CN101193694B - 用于混合流体、包括混合至少一种流体与近临界或超临界载体流体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一般来说涉及混合流体的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于混合被导入近临界或超临界流体而形成流体物流的流体的方法和设备。在流体物流中产生密度梯度从而导致产生快速混合的对流速度。本发明可以应用于其中需要流体的快速循环时间或快速混合以及其中允许低残留物容量的半导体和晶片制造的商业应用。

Description

用于混合流体、包括混合至少一种流体与近临界或超临界载体流体的设备和方法
技术领域
一般来说，本发明涉及混合流体的方法和设备。更特别地，本发明涉及用于将具有不同流体性质，包括但不限于密度、浓度和温度的流体混合到近临界和超临界条件下的主体载体流体中的方法和设备。本发明可应用于如半导体晶片制造的商业过程。
背景技术
各种近临界和超临界流体已被建议用于半导体、晶片和/或芯片基材的下一代加工，倘若其具有宝贵的化学性质的话。但是，在这种流体的运用中，当前的挑战是需要(i)在混合装置的短距离或小体积内的快速混合，(ii)死区体积的最小化以及(iii)超净基材的痕量污染物水平洗涤。传统的混合设备和系统包括静态(珠粒)床、基于叶轮的系统/装置、鞍(saddle)混合系统/装置等，具有大表面面积和/或大死区体积的问题，这些使组分和/或流体滞留，从而很难或很慢地达到低污染物水平。相应地，需要新的系统和装置，以允许完全流线地和快速地混合流体以满足适用于半导体、晶片和/或芯片基材的下一代加工的这些关键的制造和生产要求。
发明内容
一方面，本发明是一种用于快速混合一种或多种流体的方法，包括以下步骤：将一种或多种流体导入近临界或超临界载体流体而形成流体物流，其中该载体流体在标准温度和压力下是气体，其具有的密度高于该载体流体的临界密度；并且，其中在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，该密度梯度在该流体物流中产生对流速度，使得所述一种或多种流体在流体物流中快速混合，因此形成基本上均匀的混合流体。
在一个实施方案中，载体流体包括二氧化碳。
在另一个实施方案中，密度梯度与载体流体的流动方向方向相反。
在另一个实施方案中，对流速度与载体流体的流动方向平行取向。
在另一个实施方案中，对流速度与载体流体的流动方向方向相反。
在另一个实施方案中，密度梯度的产生与流体物流中的流体之间的浓度差相关。
在另一个实施方案中，密度梯度的产生与流体物流中的流体之间的温度差相关。
在另一个实舫案中，流体物流中的多种流体中的至少一种包括溶质，例如，表面活性剂和/或辅助表面活性剂，其以基本上液化的形式导入。
另一方面，本发明是一种用于快速混合流体的混合设备，包括：至少一个用于将一种或多种流体导入近临界或超临界载体流体而形成流体物流的入口，其中该载体流体在标准温度和压力下是气体，其具有的密度高于该载体流体的临界密度；用于收回基本上均匀的混合流体的出口；一个可操作地布置在至少一个入口和出口之间的混合部分，其具有基本上均一尺寸的内孔以使得在导入一种或多种流体时产生密度梯度，该密度梯度在该流体物流中导致对流速度以快速混合所述一种或多种流体以形成基本上均匀的混合流体。
在本发明的实施方案中，混合设备包括混合部分，其具有多个基本上垂直放置的操作相连在一起的混合部件。
在另一个实施方案中，混合部分被配置成线圈。
在另一个实施方案中，混合部分具有角形形状。
在另一个实施方案中，混合部分具有矩形形状。
在另一个实施方案中，混合部分包括单个的基本上垂直放置的混合部件，其在向上或向下方向产生密度梯度。
附图说明
通过参照下述附图说明，将容易更完整地理解本发明，其中不同附图中的相同数字代表相同的结构或构件。
图1表示了根据本发明实现流体混合的密度梯度和对流速度参数。
图2a表示了根据本发明的一个实施方案的被配置成线圈形式的用于混合流体的混合设备(部分)。
图2b表示了根据本发明的另一个实施方案的被配置成线圈形式的用于混合流体的混合设备。
图3表示了根据本发明的另一个实施方案的具有基本上正弦曲线形状的用于混合流体的混合部分。
图4表示了根据本发明的另一个实施方案的具有基本上角形形状的用于混合流体的混合部分。
图5表示了根据本发明的另一个实施方案的具有矩形形状的用于混合流体的混合部件。
图6表示了根据本发明的一个实施方案的完整的混合系统。
具体实施方式
在此使用的术语“层流”是指流线型的流动路径，其特征在于流动线路是平滑的、平行的、或共线的而没有明显的混合或湍动。在此使用的术语“湍流”是指非流线型的流动路径，其特征在于流动线路具有径向分量，或不是平滑的、平行的、或共线的。正如本领域技术人员能够理解的那样，与本发明相关而实现的混合可以同等地应用于层流和湍流的条件。因此，此处不做任何限制。
在此使用的术语“梯度”是指作为第二个测量或计算的参数(例如，时间、位置，或者在恒定浓度下相对于温度的密度导数)的函数的流体间的测量或计算的参数(例如，密度、速度、温度、浓度)差或变化。在一个示范例中，密度梯度可以被定义为作为距离″x″或″L″(第二个参数)变化的函数的两流体间的密度″ρ″(第一参数)差或变化，在数学上表达为_ρ/_x或_ρ/_L。在另一个实例中，浓度梯度可以被定义为作为距离变化的函数的两流体间的特定溶质的浓度差，即_C/_x或_C/dL。
本发明的载体流体(或主体流体)在标准温度和压力(STP)下是气体，其密度高于该载体流体的临界密度，正如本领域技术人员能够理解的那样，包含“近临界”和“超临界”流体。用于产生近临界和超临界流体的组分气体包括但不限于二氧化碳(CO2)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、六氟化硫(SF6)、Freon_、氮气(N2)、氨(NH3)、其被取代的衍生物(例如，氯三氟乙烷)和其组合。二氧化碳(CO2)是示范性的流体，由于其低表面张力(在20℃，1.2达因/厘米，″Encyclopedie Des Gaz″，Elsevier Scientific Publishing，1976，pg.361)及有用的临界条件(Tc＝31℃，Pc＝72.9atm(或1,071psi)，CRC Handbook，71st ed.，1990，pg.6-49)，这些可适用于制造领域的基质(host of manufacturing concerns)。
本发明的流体还包括对比温度(Tr＝T/Tc)高于约0.75的液体，其中T是载体流体的测量温度而Tc是载体流体的临界温度。本发明的近临界和超临界流体可进一步包括其中的各种试剂和溶质。溶质，包括但不限于，例如，表面活性剂、辅助表面活性剂、化学剂和/或其它的反应试剂，如描述于共同未决申请(美国申请10/783,249)中的，它们适用于本发明，在此将其全部引入作为参考。其它的化合物，例如，如Francis(J.Phys.Chem.，58，1099-1114，1954)所公开的，也可以用作本发明的流体的组分。但并不限于以上所述。
表面活性剂和辅助表面活性剂包括但不限于亲CO2的、阴离子、阳离子、非离子、两性离子、反胶束形成的表面活性剂和辅助表面活性剂和其组合。阴离子表面活性剂包括但不限于，例如，氟化烃、氟化表面活性剂、非氟化表面活性剂、全氟聚醚(PFPE)表面活性剂、PFPE羧酸盐、PFPE羧酸铵、PFPE磷酸盐酸(phosphate acids)、PFPE磷酸盐、氟烃羧酸盐、PFPE氟烃羧酸盐、PFPE磺酸盐、PFPE磺酸铵、氟烃磺酸盐、氟烃磷酸盐、烷基磺酸盐、双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸钠、双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸铵和其组合。阳离子表面活性剂包括但不限于，四辛基氟化铵化合物。非离子反胶束形成表面活性剂包括但不限于，例如，聚氧化乙烯十二烷基醚类化合物、其被取代的衍生物和其官能等价物。两性反胶束形成表面活性剂包括但不限于，例如，α-磷脂酰胆碱类化合物，其被取代的衍生物和其官能等价物。反胶束形成辅助表面活性剂包括但不限于，例如，烷基酸磷酸盐(alkyl acid phosphates)、烷基酸磺酸盐(alkyl acidsulfonates)、烷基醇、全氟烷基醇、二烷基磺基琥珀酸盐表面活性剂、其衍生物、盐和官能等价物。反胶束形成辅助表面活性剂包括但不限于，例如，双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸钠、双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸铵和其官能等价物。化学剂包括但不限于，例如，乙醇胺(HOCH2CH2NH2)、羟胺(HO-NH2)、过氧化物、有机过氧化物(R-O-O-R′)、过氧化氢(H2O2))、醇、水和/或其它反应性组分。
表面活性剂和/或其它溶质能够与多种助溶剂以液体形式预混合以备即时注入，其中所述助溶剂包括但不限于二氯-五氟-丙烷(也称作HCFC-225_)、多氯三氟乙烯(polychlorotrifluoroethylene)、三氟三氯乙烷(也称作CFC-113_)、二氢十氟戊烷(也称作Vertrel-XF_)、二乙醚或其组合等。溶质和助溶剂的比率选自约0.1∶1到约10∶1的范围内。更特别地，该比率选自约1∶1到约5∶1的范围内。
图1表示了流体16(或多种流体)被导入流体14从而在混合设备22中混合，流体14包括，例如，CO2或另一种主体载体流体，它们处于近临界或超临界状态。在图中，表示了包括溶质的流体16的局部化“包裹(Parcel)”(包)被从流体贮槽38导入流体14中。流体16的导入产生具有向量(ρ)10的密度梯度，该密度梯度被定义为密度差的函数，即，_ρ/_x。该密度梯度导致对流速度向量(v)12，该对流速度向量被定义为流体物流中时间(t)变化的函数，即，_x/_t。流体14中产生的对流速度能够与被混合的流体或其它被导入其中的流体的格拉斯霍夫数″Gr″关联和/或相关。格拉斯霍夫数是来自流体动力学的无量纲数，其接近于作用于流体的浮力和黏滞力的比率，如等式[1]所定义：
Gr = ( D 3 ρ 2 gξ ( C s - C 0 ) μ 2 ) - - - ( 1 )
其中″g″是重力常数；″ζ″(psi)是浓度为[-1/ρ*(_ρ/_C)(P，T)](单位为：1/浓度)时的体积膨胀系数；D是混合装置的直径；″Cs″是被导入载体(主体)流体14中的流体16中的溶质的浓度；″C0″是溶质在主体载体流体14中的浓度(通常为0，但不局限于此)；″μ″是载体流体14的粘度。由于在主体流体14和流体16之间的显著的和/或大的密度差(ζ*(Cs-C0)，产生了明显的速度梯度和/或向量。特别地，与本发明相关使用的流体的密度差(ζ*(Cs-C0))选自约0.5％到约200％的范围。更特别地，密度差选自约10％到约50％的范围。如下文中所述，本发明中的近临界和超临界流体中所产生的明显的速度(速度梯度)提供了快速混合，如后文中所述的。
流体的各种的质量传递性能已被，例如，Bird等人(″Transport Phenomena″，John Wiley & Sons，New York，1960，pg.646)定义。混合(质量传递)速率已知与格拉斯霍夫数关联，例如，Joye等人(Ind.Eng.Chem.Res.1989，28，1899-1903；Int.J.Heat and Fluid Flow 17：468-473，1996；Ind.Eng.Chem.Res.1996，35，2399-2403)中所述的。例如，在近临界和超临界流体中，粘度为传统液体的1/5-1/50。而且，近临界和超临界流体的体积膨胀系数为传统液体的5-20倍。基于本发明的近临界和超临界流体的低粘度，和大体积膨胀系数(psi)，这些流体的格拉斯霍夫值大于传统液体的达大约3个数量级。因此，在最低程度上，本发明的混合速率与传统液体中的混合速率相比被放大了至少3个因子。
总的来说，正如本领域技术人员能理解的那样，密度梯度和速度是其它流体参数的函数，包括但不限于例如，溶质浓度、温度。因此，不意图通过参考本文中所述的比重和/或速度而对本发明的范围进行限制。现在将参考附图2a和附图2b对本发明的一种混合设备进行说明。
附图2a，根据本发明的一个实施方案，表示了一种用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相互以例如线圈的形式相连。混合部分22具有总长(L)，长宽比(AR)和/或体积流率(Q)，其提供足够的停留时间(RT)以用于快速的流线混合。混合部分22的长宽比通过等式[2]给出：
长宽比＝(L)/(D)                                [2]
其中分别地，L是长度，D是内孔径。长宽比选自大于约100的值。更特别地，长宽比选自大于约500的值。平均停留时间通过等式[3]确定：
停留时间＝(V)/(Q)                              [3]
其中分别地，V是总体积(mL)，Q是混合部分22的体积流率(mL/min)。停留时间选自约0.01分钟(0.5秒)至约1分钟的范围。更特别地，停留时间选自约0.03分钟(2秒)至约0.17分钟(10秒)的范围以实现流体的快速混合。
在本实施方案中，设有至少一个混合部件26以在第一方向(例如向下)产生流动，并且设有至少一个混合部件28以在第二方向(例如向上)产生流动。如图所示，流体16导入(注入)流体14产生与主体流体14的流动方向相反的密度梯度，该密度梯度具有基本上垂直向上的向量(ρ)10，导致新的基本上垂直向下的速度向量(v)12。主体流体14的流动方向在混合部件28中发生变化，由此密度梯度的向量10为基本上垂直向下，导致产生新的基本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。在本结构中，混合部分22具有约24英寸的长度(L)，约0.060英寸的内径，和约1.11mL的内部体积，形成的长宽比为400以及约2.6秒的停留时间，但不限于此。正如本领域技术人员所能容易地理解的那样，尺寸是可以变化的以便完成如本文中所述的快速混合。没有进行限制的意图。例如，混合部件24可以不受限制地串连相连，形成附加的线圈用于混合以产生基本上均匀的混合流体。在一个备选结构(未示出)中，混合部分22可以包括单个的垂直的混合部件24，其被放置以产生向上或向下的流动，也并不限于此。
图2b，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相互例如以线圈的形式相连。在本实施方案中，被引入混合部分22的流体随基本上垂直向上流动的流体进入混合部分26。流体16引入(注入)流体14中产生与流体流动方向相反的密度梯度，该密度梯度具有基本上垂直向下的向量(ρ)10，导致新的基本上垂直向下的速度向量(v)12。流体的流动方向在混合部件28中发生变化，由此密度梯度的向量10为基本上垂直向上，导致产生新的基本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。混合部件24可以不受限制地串连相连，形成附加的线圈以用于混合以产生基本上均匀的混合流体。没有进行限制的意图。例如，在备选结构(未示出)中，混合部分22可以包括单个的基本上垂直的混合部件24，其被放置以产生向上或向下的流动，也并不限于此。
图3，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混合装置或系统相结合的用于混合流体的混合部分22。混合部分22具有正弦曲线形式，包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相连在一起，但不限于此。设置至少一个混合部件26以在第一方向(例如向上或向下)产生流体流动，并且设有至少一个混合部件28以在第二方向产生流体流动，从而获得充分并且快速的混合。在本实施方案中，进入混合部分22的流体进入混合部件26并沿向上的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向下的向量(ρ)10的密度梯度并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体的流动方向在混合部件28中发生变化，由此密度梯度的向量10为基本上垂直向上，导致产生新的基本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。在备选结构(未示出)中，混合设备22被配置使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向上的向量10的密度梯度，导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量12。多对混合部件24可以不受限制地串连相连，由此使正弦曲线设备延伸并传播本文中所述的密度梯度和速度向量图案直至流体充分混合，形成基本上均匀的混合流体。但不限于此。
图4，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混合装置或系统相结合的用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22具有角形形状，包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相连在一起。设置至少一个混合部件26以在第一方向产生流体流动，而设置另一个混合部件28以在第二方向产生流体流动，混合部件26和28相对彼此以角度″θ″设置，由此实现充分的混合。优选″θ″为锐角但不限于此。在本实施方案中，进入混合部分22中的流体进入混合部件26，沿向上的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向下的向量(ρ)10的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体流动在混合部件28中反转方向，由此密度梯度的向量10基本上垂直向上，导致产生新的方向基本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。在备选结构(未示出)中，混合设备22被配置，使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向上的向量10的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量12。多对混合部件24可以不受限制地串连相连，由此使角形设备延伸，提供本文中所述的重复的密度梯度和速度向量图案直至流体被充分混合，提供基本上均匀的混合流体。由此没有进行限制的意图。其它结构正如本领域技术人员所能想象的那样被包含在本文中。没有进行限制的意图。
图5，根据本发明的另一个实施方案，表示了一种与混合装置或系统相结合的用于混合流体的混合设备22(部分)。混合部分22具有矩形形状，包括任意数量的基本上垂直设置的混合部件24，其相连在一起。设置至少一个混合部件26以在第一方向(例如向上或向下)产生流体流动，设置另一个混合部件28以在第二方向(例如向下或向上)产生流体流动，由此实现充分的混合。在本实施方案中，进入混合部分22中的流体进入混合部件26，沿向上的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向下的向量(ρ)10的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量(v)12。流体流动在混合部件28中反转方向，使得密度梯度的向量10基本上垂直向上，并导致产生新的方向基本上垂直向下的速度向量12，但不限于此。在备选结构(未示出)中，混合设备22被配置，使得进入设备22的流体首先以向下的方向流动，产生具有方向为基本上垂直向上的向量10的密度梯度，并导致产生方向为基本上垂直向下的新的速度向量12。如前所述，混合部件24可以不受限制地串连相连，使得矩形设备延伸，由此提供重复的密度梯度和速度向量直至流体充分的混合，提供基本上均匀的混合流体。其它的结构正如本领域技术人员所能想象的那样被包含在本文中。没有进行限制的意图。与其它结构一样，混合部分22具有的长度、长宽比、流率和停留时间足以完成混合，如本文中所述的。现在将参考图6，对完整的混合系统进行描述。
图6，根据本发明的一个实施方案，表示了完整的混合系统100。在图中，混合系统100包括混合部分22，其具有任意数量的基本上垂直的混合部件24，其以线圈形状相连在一起。混合部分22操作连接到任选的观察室36以用于观察混合效果。通过测量折射率来评估混合。特别地，观察室36配置有两个_英寸的光学窗口，通过所述光学窗口，使用近点光源50，其相连到摄像机52(装备有标准宏观镜头或望远镜头)和标准视频显示器54(置于观察室36附近)，通过透射图像可以观察溶液的混合。未混合流体的折射率差被作为透射图像中的波动扭曲被直观地观察到。折射率差是未混合流体中的密度梯度直接造成的。实现完全混合时，透射图像中观察不到任何扭曲。其它用于评估混合充分性的合适的手段也可以不受限制地使用。
混合部分22进一步相连到流体贮槽或容器38，其中含有表面活性剂流体40以备即时注入和混合(如下文中所述)。混合部分22进一步相连到泵42(例如，型号BBB-4 HPLC型往复式活塞泵，Eldex Laboratories，Inc.，San Carlos，CA)以便将流体40以约1-5L/min的流率输送至混合部分22，但并不限于此。纯的浓CO2 44(ρ～0.89g/cc)从进料源46(例如，汽缸)输送至混合部分22，通过进料泵47(例如，微处理器控制的注射泵，ISCO，Inc.，Lincoln，NB)，以25mL/min的流率，在2500psi的压力和25℃的温度，通过组合″T″接头48，进入混合部分22并且进入观察室36。流体40和流体44的混合通过测量折射率来确定。系统100的部件通过标准的、外径为1/16英寸的不锈钢管58连接。废流体被收集到收集容器60中。
在一个示范性的表面活性剂流体40中，将5.3ml的全氟聚醚(PFPE)-磷酸盐酸表面活性剂(ρ～1.5g/cc)(Solvay Solexis，Inc.，Thorofare，NJ)、2g AOT磺酸钠辅助表面活性剂(ρ～1.0g/cc)(Aldrich Chemical Company，Milwaukee，WI53201)、0.33mL去离子蒸馏水预混在10.6mL的二氯五氟丙烷(ρ～1.6g/cc)(HCFC-225_)(AGA Chemicals，Charlotte，NC)助溶剂或其它适合的载体或助溶剂中以得到约1∶1的表面活性剂∶溶剂的溶液(总密度ρ～1.5g/cc)，但并不限于此。例如，可以使用任意其它比率的表面活性剂∶溶剂。此外，其它的表面活性剂和/或反应试剂可以组合，例如，如共同未决的申请(美国专利申请10/783,249)中所述的，并且可与本发明结合使用，包括例如，含卤代烃油中的多氯三氟乙烯的助溶剂中的PFPE-磷酸盐/AOT，含三氟三氯乙烷(CFC-113_)的助溶剂中的PFPE-磷酸盐/AOT。其它的表面活性剂和/或反应试剂可以在适用于即时注入的助溶剂中预混，包括例如，HCFC-225_中的PFPE-羧酸铵/羟胺、多氯三氟乙烯(卤代烃油)中的PFPE-羧酸铵/羟胺。但不限于此。
尽管本发明在此参照特别的和/或优选的实施方案加以说明，应当理解本发明并不限于此。由此可以产生各种在形式上和细节上的变化而不会背离本发明的精神和范围。例如，混合部件24的截面形状可以是任何形状包括但不限于环形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、八边形或其它“n-边”型，包括其组合。
本领域技术人员能够理解，可以通过多种且有效的等同方法来进行如通常实践的和在本文中所述的各种流体和反应组分的结合和混合。例如，本文中所述方法在商业规模上的应用可以包括高压泵和泵送系统，和/或传递系统，它们用来移动、传递、传递、结合、混合以及输送和应用各种混合流体以用于各种制造领域，例如，清洗和洗涤。另外，本文中所述的用于混合和/或输送流体的商业部件可以进一步与计算机控制系统和/或装置结合来控制。
更进一步地，相对于基材表面处理(例如清洗)使用本文中所述的本发明的混合流体的相关应用和/或处理技术将包含本领域技术人员所能预见的那些方面。总而言之，在更宽泛的方面可以进行多种变化和改进而不背离本发明。由此没有进行限制的意图。

Claims (41)

1.一种快速混合流体的设备，包括：
至少一个入口，用于将一种或多种流体导入近临界或超临界载体流体而形成流体物流，其中所述载体流体在标准温度和压力下是气体，其具有的密度高于所述载体流体的临界密度；
出口，用于收回均匀的混合流体；及
可操作地布置在所述至少一个入口和所述出口之间的混合部分，所述混合部分设有
一个垂直地设置的混合部件，或者
多个垂直地设置的混合部件，所述混合部件相连在一起，使得在一个混合部件以第一方向产生流动以及在另外的混合部件以第二方向产生流动，
所述混合部件具有尺寸均一的内孔，能在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，所述密度梯度在所述物流中引起对流速度，其快速混合所述一种或多种流体以形成所述均匀的混合流体，以及其中所述混合部份的长宽比大于100，以及所述流体的停留时间为0.5秒至1分钟。
2.一种混合一种或多种流体的方法，包括：
提供权利要求1的设备，
将一种或多种流体导入至混合部份中的近临界或超临界载体流体而形成流体物流，其中所述载体流体在标准温度和压力下是气体，其具有的密度高于所述载体流体的临界密度；
其中在导入所述一种或多种流体时产生密度梯度，所述密度梯度引起对流速度，该对流速度足以在所述混合部份中，在0.5秒至1分钟的停留时间内，混合在所述物流中的所述一种或多种流体。
3.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述载体流体包括从由以下物质组成的组中所选的成员：二氧化碳、乙烷、乙烯、丙烷、丁烷、六氟化硫、
Figure FSB00000839031200011
氮、氨、其被取代的衍生物或其组合。
4.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述载体流体是对比温度(reduced temperature)高于0.75的液体。
5.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述密度梯度与所述载体流体的流动方向，在方向上相反。
6.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述对流速度具有与所述载体流体的流动方向平行取向的方向向量。
7.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述对流速度与所述载体流体的流动方向，在方向上相反。
8.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述密度梯度与所述流体物流中的所述对流速度方向相反。
9.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述密度梯度的产生与所述流体物流中的至少第一流体和第二流体之间的浓度差相关。
10.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述密度梯度的产生与所述一种流体物流或所述多种流体中的至少第一流体和第二流体之间的温度差相关。
11.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体在所述混合部分中具有在2秒到10秒范围内的停留时间。
12.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体以10mL/min到10L/min的流率被导入。
13.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体以25mL/min到1L/min的流率被导入。
14.权利要求1的设备，其中所述混合部分具有的长宽比大于500。
15.权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体在长宽比大于100的混合设备中被导入所述物流中。
16.权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体在长宽比大于500的混合设备中被导入所述物流中。
17.权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体被导入混合设备中，所述混合设备包括垂直地放置的管，从而在或者向上或者向下的方向产生流动。
18.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体与所述载体流体相比表现出的密度差在0.5％到50％范围之间。
19.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述一种或多种流体与所述载体流体相比表现出的密度差在1％到20％范围之间。
20.权利要求1的设备，其中所述混合部分包括多个垂直地放置的混合部件，其操作地相连，具有选自如下的形状：线圈、正弦曲线、矩形、角形或其组合。
21.权利要求1的设备，其中所述混合部分包括单一的垂直地放置的混合部件，由此在或者向上或者向下方向产生所述梯度。
22.权利要求1的设备或权利要求2的方法，其中所述多种流体中的至少一种包括至少一种溶质，该溶质溶解在助溶剂中以将所述溶质以液化的形式导入。
23.权利要求22的设备或方法，其中所述溶质与所述助溶剂的比率选自0.1∶1到10∶1的范围。
24.权利要求23的设备或方法，其中所述溶质与所述助溶剂的比率选自1∶1到5∶1的范围。
25.权利要求22的设备或方法，其中所述助溶剂选自二氯-五氟-丙烷、二氯-五氟-戊烷、多氯三氟乙烯、三氟三氯乙烷、二氢十氟戊烷、二乙醚或其组合。
26.权利要求22的设备或方法，其中所述至少一种溶质包括表面活性剂或辅助表面活性剂，其选自亲CO2的、阴离子的、阳离子的、非离子的、两性离子的、反胶束形成的表面活性剂和辅助表面活性剂及其组合。
27.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂选自氟化烃、氟化表面活性剂、非氟化表面活性剂、氟烃羧酸盐、氟烃磺酸盐、氟烃磷酸盐、烷基磺酸盐、双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠、双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸铵及其组合。
28.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂选自PFPE表面活性剂、PFPE羧酸盐、PFPE磷酸盐酸、PFPE磷酸盐、PFPE磺酸盐及其组合。
29.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂选自PFPE氟烃羧酸盐。
30.权利要求27-29之一的设备或方法，所述阴离子表面活性剂选自PFPE羧酸铵、PFPE磺酸铵及其组合。
31.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂选自以下类：
四辛基氟化铵化合物。
32.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是非离子反胶束形成表面活性剂，所述非离子反胶束形成表面活性剂选自以下类：
聚氧化乙烯十二烷基醚化合物和其被取代的衍生物。
33.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是两性离子反胶束形成表面活性剂，所述两性离子反胶束形成表面活性剂选自以下类：
α-磷脂酰胆碱化合物和其被取代的衍生物。
34.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是反胶束形成辅助表面活性剂，所述反胶束形成辅助表面活性剂选自
烷基酸磷酸盐、烷基酸磺酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐表面活性剂、烷基醇和其盐。
35.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是反胶束形成辅助表面活性剂，所述反胶束形成辅助表面活性剂选自全氟烷基醇和其盐。
36.权利要求26的设备或方法，其中所述溶质是反胶束形成辅助表面活性剂，所述反胶束形成辅助表面活性剂选自双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠和双(2-乙基-己基)磺基琥珀酸铵。
37.权利要求22的设备，其中所述多种流体中的所述至少一种进一步包括反应性化学试剂，其选自乙醇胺、羟胺、过氧化物、醇、水或其组合。
38.权利要求22的设备，其中所述多种流体中的所述至少一种进一步包括反应性化学试剂，其选自有机过氧化物、过氧化氢或其组合。
39.权利要求1的设备，其中所述设备是晶片生产系统或装置的组件。
40.权利要求2的方法，其中与混合系统或装置结合而完成所述混合。
41.权利要求40的方法，其中所述混合系统或装置是晶片生产或半导体制造系统或装置的组件。
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