷奈米顆粒。該裝置最初用於軍事目的,但我們意識到,如果消除該槍的射彈,則膛內 100MW 受限電弧放電產生的強烈等離子射流可用於在其中一個電極退出時燒蝕它。當排放到含有反應氣體(例如氧氣或氨氣)的罐中時,這種被燒蝕的材料可以與氣體結合,形成動力學上最有利的化合物,例如奈米顆粒形式的氧化物或氮化物。

PANS反應器

2000 年代初期,電熱槍製程被一種更具可擴展性的版本所取代,稱為脈衝電弧奈米粒子合成 (PANS)。這個過程至今仍在使用,涉及在氣態氣氛中的兩根金屬棒之間放電強烈(~100 kA)、短時(~1 ms)電弧。棒的末端被電弧燒蝕和加熱,產生緻密的金屬等離子體,並以超音速擴散到周圍的氣體中。這種快速混合冷卻了等離子體,使金屬蒸氣凝結並形成濃密的奈米顆粒氣溶膠。形成後,氣體被過濾以去除奈米顆粒並返回反應室。然後將金屬棒引向彼此,為隨後的電弧放電做準備。

與電熱槍製程不同的是,PANS 製程的雜質極少,因此當反應室充滿惰性氣體(例如氬氣或氦氣)時,也可以使用 PANS 製程來製造金屬奈米顆粒。

PANS 製程幾乎沒有副產品。電極中不參與奈米粒子形成的任何部分都會被回收。由於 PANS 是半自動化的,單一反應器的生產能力每年超過一噸奈米顆粒。

PANS技術發展過程中最引人注目的發現之一,源自於電弧放電脈衝長度的調控。利用這一特性,所產生奈米顆粒的平均尺寸可以控制在一個數量級,從約10奈米到100奈米。 2004年,NovaCentrix公司利用普通相機閃光燈發現了光子固化工藝,並藉鑒了PANS技術,打造出當時世界上功率最強大的商用閃光燈——PulseForge。秉承PANS製程的概念,所有PulseForge設備都整合了電子脈衝長度控制功能,以便調節功率輸出,從而對各種薄膜進行熱處理。

PulseForge技術、其係列工具以及 100 多項專利於 2022 年 1 月從 NovaCentrix 分拆出來,成立了一家名為PulseForge, Inc. 的姊妹公司。

參考
1. 彼得森博士,“奈米晶陶瓷的電熱化學合成”,博士。論文,德州大學奧斯汀分校,1994 年。
2. Peterson, Dennis R.“電槍的設計和操作,一種用於產生金屬和碳等離子射流的電熱槍。” IEEE 磁學彙刊 33.1(1997):373-378。
3. 施羅德 (Kurt A.) 等。 “電熱化學合成生產的金屬和金屬氧化物奈米顆粒的表徵。” MRS 線上論文集圖書館 (OPL)744(2002):M6-8。
4. KA Schroder,DK Jackson,用於合成奈米粉末的徑向脈衝電弧放電槍。美國專利 7,126,081,2006 年。