CN102281975A - 用于处理液体以及在液体中制造某些组分(例如纳米粒)的连续、半连续和成批方法、装置以及获得的纳米粒和纳米粒/液体溶液和胶体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于连续制造纳米粒、微粒和纳米粒/液体溶液(例如胶体)的新方法和新装置。纳米粒(和/或微米尺寸的颗粒)包括各种可能的组成、尺寸和形状。可以通过例如优选利用至少一种可调节的等离子体(例如由至少一个AC和/或DC电源产生)，该等离子体与液体表面的至少一部分相连通，以使颗粒(例如纳米粒)存在(例如产生和/或使液体易接受颗粒的存在(调制过))于液体(例如水)中。至少一种随后的和/或基本上同时的可调节电化学加工技术，也是优选的。多种可调节等离子体和/或可调节电化学加工技术是优选的。加工增强剂可以单独或与等离子体一起使用。也可以使用半连续且成批加工。连续工艺导致至少一种液体流入、流过或流出至少一个沟槽元件，该液体在所述沟槽元件中被加工、调制和/或作用。结果包括在液体中形成的组分，所述组分包括液体中存在的离子、微米尺寸的颗粒和/或具有新的尺寸、形状、组成、浓度、ζ电势和某些其他新性质的纳米粒(例如基于金属的纳米粒)。

Description

用于处理液体以及在液体中制造某些组分(例如纳米粒)的连续、半连续和成批方法、装置以及获得的纳米粒和纳米粒/液体溶液和胶体
发明领域
总的来说，本发明涉及用于连续制造纳米粒、微粒和纳米粒/液体溶液(例如胶体)的新方法和新装置。纳米粒(和/或微米尺寸的颗粒)包括各种可能的组成、尺寸和形状。可以通过例如优选利用至少一种可调节的等离子体(例如由至少一个AC和/或DC电源产生)，该等离子体与液体表面的至少一部分相连通，以使颗粒(例如纳米粒)存在(例如产生和/或使液体易接受颗粒的存在(例如，调制过(conditioned)))于液体(例如水)中。至少一种随后的和/或基本上同时的可调节电化学加工技术，也是优选的。多种可调节等离子体和/或可调节电化学加工技术是优选的。加工增强剂可以单独或与等离子体一起使用。也可以使用半连续或成批加工。连续工艺导致至少一种液体流入、流过或流出至少一个沟槽元件，该液体在所述沟槽元件中经加工、调制和/或作用。结果包括在液体中形成的组分，所述组分包括液体中存在的离子、微米尺寸的颗粒和/或具有新的尺寸、形状、组成、浓度、ζ电势和某些其他新性质的纳米粒(例如，基于金属的纳米粒)。
发明背景
存在许多用于生产纳米粒的技术，包括在Brian L.Cushing，Vladimire L.Kolesnichenko和Charles J.O′Connor所写的“RecentAdvances in the Liquid-Phase Syntheses of Inorganic Nanoparticles”中提出的技术，该文章发表于美国化学学会(American Chemical Society)2004年的Chemical Reviews，volume 104，pages 3893-3946中；其主题内容通过引用而结合于此。
此外，由Clemens Burda，Xiaobo Chen，Radha Narayanan和MostafaA.El-Sayed所写的文章“Chemistry and Properties of Nanocrystals ofDifferent Shapes”，发表于美国化学学会(American Chemical Society)2005年的Chemical Reviews，volume 105，pages 1025-1102中，公开了附加的加工技术，其主题内容通过引用而结合于此。
Benjamin Wiley，Yugang Sun，Brian Mayers和Younan Xia所写的文章“Shape Control of Silver Nanoparticles”，发表在Wiley-VCH的2005年的Chemistry-A European Journal，volume 11，pages 454-463中，公开了附加的重要主题，该主题内容通过引用而结合于此。
此外，2006年4月25日授权给Mirkin等人的题为“Methods ofControlling Nanoparticle Growth”的美国专利No.7,033,415，以及2006年11月14日授权给Mirkin等人的题为“Non-Alloying Core ShellNanoparticles”的美国专利No.7,135,055，两者都公开了用于纳米粒生长的附加技术，二者的主题内容通过引用而结合于此。
此外，2006年11月14日授权给Jin等人的题为“Nanoprisms andMethod of Making Them”的美国专利No.7,135,054，也通过引用而结合于此。
本申请要求2009年1月15日提交的美国临时专利申请No.61/144,928的优先权，其主题内容通过引用而结合于此。
同样地，2009年1月15日公布的题为“Continuous Methods forTreating Liquids and Manufacturing Certain Constituents(e.g.，Nanoparticles)in Liquids，Apparatuses and Nanoparticles andNanoparticle/Liquid Solution(s)Resulting Therefrom”的WIPO公布No.WO/2009/009143，公开了与本文所公开的一些材料相关的各种方法。该申请的主题内容通过引用而结合于此。
开发本发明是为了克服已知的加工技术中存在的各种缺陷/低效，并获得用于制造以前不能实现的各种形状和尺寸的纳米粒和/或新的纳米粒/液体材料的新的、可控的方法。
发明概述
总的来说，根据本发明的用于制造新的基于金属的纳米粒溶液或胶体的方法，涉及用于在包括微米尺寸的颗粒、纳米粒、离子物质及其水基组合物的液体中连续、半连续和成批制造包括纳米粒/液体、溶液、胶体或悬液的各种不同组分的新方法和新装置。组分和生产的纳米粒可以具有各种可能的组成、浓度、尺寸、晶面和/或形状，其一起能够使本发明的组合物表现出各种新的、有趣的物理、催化、生物催化和/或生物物理性质。在该过程中所使用和产生/经改性的液体，在组分(例如纳米粒)的制造和/或功能化中，单独或与包含它们的液体协同地发挥了重要作用。可以通过例如优选利用至少一种可调节的等离子体(例如由至少一个AC和/或DC电源产生)，该可调节等离子体与液体表面的至少一部分相连通，以使颗粒(例如纳米粒)存在(例如产生和/或使液体易接受颗粒的存在(调制过))于至少一种液体(例如水)中。但是，有效的组分(例如纳米粒)溶液或胶体也可以不使用这种等离子体来获得。
各种不同组成和/或独特构造或排列的基于金属的电极，优选用于可调节等离子体的形成，但是基于非金属的电极也可以用于工艺的至少一部分中。利用至少一种随后的和/或基本上同时的可调节电化学加工技术，也是优选的。在电化学加工技术中优选使用各种不同组成和/或独特构造的基于金属的电极。电场、磁场、电磁场、电化学、pH、ζ电势等，仅仅是可以被本发明的可调节等离子体和/或可调节电化学加工技术正向影响的一些变量。在本发明的许多实施方案中，优选多种可调节等离子体和/或可调节电化学技术以获得本发明的许多加工优点，并且从实践优选实施方案的教导而获得的许多新的组合物以制造本发明的水性溶液和胶体的几乎无限制的组合。
本发明的连续工艺实施方案具有许多相伴的优点，其中至少一种液体、例如水，流入、流过或流出至少一个沟槽元件，并且该液体被所述至少一种可调节等离子体和/或所述至少一种可调节电化学技术加工、调制、改性和/或作用。连续加工的结果包括在液体中的新组分、微米尺寸的颗粒、离子组分、具有新的和/或可控尺寸、流体动力学半径、浓度、晶面、形状、组成、ζ电势和/或性质的纳米粒(例如基于金属的纳米粒)，这样的纳米粒/液体混合物以有效和经济的方式产生。
某些加工增强剂也可以添加到液体中或与液体混合。加工增强剂包括固体、液体和气体。加工增强剂可以提供某些加工优点和/或所需的最终产物特征。
诸如使用某些晶体生长技术的附加加工技术，公开于标题为“Methods for Controlling Crystal Growth，Crystallization，Structures andPhases in Materials and Systems”的共同待决的专利申请中，该申请2003年3月21日递交，由世界知识产权组织在2003年10月30日在公布号WO 03/089692下公布，并且其美国国家阶段的申请在2005年6月6日递交，且由美国专利商标局在2006年2月23日在公布号20060037177下公布(发明人分别为Bentley J.Blum，Juliana H.J.Brooks和Mark G.Mortenson)。两个申请的主题内容通过引用而结合于此。这些申请教导了例如如何从溶液中倾向性生长一种或多种特定的晶体或晶体形状。此外，干燥、浓缩和/或冷冻干燥，也可用于去除至少一部分或基本上所有的悬浮液体，产生例如脱水的纳米粒。
附图说明
图1a、1b和1c示出了本发明的手动电极组件的横截面示意图。
图2a和2b示出了本发明的自动电极组件的横截面示意图。
图3a-3d示出了通过自动装置控制的电极1和5的4个可替选电极构造。
图4a-4d示出了手动控制的电极1和5的4个可替选电极构造。
图4e示出了在实施例8、9和10中用于图41a的沟槽部分30b中的金导线5a和5b的图。
图4f示出了在实施例5、6和7中用于图40a的沟槽部分30b中的金导线5a和5b的图。
图4g示出了用于在实施例15中制造样品GB-118的电极构造。
图5a-5e示出了电极1构造的5个不同的代表性实施方案。
图6示出了使用电极1的一个具体构造产生的等离子体的横截面示意图。
图7a和7b示出了使用的两个电极组件的横截面透视图。
图8a-8d示出了4个不同电极组件的示意性透视图，分别对应于图3a-3d中示出的电极组件。
图9a-9d示出了4个不同电极组件的示意性透视图，分别对应于图4a-4d中示出的电极组件。
图10a-10e示出了各种不同的沟槽元件30的横截面图。
图11a-11h示出了各种不同沟槽元件和气氛控制和支撑装置的透视图。
图12a和12b示出了用于局部控制电极组1和/或5周围的气氛的各种不同的气氛控制装置。
图13示出了用于控制整个沟槽元件30周围的气氛的气氛控制装置。
图14示出了位于沟槽元件30上的一组控制装置20的横截面示意图，液体3在沟槽元件30中流过。
图15a和15b示出了沟槽元件30的各种不同的角度θ1和θ2的横截面示意图。
图16a、16b和16c示出了位于沟槽元件30上部、其上含有电极组件1和/或5的各种不同控制装置20的透视图。
图17示出了位于沟槽元件30上部、其上含有电极组件1和/或5的各种不同控制装置20的透视图。
图18示出了位于沟槽元件30上部、其上含有电极组件1和/或5的各种不同控制装置20的透视图，还含有用于控制整个装置周围的环境的机壳38，并包含储存罐41。
图19a-19d是包含在沟槽元件30内的多个电极组的透视示意图。
图20a-20p示出了多个电极组1/5的16个不同的可能组合的透视图。
图21a-21d示出了由膜50分隔开的可能的电极构造的4个透视示意图。
图22a-22d示出了由膜50分隔开的4个不同电极组合的透视示意图。
图23a和23b分别示出了三组电极和由两个膜50a和50b分隔开的三组电极的透视示意图。
图24a-24e示出了位于沟槽元件30的不同横截面中的各种不同的膜50。
图25a-25e示出了位于沟槽元件30的不同横截面中的各种不同的膜50。
图26a-26e示出了位于沟槽元件30的不同横截面中的各种不同的膜50。
图27示出了控制装置20的透视图。
图28a和28b示出了控制装置20的透视图。
图28c示出了电极固定夹的透视图。
图28d-28m示出了带有和不带有局部化气氛控制装置的不同控制装置20的各种透视图。
图29示出了热管理装置的透视图，包含耐火元件29和热沉28。
图30示出了控制装置20的透视图。
图31示出了控制装置20的透视图。
图32a、32b和32c示出了用于本发明的不同实施方案的AC变压器的电路图。
图33a示出了变压器的示意图，图33b和33c分别示出了同相和异相的两个正弦波的示意图。
图34a、34b和34c各示出了用于8组电极的8个电路图的示意图。
图35a和35b示出了用于监测来自变压器次级线圈输出的电压(35a)和电流(35b)的电路图的示意图。
图36a、36b和36c示出了与Velleman K8056电路继电器板相关的接线图的示意图；图36d示出了与Velleman K8056电路继电器板相关的类似接线图。
图37a和37b示出了在其中产生一种或多种等离子体4的第一个沟槽元件30a。如图38a和38b中所示，该第一个沟槽元件30a的输出流入第二个沟槽元件30b。
图38a和38b是具有利用一个变压器(实施例8和9)和利用两个变压器(实施例5-7)的两种不同电极5接线布置的两个沟槽元件30a和30b的示意图。
图39a-39h是图38a和38b中显示的装置的替选方案(同样具有不同的电极5接线布置和/或不同数目的电极)，其中沟槽元件30a′和30b′相邻。
图40a-40g示出了与图39a-39h和本文中的各个实施例相关的各种沟槽元件30b。
图41a和41b示出了与图38a、38b和图39a-39h以及本文中的各个实施例相关的各种沟槽元件30b。
图42a-42d使出了在实施例16中使用的可选沟槽实施方案的各种示意和透视图。
图43a显示了在成批方法中使用的装置的示意图，通过该装置在第一步中产生了等离子体4用于调制流体3。
图43b和43c示出了在成批方法中使用的装置的示意图，该装置与图43a中示出的装置相关联，并如本文实施例中所讨论的利用导线5a和5b在溶液(例如胶体)中制造纳米粒。
图44a是来自按照实施例5制造的干燥溶液GD-007的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图44b示出了来自按照实施例5制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图44c示出了按照实施例5制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图45a是来自按照实施例6制造的干燥溶液GD-016的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图45b示出了来自按照实施例6制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布。
图45c示出了按照实施例6制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图46a是来自按照实施例7制造的干燥溶液GD-015的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图46b示出了来自按照实施例7制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图46c示出了按照实施例7制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图47a是来自按照实施例8制造的干燥溶液GB-018的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图47b示出了来自按照实施例8制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图47c示出了按照实施例8制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图48a是来自按照实施例9制造的干燥溶液GB-019的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图48b示出了来自按照实施例9制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图48c示出了按照实施例9制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图49a是来自按照实施例10制造的干燥溶液GB-020的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图49b示出了来自按照实施例10制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图49c示出了按照实施例10制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图50a是来自按照实施例11制造的干燥溶液1AC-202-7的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图50b示出了来自按照实施例11制造的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图50c示出了按照实施例11制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图51a是来自按照实施例4制造的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图51b示出了按照实施例4制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图52示出了按照实施例12a制造的纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图53a-53e是来自按照实施例14制造的干燥溶液GB-056的金纳米粒的代表性TEM显微照片。
图54示出了来自按照实施例14制造的金纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图55示出了按照实施例14制造的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图56a-68a分别示出了干燥样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077的两张代表性TEM显微照片。
图56b-68b分别示出了按照实施例15制造的干燥样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图56c-68c分别示出了对应于按照实施例15制造的样品GB-098、GB-113、GB-118、GB-120、GB-123、GB-139、GB-141、GB-144、GB-079、GB-089、GB-062、GB-076和GB-077的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图61d、62d和63d示出了按照实施例15制造的样品GB-139、GB-141和GB-144的测量到的电流(单位为安培)随加工时间的变化。
图68d示出了按照实施例15制造的13种溶液/胶体(即GB-098、GB-113和GB-118)；(GB-120和GB-123)；(GB-139)；(GB-141和GB-144)；(GB-079、GB-089和GB-062)；以及(GB-076和GB-077)中的每种在约250nm-750nm的询问波长范围内的UV-Vis光谱图案。
图68e示出了13种溶液中的每种在约435nm-635nm的询问波长范围内的UV-Vis光谱图案。
图69a示出了样品Aurora(奥罗拉)-020的两张代表性TEM显微照片。
图69b示出了来自对应于干燥样品Aurora-020的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图69c示出了对应于样品Aurora-020的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图70a-76a分别示出了干燥样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013的两张代表性TEM显微照片。
图70b-76b示出了来自分别对应于干燥样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013的纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图70c-76c示出了分别对应于样品GA-002、GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013的金纳米粒的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
图77a-77f示出了施加到在制造基于银和基于锌两者的纳米粒和纳米粒溶液的实施例13中使用的6个不同的8电极组上的各种目标和实际电压的条形图。
图78a-78c示出了施加到在制造基于金的纳米粒和纳米粒溶液的实施例14中使用的3个不同的8电极组上的各种目标和实际电压的条形图。
图79a是根据本发明制造的并在实施例15中使用的Y-型沟槽元件30的透视图。
图80是在实施例20中用于收集等离子体发射光谱数据的装置的示意透视图。
图81a-81d示出了使用银电极的等离子体发光。
图82a-82d示出了使用金电极的等离子体发光。
图83a-83d示出了使用铂电极的等离子体发光。
图83e示出了当两个变压器并联时的等离子体发射光谱。
图84a-84d示出了温度测量值和“NO”与“OH”的相对存在。
图85a-85e示出了在实施例22中使用的沟槽反应容器30b的透视和横截面图。
图86a1和86a2示出了从参考表19在300分钟加工后收集到的最终溶液或胶体干燥的金纳米粒的两张代表性显微照片。
图86b示出了使用在实施例5-7中较早时讨论过的TEM仪器/软件测量的干燥溶液或胶体的金颗粒的测量尺寸分布。
图86c1和86c2中的每个用图形示出了对于表19中提到的溶液或胶体按照两种不同加工时间(即分别为70分钟和300分钟)制造的纳米粒的三个动态光散射数据测量值组(即流体动力学半径)。
具体实施方式
总的来说，本文公开的实施方案涉及用于在液体中成批、半连续或连续制造各种组分、包括纳米粒和纳米粒/液体溶液或胶体的新方法和新装置。在各种液体中生产的纳米粒可以具有各种可能的组成、尺寸和形状、ζ电势(即表面电荷)、聚集、复合体和/或表面形态，表现出各种新的、有趣的物理、催化、生物催化和/或生物物理性质。在工艺期间使用和产生/改性的液体，在纳米粒和/或纳米粒/液体溶液或胶体的制造和/或功能化中发挥了重要作用。使用的气氛，在纳米粒和/或纳米粒/液体溶液的制造和/或功能化中发挥了重要作用。可以通过例如优选利用至少一种可调节的等离子体(例如在一种或多种气氛中形成)，该可调节等离子体与液体表面的至少一部分相连通，引起纳米粒出现(例如，产生)于至少一种液体(例如，水)中。用于产生等离子体的电源，在纳米粒和/或纳米粒/液体溶液或胶体的制造和/或功能化中发挥了重要作用。例如，电压、电流、极性等，都可以影响产生的产物的加工和/或最终性质。各种不同组成和/或独特构造的基于金属的电极，优选用于可调节等离子体的形成，但是基于非金属的电极也可以使用。至少一种随后的和/或基本上同时的可调节电化学加工技术的使用，也是优选的。各种不同组成和/或独特构造的基于金属的电极，优选用于可调节电化学加工技术中。
在一个优选实施方案中，通过电化学技术在成批、半连续或连续工艺中制造或生长基于金的纳米粒溶液或胶体，其中数量、平均颗粒尺寸、晶面和/或颗粒形状受到控制和/或被优化，以产生高催化活性。理想的平均颗粒尺寸包括各种不同范围，但是最理想的范围包括主要小于100nm、对于许多应用来说更优选小于50nm以及对于诸如口服使用的各种应用来说更优选小于30nm的平均颗粒尺寸，所述平均颗粒尺寸通过将该溶液干燥并根据TEM测量构建颗粒尺寸的直方图来测量(如后文中所详细描述的)。此外，期望颗粒含有晶面，这种理想的晶面包括具有{111}、{110}和/或{100}晶体平面的晶体，相对于相同或相似组成的球形颗粒，其能够产生例如金纳米粒的期望晶体形状以及高反应性。此外，这些治疗活性MIF拮抗剂的浓度可以从百万分之几(即μg/ml)直到几百ppm，但典型在2-200ppm(即2μg/ml-200μg/ml)、优选在2-50ppm(即2μg/ml-50μg/ml)范围内。
此外，通过跟随本发明的电化学制造工艺，这种基于金的金属纳米粒可以与其他金属形成合金或组合，使得可以在其他金属(或其他非金属物质例如SiO2)上形成金“涂层”，或者可替选地，可以用其他金属对基于金的纳米粒涂层。在这种情况下，可以在溶液或胶体中产生基于金的复合体或合金。
此外，本发明的基于金的金属纳米粒溶液或胶体可以与基于其他金属的溶液或胶体混合或组合，以形成新的溶液混合物(例如在这种情况下，不同金属物质仍然可以分辨)。
定义
出于本发明的目的，在说明书和权利要求书中出现的下列术语和表述，意图具有下述意义：
当在本文中使用时，“卡波姆(carbomer)”是指一类合成来源的交联的聚丙烯酸聚合物，其提供了有效的流变学改性，具有增强的自润湿作用以易于使用。一般来说，用诸如三乙醇胺或氢氧化钠的碱中和丙烯酸聚合物/溶剂混合物来充分打开聚合物，以获得制造霜剂或凝胶所需的增稠、悬浮和乳液稳定化性质。
当在本文中使用时，术语“加工增强剂”或“加工增强的”，是指材料(固体、液体和/或气体)当添加到将通过本文公开的本发明的电化学技术处理的溶液中时，允许在溶液中(例如胶体中)形成所需颗粒(例如纳米粒)。同样，“加工增强的”是指已向其中添加了加工增强剂的流体。
当在本文中使用时，术语“溶液”应该被理解为比溶解在溶剂中的溶质这一经典化学定义更宽泛，并包括胶体以及某些情况下的悬浮液两者。因此，它应该被理解为意味着溶解在溶剂中的溶质、在连续相或分散介质中的被分散相；和/或第一种组分在第一种组分可能在其中具有沉积倾向的连续相中的混合物。在某些情况下，术语“溶液”可以单独使用，但是它应该被理解为比化学中的传统意义更加宽泛。
词组“沟槽元件”用于整个文本中。该词组应该被理解为是指大量各种不同的流体操作装置，包括管道、半管、材料或物体中存在的通道或凹槽、导管、管线、筒管、斜槽、软管和/或滑槽，只要它们与本文公开的方法相兼容即可。
可调节等离子体电极和可调节的电化学电极
本发明的一个实施方案的重要方面涉及产生可调节的等离子体，该可调节等离子体，位于处在液体表面的至少一部分的上方的至少一个电极(或多个电极)与液体表面本身的至少一部分之间。液体表面与至少一个第二电极(或多个第二电极)电连接。除了在该构造中液体表面是主动的参与者之外，这种构造具有类似于介质阻挡放电构造的某些特征。
图1a示出了电极1的一个实施方案的部分横截面图，该电极具有三角形形状，位于以例如方向“F”流动的液体3的表面2上方“x”的距离。电极1被示出为等腰三角形，但是也可以是直角或等边三角形的形状。当适合的电源10被连接到点源电极1和电极5之间时，可以在电极1的头部或尖端9与液体3的表面2之间产生可调节的等离子体4，该电极5与液体3相连通(例如至少部分位于液体3的表面2(例如体表面或有效表面)下方)。应该指出，在某些条件下，电极5的尖端9’实际上可以在物理上位于液体3的体表面2的略微上方，但是液体仍然通过一种被称为“泰勒锥(Taylor cones)”的、产生有效表面2’的现象与电极相连通。泰勒锥在1995年12月26日授权给Inculet的题为“Method and Apparatus for Ozone Generation and Treatment ofWater”的美国专利No.5,478,533中有讨论，其主题内容通过引用而结合于此。就此而言，图1b示出了与图1a示出的相类似的电极构造，除了使用泰勒锥“T”来产生有效表面2’，以便在电极5与液体3的表面2(或2’)之间实现电连接之外。在Inculet的专利中提到的泰勒锥是通过“外加场”产生的。具体来说，泰勒锥是在1960年代早期首先由Geoffrey Taylor爵士分析的，当时Taylor报道了施加足够强度的电场将使水滴呈现锥形的形式。应该指出，泰勒锥，尽管随着电场变化，但也根据流体的导电性而变化。因此，当导电性变化时，泰勒锥的形状或强度也可能变化。因此，可以在本发明的电极5的尖端9’附近观察到各种不同强度的泰勒锥，它们不仅是在电极5周围产生的电场的函数，而且也是液体3中的组分(例如，由例如可调节等离子体4提供的导电性组分)等的函数。此外，电场的改变也与施加的电流量成比例。
在图1a中示出的实施方案中产生的可调节的等离子体区域4，对于过程的至少一部分来说，可以典型地具有对应于锥形结构的形状，在本发明的某些实施方案中，对于基本上整个过程都可以维持这种锥形的形状。在其他实施方案中，可调节的等离子体区域4的形状可以被成形为更类似闪电。可调节的等离子体4的体积、强度、组分(例如，组成)、活性、准确的位置等，将根据许多因素而变化，包括但不限于距离“x”，电极1的物理和/或化学组成，电极1的形状，电极1相对于位于电极1上游的其他电极1的位置，电源10(例如，DC、AC、整流过的AC、DC和/或整流过的AC的极性、RF等)，电源施加的功率(例如，施加的电压、施加的安培、脉冲DC源或AC源的频率等)，在等离子体4处或附近产生的电场和/或磁场，在电极1与液体3的表面2之间和/或附近的天然存在的或供应的气体或气氛的组成，液体3的温度、压力、在方向“F”上的流速，液体3的组成，液体3的导电性，电极1和5附近和周围的液体的横截面(例如，体积)，(例如，液体3被允许与可调节等离子体4相互作用的时间量，以及这种相互作用的强度)，在液体3的表面2处或附近的气氛流(例如，空气流)的存在(例如，冷却风扇或提供的气氛运动机构)，等等。具体来说，例如，可用于可调节的等离子体4的最大距离“x”，是例如对应于例如方程1中示出的击穿电场“Ec”的距离“x”。换句话说，获得提供在电极1的尖端9与液体3的表面2之间的气体或气氛的击穿。如果距离“x”超过了获得电击穿(“Ec”)所需的最大距离，那么不使用其他技术或相互作用时将不会观察到等离子体4。然而，当距离“x“等于或小于获得可调节的等离子体4的形成所需的最大距离时，可以对等离子体4进行各种不同的物理和/或化学调节。这样的改变包括例如等离子体4在液体3的表面2处的直径，等离子体4的强度(例如，亮度和/或强度和/或反应性)，由等离子体4产生的吹向液体3的表面2的电风(electric wind)的强度，等等。
电极1的组成也可以在可调节等离子体4的形成中发挥重要作用。例如，有多种已知材料适合用作本文公开的实施方案的电极1。这些材料包括金属例如铂、金、银、锌、铜、钛和/或其合金或混合物等。但是，电极1(和5)可以由可以包含金属的任何适合的材料制成(例如，包括适合的氧化物、碳化物、氮化物、碳、硅及其混合物或复合体等)。此外，各种金属的合金也可以理想地用于本发明。具体来说，合金可以在可调节的等离子体4中提供不同量、强度和/或反应性的化学组分，在例如等离子体4中和/或周围产生不同的性质，和/或在液体3内产生暂时、半永久或永久存在的不同组分。例如，可以从等离子体4发射由于等离子体4中的不同组分受到激发而产生的不同光谱，可以从等离子体4发射出不同的场，等等。因此，等离子体4可以参与形成各种不同的纳米粒和/或纳米粒/溶液和/或所需的组分，或液体3中存在的获得目标最终产物所需的中间体。此外，不仅电极1、5的化学组成和形状因素在可调节的等离子体4的形成中发挥作用，而且制造任何电极1、5的地点也可能影响电极1、5的性能。就此而言，用于形成电极1、5的精确成型技术，包括锻造、拉制和/或浇铸技术，也可能对电极1、5的化学和/或物理活性、包括热力学和/或动力学和/或机械方面具有影响。
在例如液体3(例如，水)的表面2上方的空气中产生等离子体4时，典型地将产生诸如臭氧的至少一些气态物质，以及一定量的各种基于氮的化合物和其他成分。各种示例性材料可以在可调节的等离子体4中产生，这些材料包括各种不同的材料，它们依赖于包括电极1与液体3的表面2之间的气氛的许多因素。为了帮助理解可能存在于等离子体4和/或液体3(当液体3含有水时)中的各种物质，可以参考Wilhelmus Frederik Laurens Maria Hoeben的2000年6月15日的论文，标题为“Pulsed corona-induced degradation of organic materials inwater”，其主题内容通过引用而结合于此。上述论文中的工作主要针对产生水中存在的不想要的材料的电晕感应的降解，其中这样的电晕被称为脉冲DC电晕。但是，在那里引用的许多化学物质，也可以出现在本文公开的实施例的可调节等离子体4中，特别是当帮助产生可调节等离子体4的气氛包含潮湿空气，并且液体3包含水时。就此而言，由于电极1与表面2之间存在的任何气相分子或原子的解离和/或离子化，许多基团、离子和金属稳定元素可以出现在可调节等离子体4中。当空气中存在水分，并且这样的潮湿空气至少是“馈送”到可调节等离子体4的气氛的主要成分时，可以形成氧化性物质，诸如羟基、臭氧、原子氧、单线态氧和过氧羟基。此外，也可以形成一定量的氮氧化物，例如NOx和N2O。因此，表A列出了当液体3含有水，并且为可调节等离子体4馈送或帮助提供原材料的气氛含有潮湿空气时，预计可能出现在可调节等离子体4中的某些反应试剂。
表A
Figure BPA00001406107600171
由J.Lelievre，N.Dubreuil和J.-L.Brisset撰写的1995年4月发表在J.Phys.III France 5的447-457页的标题为“Electrolysis Processes inD.C.Corona Discharges in Humid Air”的文章(其主题内容通过引用而结合于此)，主要聚焦于DC电晕放电，并提到了根据活性电极的极性，在阴极放电时诸如亚硝酸和硝酸、碳酸和氧阴离子的阴离子是主要的离子；而在阳极放电时，质子、氧和NOx阳离子是主要的阳离子型物质。亚硝酸和/或硝酸的浓度可以随着电流强度而变化。文章还在其表1(即本文中复制的表B)中公开了能够出现在其中产生的DC等离子体中的各种物质和标准电极电势。因此，人们可以预计，依赖于用于产生可调节的等离子体4的具体操作条件，这些物质能够出现在本发明的可调节的等离子体4中。
表B
Figure BPA00001406107600181
由XinPei Lu，Frank Leipold和Mounir Laroussi撰写的、2003年10月15日出版在Journal of Physics D：Applied Physics的2662-2666页的，标题为“Optical and electrical diagnostics of a non-equilibrium airplasma”的文章(其主题内容通过引用而结合于此)，聚焦于向一对由空气间隙分隔的平行电极施加AC(60Hz)高电压(＜20kV)。一个电极是金属盘，另一个电极是水的表面。进行的光谱测量显示出来自等离子体的光发射主要是由于OH(A-X)、N2(C-B)和N2 +(B-X)跃迁。来自其中的图4a的光谱在本文中被复制为图56a。
Z.Machala等人2007年发表在Journal of Molecular Spectroscopy中的标题为“Emission spectroscopy of atmospheric pressure plasmas forbio-medical and environmental applications”的文章，公开了大气压等离子体的其他发射光谱。来自其中的图3和图4的光谱在本文中被复制为图56b和56c。
M.Laroussi和X.Lu在2005年发表在Applied Physics Letters中的标题为“Room-temperature atmospheric pressure plasma plume forbiomedical applications”的文章，公开了来自OH、N2、N2 +、He和O的发射光谱。来自其中图4的光谱在本文中复制为图56d、56e和56f。
在本技术领域中还已了解通过脉冲电晕放电在水表面上产生臭氧，正如由Petr Lukes等人发表在J.Phys.D：Appl.Phys.38(2005)409-416中的文章“Generation of ozone by pulsed corona discharge overwater surface in hybrid gas-liquid electrical discharge reactor”(其主题内容通过明确引用结合于此)中公开的。Lukes等人公开了通过在平面高电压电极(由网状玻璃态碳制成)与水表面之间的气相中产生的脉冲正电晕放电形成了臭氧，所述水具有位于水内的浸泡的接地不锈钢“点状”机械造型的电极，并由独立的电源供电。公开了在液体中形成的各种所需物质，这些物质中的某些，依赖于本文公开的实施方案的具体操作条件，预计也可能将会出现。
此外，2004年6月15日授权给Denes等人的标题为“Method forDisinfecting a Dense Fluid Medium in a Dense Medium Plasma Reactor”的美国专利No.6,749,759(其主题内容通过引用而结合于此)，公开了在致密介质等离子体反应器中给致密流体介质消毒的方法。Denes等人公开了出于各种目的对便携水进行净化和消毒。Denes等公开了各种大气压等离子体环境，以及气相放电、脉冲高电压放电等。Denes等人使用浸泡在致密流体介质中的包含第一种导电材料的第一电极，以及也浸泡在致密流体介质中的包含第二种导电材料的第二电极。然后Denes等人在第一和第二电极之间施加电势，以便在电极之间产生放电区，在致密流体介质中产生了反应性物质。
上面讨论的所有组分，如果需要的话，可以根据这些物质对于产生的纳米粒和/或纳米粒/溶液或胶体是有帮助的还是有害的，进行至少部分地(或基本上完全地)管理、控制、调整、最大化、最小化、消除等，然后可能需要通过各种不同的技术来控制(在后文中更详细讨论)。正如图1a中示出的，可调节的等离子体4与液体3的实际表面2接触。在本发明的该实施例中，来自电极1的材料(例如，金属)，可以构成可调节的等离子体4的一部分，并且可以被造成“溅射”在液体(例如，水)上或其中。因此，当金属用作电极1时，可以在液体中发现元素金属、金属离子、路易斯酸、Bronsted-Lowry酸、金属氧化物、金属氮化物、金属氢化物、金属水合物、金属碳化物和/或其混合物等(例如，对于工艺的至少一部分来说)，这取决于与可调节的等离子体4相关的操作条件(以及其他操作条件)的具体设置。此外，通过控制与可调节等离子体4相接触的液体3的温度，可以最大化或最小化液体3中(例如对于工艺的至少一部分来说和/或在产生的终产物中)存在的某些组分的量。例如，如果希望在可调节的等离子体4中产生的诸如臭氧的气态物质以相对较大的量存在，则可以降低液体3的温度(例如通过冷却或冷冻步骤)以允许液体3包含更多的气态物质。相反，如果希望液体3中存在相对较少量的特定气态物质，则可以升高液体3的温度(例如通过热加热、微波加热等)以包含较少的气态物质。同样地，对于存在于液体3中的可调节等离子体4中的物质来说，通常可以通过调整/控制液体3的温度来增加或减少液体3中存在的这些物质的量。
在某些电化学加工步骤之前和/或期间，也可以将某些加工增强剂添加到液体中或与液体混合。加工增强剂包括固体和液体这两者。在每种连续、半连续和成批加工技术中，加工增强剂可以提供某些加工优点和/或所需的最终产物特征。诸如使用某些晶体生长技术的附加加工技术，公开于标题为“Methods for Controlling Crystal Growth，Crystallization，Structures and Phases in Materials and Systems”的共同待决的专利申请中，该申请2003年3月21日递交，由世界知识产权组织在2003年10月30日在公布号WO 03/089692下公布，并且其美国国家阶段的申请在2005年6月6日递交，且由美国专利商标局在2006年2月23日在公布号20060037177下公布(发明人分别为Bentley J.Blum，Juliana H.J.Brooks和Mark G.Mortenson)。这些申请教导了例如如何从溶液倾向性生长一种或多种特定晶体或晶体形状。
此外，取决于所形成的具体产物，也可以使用干燥/浓缩和/或冷冻干燥来除去至少一部分或基本上所有的悬浮液体，产生例如部分或基本上完全脱水的纳米粒。如果溶液或胶体被完全脱水，则能够通过添加液体(例如组成与被除去的液体相似或不同的液体)将基于金属的物质再水化。然而，不是本发明的所有组合物都能被完全脱水同时对组合物的性能没有不利影响。例如，在液体中形成的许多纳米粒在干燥时趋于结块或黏附在一起(或黏附于表面)。如果这种结块在随后的再水化步骤期间不可逆转，则应该避免脱水。
一般来说，在本文涉及金胶体的优选实施方案中，可以将按照本发明制造的金的溶液或胶体浓缩几倍而不破坏溶液的稳定性。然而，由于例如团集效应，完全蒸发难以实现。这种团集效应似乎开始于初始或起始基准体积的约30％的体积时。此外，人们可以蒸发掉一定体积的液体并随后重构，以获得非常类似的产物，如以FAAS、DLS和UV-Vis技术为特征。具体来说，将两份与GB-139(在后文中详细讨论)类似的500ml金溶液各置于玻璃烧杯中并在加热板上加热直到沸腾。分别将溶液蒸发至300mL和200mL，然后用被除去的量的液体(即分别用200mL和300mL DI/RO水)重构，并随后被特征化。此外，在另一种情况下，将两份GB-139溶液再次蒸发至300mL和200mL，然后不再水化的情况下进行特征化。发现，通过这些脱水过程，对颗粒尺寸只有很小或没有不利影响(即当胶体被脱水或脱水并再水化到其初始浓度时，颗粒尺寸没有急剧变化)。
2009年1月15日公开的题为“Continuous Methods for TreatingLiquids and Manufacturing Certain Constituents(e.g.，Nanoparticles)inLiquids，Apparatuses and Nanoparticles and Nanoparticle/LiquidSolution(s)Resulting Therefrom”的WIPO公布号WO/2009/009143，公开了与本文所公开的一些材料相关的各种方法。该申请的主题内容通过引用而结合于此。
在某些情况下，在液体3中发现的(例如，在其加工之后)材料(例如，金属、金属离子、金属复合体)或组分(例如，路易斯酸、Bronsted-Lowry酸等)和/或无机物，可能具有非常需要的效应，在这些情况下相对大量的这种材料将是理想的；但是在其他情况下，在液体中发现的某些材料(例如，不需要的副产物)可能具有不想要的效应，并因此在最终产物中可能希望这些材料的量最小化。此外，液体3本身的结构/组成也可能受到本发明的加工条件的有利或不利影响。因此，电极组成可能在根据本文公开的实施方案形成的最终材料(例如，纳米粒和/或纳米粒/溶液或胶体)中发挥了重要作用。正如本文上面讨论的，参与在电极1(和5)处发生的反应的气氛，发挥了重要作用。但是，电极成分也发挥了重要作用，因为电极1和5本身可以至少部分地变成形成的中间体和/或最终产物的一部分。可替选地，电极可以在最终产物中具有重要的作用。换句话说，在本发明的最终产物中可以发现较大部分的电极成分，或者电极成分可以包括按照本文公开的实施例产生的产物的化学物质的仅仅一小部分。就此而言，当发现根据本文公开的各种实施例的加工条件，电极1、5具有某种程度的反应性时，可以预计来自电极的离子和/或物理颗粒(例如，单晶或多晶的基于金属的颗粒)，可以变成最终产物的一部分。这样的离子和/或物理成分可以作为颗粒的主要部分存在于最终产物中，可以仅仅在加工的一部分中存在，或者可以是出现在最终产物中的核壳布置中的核的一部分。此外，核壳布置不必需包括完整的壳。例如，在形成的纳米粒上的部分壳和/或表面不规则性或具体的所需表面形状，可能对该纳米粒在它们的目标应用中的最终性能，具有大的影响。
此外，在形成的纳米粒上的表面电荷(即正电荷或负电荷)的性质和/或数量也能够对最终产物的纳米粒/溶液或胶体的行为和/或效果及其相对性能，具有大的影响。
这种表面电荷通常被称为“ζ电势”。一般来说，ζ电势(正的或负的)越大，纳米粒在溶液中的稳定性越高。然而，通过控制形成的纳米粒的表面电荷的性质和/或数量，可以控制这种纳米粒溶液在各种系统中的性能(在后文中更详细讨论)。普通的专业技术人员应该清楚，对化学组分、反应性气氛、功率强度、温度等进行些微的调整，就能够导致形成各种不同化学化合物(都是半永久的或暂时的)纳米粒(和纳米粒成分)，以及不同的纳米粒/溶液(例如，包括液体3(例如，水)本身的结构的改变)。
此外，电极1和5可以具有相类似的化学组成和/或完全不同的组成，和/或通过相类似的或完全不同的形成工艺来制造，以便获得液体中各种不同的离子、化合物和/或物理颗粒的组成，和/或液体本身的结构，和/或来自最终获得的产物的具体效应。例如，可能希望在本文的各种不同实施方案中示出的电极对具有相同的或基本上相类似的组成，或者可能希望，在本文的各种不同实施方案中示出的电极对具有不同的化学组成。当然，不同的化学组成对于本文公开的各种不同等离子体和/或电化学实施方案中的可能反应来说，可以导致出现不同的组分。此外，单个电极1或5(或电极对)可以由至少两种不同金属制成，使得在公开的实施方案的工艺条件下，每种金属的成分可以彼此相互作用，并与等离子体4和/或液体3中的其他组分以及出现在例如等离子体4和/或液体3中的场相互作用。
此外，电极1和5、或1和1(参见例如图3d、4d、8d和9d)、或5和5(参见例如图3c、4c、8c和9c)之间的距离，是本发明的一个重要方面。一般来说，在本发明中使用的电极的最接近的部分之间的最小距离“y”的位置，应该大于距离“x”，以防止在电极(例如，电极1和电极5)之间出现不想要的电弧或形成不想要的电晕或等离子体。在本文的实施例部分中更详细地讨论了各种不同的电极设计、电极位置以及电极相互作用。
通过电源10施加的功率，可以是在本发明的所有工艺条件下产生所需可调节等离子体4和所需电化学反应的任何适合的功率。在本发明的一个优选方式中，使用了来自升压变压器(在“电源”部分和“实施例”部分中讨论)的交流电。在本发明的其他优选实施方案中，交流电电源的极性通过二极管电桥进行变更，以获得正电极1和负电极5；以及正电极5和负电极1。一般来说，电极部件1和5的组合、电极1和5的物理尺寸和形状、电极的制造工艺、电极1和/或5的质量、电极1的尖端9在液体3的表面2上方的距离“x”、电极尖端9与表面2之间的气体的组成、液体3的流速和/或流动方向“F”、液体3的成分、液体3的导电性、液体3的温度、电极的电压、安培、极性等，都对设计、以及因此对功率需求(例如，方程1的击穿电场或“Ec”)有贡献，都影响了在液体3的表面2与电极尖端9之间受控的或可调节的等离子体4的形成。
进一步参考图1a和1b中示出的构造，电极固定夹6a和6b能够在绝缘元件8(示出在横截面中)中并通过它被降低或升高(并因此电极能够被降低或升高)。这里示出的实施方案是外/内螺纹。但是，电极固定夹6a和6b可以以能够允许电极固定夹6a和6b可靠地升高和/或降低的任何适合的机构进行构造。这样的机构包括绝缘元件8与电极固定夹6a和6b之间的压力配合、凹槽、机械悬挂机构、可移动的环形圈等。换句话说，用于可靠地固定电极固定夹6a和6b的任何机构，都应该被视为包含在本文公开的实施方案的边界和范围之内。
例如，图1c示出了用于升高和降低电极1、5的另一个实施方案。在该实施方案中，每个电极的电绝缘部7a和7b，由存在于摩擦机械装置13a、13b和13c与部分7a和7b之间的压力配合固定在适当位置。摩擦机械装置13a、13b和13c可以由例如弹簧钢、弹性橡胶等制成，只要能够在其间维持足够的接触就行。
部分6a和6b可以由例如另外的电绝缘部7a和7b覆盖。电绝缘部7a和7b可以是阻止当个体与电极固定夹6a和6b相连接时(例如，试图调节电极的高度)，可能发生的不想要的电流、电压、电弧等的任何适合的材料(例如，塑料、橡胶、纤维材料等)。此外，不是简单地将电绝缘部7a和7b作为电极固定夹6a和6b上的覆盖层，而是这样的部分7a和7b可以基本上完全由电绝缘材料制成。就此而言，在电绝缘部7a/7b与电极固定夹6a/6b之间可以分别存在纵向的接口(例如，电极固定夹6a/6b可以由与电绝缘部7a/7b完全不同的材料制成，并机械地或化学地(例如，粘附地)结合在其上)。
同样地，绝缘元件8可以由阻止不想要的电事件(例如，电弧、熔化等)发生的任何适合的材料，以及在结构上和环境上适合于实践本发明的任何材料制成。典型的材料包括诸如聚碳酸酯、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、丙烯酸树酯等的结构塑料。用于选择结构塑料等的一些标准，包括但不限于当经历工艺的电、温度和环境条件时维持形状和/或刚性的能力。优选的材料包括丙烯酸树脂、有机玻璃以及其他已知具有化学、电和电抗性并具有相对高的机械刚性的聚合材料。就此而言，元件8的理想厚度为大约1/16″-3/4″(1.6mm-19.1mm)。
电源10可以以任何方便的电方式与电极1和5相连。例如，导线11a和11b可以位于电极固定夹6a、6b的至少一部分内，其主要目的是获得部分11a、11b之间、以及因此电极1、5之间的电连接。优选的电连接的具体详细情况在本文别处讨论。
图2a示出了本发明优选实施方案的另一个示意图，其中本发明的控制装置20与电极1和5相连，使得控制装置20遥控(例如，在另一个装置的命令下)进行电极1、5相对于液体3的表面2的升高和/或降低。本发明的控制装置20在本文后面更详细讨论。在本发明的这个优选实施方案中，电极1和5可以被例如遥控降低和控制，也可以通过适合的控制器或包含软件程序的计算机(在图2a中没有示出)进行监测和控制(在后文中详细讨论)。就此而言，除了在电极5与液体3的有效表面2’之间利用泰勒锥“T”进行电连接之外，图2b示出了与图2a中示出的相类似的电极构造。因此，在图1a、1b和1c中示出的实施例应该被当作是使用本发明的教导的手动控制装置，而图2a和2b中示出的实施方案应该被当作是包括了可以对适当的命令作出响应，遥控升高和降低电极1和5的自动装置或组件。此外，图2a和图2b的本发明的优选实施方案也可以使用计算机监测和计算机控制电极1的尖端9(以及电极5的尖端9’)距离表面2的距离“x”(在后文中更详细讨论)。因此，用于升高和/或降低电极1和5的适合的命令，可以来自于个体操作者，和/或诸如控制器或计算机的适合的控制装置(在图2a中没有示出)。
图3a很大部分对应于图2a和2b，但是图3b、3c和3d示出了可以与本发明的某些优选实施方案一起使用的各种不同的可替选电极构造。图3b基本上示出了图3a中示出的电极组件的镜像电极组件。具体来说，正如在图3b中所示，就对应于图3b中液体3的流动方向“F”来说，电极5是与当在纵向方向“F”上流动时的流体3相接触的第一电极，并且电极1随后与已经被电极5改性的流体3相接触。图3c示出了位于流体3中的两个电极5a和5b。这种特殊的电极构造对应于本发明的另一个优选实施方案。具体来说，在图3a-3d中示出的任何电极构造，可以彼此组合使用。例如，图3a中示出的电极构造(即，电极组)可以是液体3在方向“F”上流动时遇到的第一电极组或构造。随后，液体3可以遇到第二电极组或构造3a；或可替选地，液体3可以遇到第二电极组或构造3b；或可替选地，在方向“F”上流动液体3可以遇到类似图3c中示出的第二电极组；或可替选地，在方向“F”上流动液体3可以遇到类似图3d中示出的第二电极组。可替选地，如果在方向“F”上流动液体3遇到的第一电极构造或电极组是图3a中示出的电极构造，第二电极组或构造可以类似于图3c中示出的电极组或构造，并且随后在方向“F”上流动液体3可能遇到的第三电极组或电极构造可以是图3a-3d中示出的任何电极构造。可替选地，在方向“F”上流动液体3遇到的第一电极组或电极构造可以是图3d中示出的电极构造；并且随后在方向“F”上流动液体3遇到的第二电极组或构造可以是图3c中示出的电极构造；并且随后在图3a-3d中示出的任何电极组或构造可以包括第三组电极的构造。此外，在方向“F”上流动液体3可能遇到的第一电极构造可以是图3a中示出的电极构造；以及第二电极构造也可以是图3a中示出的电极构造；以及随后可以使用类似于图3c中示出的多个电极构造。在另一个实施例中，所有的电极构造可以类似于图3a的电极构造。就此而言，各种电极构造(包括使用的电极组的数目)都是可能的，并且每个电极构造可以在液体3中产生非常不同的获得的组分(例如，纳米粒或纳米粒/溶液或胶体混合物)，或者产生只有略微不同的组分(例如，纳米粒/纳米粒溶液或胶体混合物)，它们都可以表现出不同的性质(例如，不同的化学性质、不同的反应性质、不同的催化性质等)。为了确定所需电极组的数目和所需的电极构造，以及更具体来说所需电极组的顺序，需要考虑许多因素，包括所有本文讨论的因素，例如电极的组成，等离子体的组成(以及气氛组成)和强度，电源，电极极性，电压，安培，液体流速，液体组成，液体导电性，利用的加工增强剂，横截面(以及处理的流体的体积)，在每个电极组件的每个电极处或周围产生的磁场、电磁场和/或电场，是否包含了任何场增强器，其他的所需处理步骤(例如，电磁辐射处理)，中间产物和最终产物中某些组分的所需量等等。电极组件组合的一些具体实例包含在本文后面的“实施例”部分中。但是，应该理解，本发明的实施方案允许多个电极组合和电极组的数目，任何一个都可以产生具体的不同化学、催化、生物学和/或物理应用所正好需要的纳米粒/溶液。
对于图3a、3b和3d中示出的可调节等离子体4来说，距离“x”(或图3d中的“xa”和“xb”)是控制可调节等离子体4的某些特点的手段。就此而言，如果除了距离“x”之外，图3a、3b和3d中没有别的变化，那么可以获得不同强度的可调节等离子体4。换句话说，一种用于调节等离子体4(例如，强度)的调节机构，是调节电极1的尖端9与流体3的表面2之间的距离“x”。这种距离的改变可以到达最大距离“x”，其中，根据方程1，组合的电压和安培不再足以引起尖端9与表面2之间的气氛的击穿。因此，最大优选距离“x”，刚好略微位于气氛的“Ec”击穿开始发生的范围之内或以下。可替选地，最小距离“x”是在该距离处可调节的等离子体4形成，但是前文讨论的泰勒锥形成的其他现象不发生。就此而言，如果距离“x”变得太小，使得液体3倾向于通过毛细作用(wick)传送或接触电极1的尖端9，那么将不形成可目测观察到的等离子体。因此，最小和最大距离“x”，是所有在本文别处讨论的因素的函数，包括施加于系统的电量，气氛的组成，液体的组成(例如，导电性)等。此外，等离子体4的强度变化，也可以导致相对于其他处理条件，某些物质变得活化。这可以导致例如来自等离子体4的不同光谱发射，以及等离子体4中各种不同光谱线的幅度的变化。此外，随着液体3的温度的变化，这些物质可能对液体3具有更大和/或更小的影响。对于各种不同的电极构造和组成来说，某些优选的距离“x”在本文后面的“实施例”部分中讨论。
此外，对于图3d来说，距离“xa”和“xb”可以是大约相同的，或者也可以是显著不同的。就此而言，在本发明的一个实施方案中，对于在方向“F”上流动液体3来说，希望可调节等离子体4a具有与可调节等离子体4b不同的性质。就此而言，可以提供不同的气氛，使得等离子体4a和4b的组成彼此不同，并且也可能使高度“xa”和“xb”彼此不同。在高度不同的情况下，与等离子体4a和4b中的每个相关联的强度或功率可以不同(例如，可以达到不同的电压)。就此而言，因为电极1a和1b是电连接的，系统中功率的总量将保持基本上恒定，并因此提供给一个电极1a或1b的功率的量，将以提供给另一个电极1a或1b的电量的减少为代价而增加。因此，这是用于控制等离子体4a和4b中光谱峰的组分和/或强度和/或存在或不存在，从而调节它们与在方向“F”上流动液体3的相互作用的本发明的另一个实施方案。
同样，在图4a、4b、4c和4d中示出了一组可手动控制的电极构造，所有这些图都以部分横截面图来示出。具体来说，图4a基本上对应于图1a。此外，图4b在电极构造上对应于图3b中示出的电极构造；图4c对应于图3c，图4d对应于图3d。实际上，根据本发明的创造性方面，在图4a-4d中示出的手动电极构造，在功能上可以导致产生与对应于图3a-3d中示出的可遥控调节的(例如，遥控的)电极构造产生的物质相类似的物质。但是，将需要一个或多个操作人员手动调整这些电极构造。此外，在某些实施方案中，可能需要手动控制和遥控电极和/或电极组的组合。
图5a-5e示出了本文的图中示出的电极1的各种理想的电极构造的透视图。示出在图5a-5e中的电极构造，代表了可用于本发明的各种实施方案的许多不同构造。对于电极1来说，适合的电极选择的标准包括但不限于下列条件：需要轮廓非常分明的头部或尖端9、电极1的组成、当将构成电极1的组成成形为各种不同形状时遇到的机械限制、与用于塑造形状的锻造技术、拉丝工艺和/或铸造工艺相关的塑形能力、方便性等。就此而言，当按照本发明产生了可调节等离子体4时，构成示出在例如图1-4中的电极1的小质量材料可能升高到操作温度，其中所述操作温度会对电极1的尺寸或形状有不利的影响。使用的词组“小质量”应该被理解为是对电极1中使用的材料的量的相对描述，该质量的量将随着组成、形成机构、在沟槽元件30中经历的处理条件等而变化。例如，如果电极1含有银，且被成形为类似图5a中示出的电极，如同在本文示例部分中示出的某些优选实施例中的电极1，那么它的质量将是大约0.5克-8克，优选质量为大约1克-3克；然而，如果电极1含有铜，且被成形为类似于图5a中示出的电极，如同在本文示例部分中示出的某些优选实施例中的电极1，那么它的质量将是大约0.5克-6克，优选质量为大约1克-3克；而如果电极1含有锌，并且被成形为类似于图5a中示出的电极，如同在本文实施例部分中示出的某些优选实施例中的电极1，那么它的质量将是大约0.5克-4克，优选质量为大约1克-3克；而如果电极1含有金并被成形为类似于图5e中示出的电极，那么它的质量将是大约1.5克-20克，优选质量为大约8克-10克。就此而言，例如，如果电极1包括相对较小的质量，那么在使用小质量电极1时可能涉及某些功率限制。就此而言，如果大量的功率被施加在相对小的质量上，并且这样的功率导致产生了可调节等离子体4，那么在小质量电极1上可能集中了大量的热能。如果小质量电极1具有非常高的熔点，那么这样的电极可以能够用作本发明中的电极1。但是，如果电极1由具有相对低的熔点的组成(例如，银、铝等)制成，那么在本发明的某些(但不是所有)实施方案中，转移到小质量电极1的热能将导致一种或多种不想要的效应，包括小质量电极1的熔化、破裂或解体。因此，利用较低熔点金属的一种选择是使用较大质量的这种金属，使得热量可以分散在整个该较大的质量上。可替选地，如果需要具有低熔点的小质量电极1，那么将需要某种类型的冷却机构。这样的冷却机构包括例如简单的风扇，该风扇将环境或施加的气氛吹过电极1，或其他适合的这种机构。但是，与小质量电极1并置提供冷却风扇的一个潜在的不理想的方面，是参与可调节的等离子体4的形成的气氛可能受到不利影响。例如，如果在尖端9和液体3的表面2周围或之间的气氛流动剧烈，可能发现等离子体发生不想要的移动或转动。因此，由于例如熔点、压力敏感性、环境反应(例如，可调节的等离子体4的局部环境可能引起电极的化学、机械和/或电化学侵蚀)等，电极1的组成(例如，构成它的材料)可能影响电极可能的适合的物理形状。
此外，应该理解，在本发明的可替选优选实施方案中，不总是需要轮廓分明的尖锐的尖端9。就此而言，图5e中示出的电极1(透视图)包括圆形的尖端。应该提到的是，部分圆形或弧形的电极也可以用作电极1，因为通常可调节的等离子体4可以被定位，或可以位于沿着图5e中示出的电极1的各个不同的点。就此而言，图6示出了对应于起始点9的各种不同的点“a-g”，用于在电极1与液体3的表面2之间产生的等离子体4a-4g。例如，在本发明的某些优选实施方案的实践中，可调节的等离子体4的准确位置将随着时间而变化。具体来说，第一等离子体4d可以在电极1的尖端9的点d处形成。然后，尖端9上的等离子体接触点的准确位置可以改变到例如其他点4a-4g中的任何一个。应该指出，图6中示出的示意图相对于本发明实施方案中的实际布置极大地放大了，以便表明电极1上的尖端9可以允许各个不同的准确点a-g作为电极1上尖端9上的激发或接触点。实际上，可调节等离子体4的位置可以随着时间而变化，并且可以由位于电极1与液体3的表面2之间的气氛的电击穿(根据本文的方程1)来控制。此外，当等离子体4a-4g被表示成锥形形状时，应该理解，与图5a-5e中示出的任何电极1关联形成的等离子体4，在一部分或基本上所有的工艺条件下可以包含除了锥形之外的形状。例如，也可能出现最好被描述成闪电或灼热的柱体的形状。此外，由这样的等离子体4发出的颜色(例如，在可见光谱中)，可以在发红的颜色、发蓝的颜色、黄色、橙色、紫色、白色等中广泛地变化，这些颜色随着存在的气氛、电压、安培、电极组成、液体组成或温度等而变化。
因此，应该理解，按照本发明的教导，可以使用对应于电极1的各种不同的尺寸和形状。此外，应该指出，在本文的各种不同的图中示出的电极1的尖端9可以被示出为相对锋利的点，或者也可以示出成相对钝的端部。除非要对这些电极尖的具体特点在上下文中更详细地讨论，否则在图中示出的电极尖端的实际形状将不是特别重要。
图7a示出了在沟槽元件30内包含的、与在图2a(和图3a)中示出的电极构造相对应的电极构造的横截面透视图。该沟槽元件30具有从图7a中背面31向其中供应的液体3，并且流动方向“F”从页面出来朝向读者并朝向被标明为32的横截面区域。在这里，沟槽元件30被示出作为一种材料构成的一体的部件，但是也可以由多种材料装配在一起，并且例如通过将材料彼此附着的任何可接受的机构来固定(例如，胶粘，机械连接等)。此外，这里示出的沟槽元件30横截面为长方形或正方形的形状，但是也可以包括各种不同的横截面形状。此外，沟槽元件30不是必需由单一的横截面形状构成，而是在本文的另一个优选实施方案中，包括多种不同的横截面形状以适用于不同的所需加工步骤。在第一个优选实施方案中，横截面形状在沟槽元件30的整个纵向尺度上基本上是相同的，但是横截面形状的尺度随着不同等离子体和/或电化学反应而变化。此外，在一体的沟槽元件30中可以使用两种以上的横截面形状。不同横截面形状的优点包括但不限于不同功率、电场、磁场、电磁相互作用、电化学效应、不同部分中的不同的化学反应、不同的温度等，它们可以在同一个一体的沟槽元件30的不同纵向部分中获得。此外，某些不同的横截面形状可以与例如局部或整体提供的不同的气氛结合使用，使得在电极5处发生的至少一个可调节的等离子体4和/或至少一个电化学反应，可以随着不同的可能的气氛和/或其中成分的气氛浓度而变化。此外，施加和/或产生的场的量或强度，可以通过例如横截面形状，以及通过例如提供在各种不同电极组或电极构造处、附近、与其靠近或并置的各种不同的场集中器，以增加或减小在那里发生的一个或多个反应来增加。因此，沟槽元件30的横截面形状，可以影响液体3与电极的相互作用，以及可调节的等离子体4与液体3的相互作用。
此外，应该理解，沟槽元件不是必须只能是线性的或“I形”的，而是可以是类似“Y”或类似“ψ”的形状，其中每个部分都可以具有相类似的或不同的横截面。对于“Y”或“ψ”形沟槽元件30的一个原因是，在“Y”形沟槽元件30的两个上部部分中可以存在两组不同的加工条件。例如，部分30a、30b和/或30c中产生的一种或多种组分可以是暂时的和/或半永久的。如果在例如部分30a中产生的这种组分将要理想并可控地与在例如部分30b中产生的一种或多种组分进行反应，那么由这种混合产生的最终产物(例如最终产物的性质)会随着在部分30a和30b中形成的组分被混合在一起时而变。例如，在例如部分30a和30b中所经历的类似的一组条件下制造的产物，如果合并在例如区30d(或30d′)中，其最终性质会与在部分30a和30b中制造的产物的最终性质不同，并且这样的产物直到数分钟或数小时或数日后才能合并在一起。此外，进入区段30d(或30d′)的液体的温度可以被监测/控制，以最大化终产物的某些需要的性质和/或最小化某些不需要的产物。此外，第三组加工条件可以存在于“Y”形沟槽元件30的底部部分中。因此，两种不同组成和/或不同反应试剂的不同流体3，可以合在一起进入“Y”形沟槽元件30的底部部分，并一起加工形成大量各种不同的最终产物，这些最终产物中的一些不能通过单独地制造某些溶液并随后将这些溶液混合在一起来获得。此外，在一个或多个部分30a、30b、30c、30d和/或30o中(或沟槽元件30中的任何点处)，可以选择性地使用加工增强剂。
图11e示出了沟槽元件30的可替选构造。具体来说，沟槽元件30被示出为透视图，是“Y形”的。具体来说，沟槽元件30包含上部部分30a和30b以及底部部分30o。同样地，提供了入口31a和31b以及出口32。部分30d对应于30a和30b与30o的交汇点。
除了图11e的部分30d现在示出为混合区30d’之外，图11f示出了与图11e中示出的相同的“Y形”沟槽元件。就此而言，在例如一个或所有部分30a、30b和/或30c中的液体3中制造或生产的某些组分，可能希望在点30d(或30d’)处混合在一起。这样的混合可以在图11e中示出的相交处30d自然地发生(即，可以不需要具体的或特别的区30d’)，或者可以更具体地控制在部分30d’处。应该理解，部分30d’可以被成形为任何有效的形状，例如正方形、圆形、长方形等，并且相对于沟槽元件30的其他部分深度可以相同，也可以不同。就此而言，区域30d可以是混合区或随后的反应区，并可以随着各种不同设计和/或生产考虑而变。
图11g和11h示出了“ψ形”沟槽元件30。具体来说，加入了新的部分30c。图11g和11h的其他特点与图11e和11f中示出的特点相类似。
应该理解，沟槽元件30可以存在各种不同的形状，其中任一种都可以产生所需的结果。
再次参考图7a，流体3的流动方向是从页面出来朝向读者，并且液体3顺序地流过电极1和5中的每个，它们在本实施方案中，基本上相对于沟槽元件30内流体3的纵向流动方向“F”彼此排成直线设置(例如，它们的布置是彼此平行的并且与沟槽元件30的纵向尺度平行)。这导致液体3首先经历可调节等离子体4与液体3的相互作用(例如，调制反应)，并随后可以使调制过的液体3与电极5相互作用。正如在前文中讨论过的，预期各种成分可以出现在可调节等离子体4中，并且至少一部分这样的成分或组成(例如，化学、物理和/或流体成分)将与至少一部分液体3相互作用，并改变液体3。因此，在这样的成分或组分或可替选的液体结构已经出现在液体3中之后，可以在电极5处发生随后的反应(例如，电化学反应)。因此，从本文的各种不同实施例的公开内容，显然可以看出，可调节等离子体4中的组分或成分的量或活性，随着与实践本发明的优选实施方案相关的各种不同条件而变化。这样的组分(无论是暂时的还是半永久的)，当出现和/或对液体3进行至少部分改性后，可以有利地影响随后当液体3在方向“F”上流过沟槽元件30时沿着其纵向方向发生的反应。通过调整反应的类型(例如，电极组件以及与其相关的反应)并顺序地提供附加类似的或不同的电极组或组件(诸如，在图3a-3d中示出的)，可以获得各种不同的化合物、纳米粒和纳米粒/溶液或胶体。例如，当液体3内的组分沿着沟槽元件30的纵向方向流过并与各种不同的电极组(例如，5、5)相互作用时，纳米粒可以在液体3内经历生长(表观的或实际的)(将在示例部分中更详细讨论)。这种例如在电极组5、5处或附近观察到的生长，当液体3之前已经接触过电极组1、5和/或1、1和/或5、1时，或者当已经添加某些加工增强剂时，似乎被极大地加速了；并且这种生长也可能受到液体3的温度的影响。依赖于按照本发明生产的液体3的具体最终用途，某些纳米粒、液体3中的一些成分等，可以被认为是非常需要的，而其他成分可以被认为是不需要的。但是，由于电极设计、电极组数目、电极组构造、流体组成、流体温度、加工增强剂、每个电极处或每个电极组件或组中的加工条件(例如电压、安培、频率等)、不同电极组件或组沿着沟槽元件30的纵向方向的顺序、沟槽元件30的形状、沟槽元件30的横截面尺寸和形状的多样性，所有这些条件，在本文公开的过程的至少一部分期间，都能够导致或多或少的想要的或不想要的组分或成分(暂时的或半永久的)出现在液体3中，和/或导致液体本身的不同结构。
图7b示出了在图2a中(以及图3a中)示出的电极构造的横截面透视图，但是，这些电极1和5相对于图2a和3a中示出的电极1和5，在页面上旋转了90度。在本发明的该实施方案中，液体3与电极1和液体3的表面2之间产生的可调节等离子体4以及电极5的接触，基本上在沿着沟槽元件30的纵向流动方向“F”(即，离开页面)上处于相同的点。液体3流动的方向是纵向沿着沟槽元件30，并且离开纸面朝向读者，与图7a中的相同。因此，按照就在前文中讨论的，显然图7b中示出的电极组件可以与本文上面以及下文讨论的一种或多种电极组件或组一起使用。例如，图7b中示出的组件的一种应用是，当在可调节等离子体4中产生的成分(或在液体3中获得的产物)从与液体3的表面2的接触点流向下游时，可以发生各种不同的后续加工步骤。例如，电极1与电极5之间的距离“y”(例如，如图7b所示)被限制到某种最小距离以及某种最大距离。最小距离“y”是稍微超过在电极1和5的最接近点之间提供的气氛的电击穿“Ec”距离的距离。而最大距离“y”对应于最大的距离，在该距离处，流体的至少一些导电性允许从电源10进入并通过电极1和5中的每个以及通过液体3形成电连接。最大距离“y”将随着例如液体3内的成分(例如，液体3的导电性)、液体3的温度等而变化。因此，构成可调节等离子体4的某些高能成分可能非常具有反应性，可以在液体3内产生化合物(反应性的或其他)，并且后续的加工步骤可以由这样的成分的存在而增强，或者这些非常具有反应性的成分或组分的反应性可以随着例如时间而变低。此外，通过位置和/或与位于例如图7b中示出的电极组下游的其他电极组相关的加工条件，可以最小化或最大化某些需要的或不需要的反应。此外，通过控制液体3的温度，可以增加或减少液体3中存在的可调节等离子体4中的某些组分。
图8a示出了图7a中示出的相同的实施方案的横截面透视图。在该实施方案中，与图7a中示出的实施方案相同，流体3首先与在电极1和液体3的表面2之间产生的可调节的等离子体4相互作用。然后，已经被可调节的等离子体4改变的(例如，调制、改性或制备的)等离子体影响的或调制的流体3，随后与电极5相接触，从而允许各种不同的电化学反应发生，这种反应受到状态(例如，流体3(以及流体3中的组分或成分)的化学组成、物理或晶体结构、激发状态、温度等)的影响。图8b中示出了可替选的实施方案。该实施方案总的来说基本上对应于图3b和4b中示出的实施方案。在该实施方案中，流体3首先与电极5相接触，然后流体3与在电极1和液体3的表面2之间产生的可调节等离子体4相接触。
图8c示出了两个电极5a和5b(对应于图3c和4c中示出的实施方案)的横截面透视图，其中流体3的纵向流动方向“F”接触第一电极5a，然后在流体流动方向“F”上接触第二电极5b。
同样地，图8d是横截面透视图，并且对应于图3d和4d中示出的实施方案。在该实施方案中，流体3与由第一电极1a产生的第一可调节的等离子体4a相连通，然后与在第二电极1b与流体3的表面2之间产生的第二可调节的等离子体4b相连通。
因此，按照公开的实施方案，显然图8a-8d中示出的各种不同电极构造或电极组，可以在各种不同的构造中单独或互相组合使用。为了获得各种不同的所需结果使用哪种电极构造最好，其选择受到许多因素的影响。此外，这样的电极构造的数目以及这样的电极构造彼此相对的位置，都影响液体3内得到的组分、ζ电势、以及由其获得的纳米粒和/或纳米粒/液体溶液或胶体。电极构造依赖性的某些具体实例包含在本文的“实施例”部分中。但是，对于读者来说，根据本文呈现的教导(包括明确的和内在的)，显然各种不同的产物和所需设置都是可能的，其中不同的设置可以产生非常不同的产物(在本文的“实施例”部分中进一步探讨)。
图9a示出了横截面透视图，对应于图7b中示出的电极构造(并且总的来说对应于图3a和4a中示出的电极构造，但是相对它们旋转了90度)。所有示出在图9a-9d中的电极构造的位置，使得示出的电极对基本上位于沿着沟槽元件30相同的纵向点处，与图7b中的相同。
同样地，图9b大体上对应于图3b和4b中示出的电极构造，并相对于图8b中示出的构造旋转了90度。
图9c示出了大体对应于图3c和4c的电极构造，并相对于图8c中示出的电极构造旋转了90度。
图9d示出了大体对应于图3d和4d的电极构造，并相对于图8d中示出的电极构造旋转了90度。
正如本文中讨论的，总的来说，示出在图7、8和9中的电极构造或电极组，都能够随着它们相对于流体流动方向“F”以及相对彼此的相对于它们在沟槽元件中的定位而产生不同的结果(例如，液体中出现的纳米粒的不同尺寸、形状、量、化合物、组分、功能化、不同的液体结构、不同的pH、不同的ζ电势等)。此外，电极的数目、组成、尺寸、具体的形状、施加的电压、施加的安培、施加的频率、产生的场、每个电极组中电极之间的距离、电极组之间的距离等，都可以影响当液体3流过这些电极时液体3的性质，进而影响从其产生的物质
(例如，流体3中的组分、纳米粒和/或纳米粒/溶液或胶体)的获得的性质。此外，在某些优选实施方案中，含有液体的沟槽元件30，包含图7、8和9中示出的多个电极的组合。这些电极组件可以全部相同，也可以是各种不同电极构造的组合。此外，电极构造可以连续地与流体“F”相连通，或者可以同时地或平行地与流体“F”相连通。不同的示例性电极构造示出在后文的其他图中，并在后文中(例如，在“实施例”部分中)结合在液体3中产生的不同成分、从其产生的纳米粒和/或不同的纳米粒/溶液或胶体，进行更详细的讨论。
图10a示出了图7、8和9中示出的含有液体的沟槽元件30的横截面图。该沟槽元件30具有的横截面对应于长方形或正方形，并且电极(在图10a中没有示出)可以适当地定位在其中。
同样地，含有液体的沟槽元件30的几种其他可替选横截面实施方案示出在图10b、10c、10d和10e中。对于图10a-10e的每个中示出的优选实施方案来说，距离“S”和“S’”测量在例如大约1″到大约3″之间(大约2.5cm-7.6cm)。距离“M”的范围在大约2″到大约4″(大约5cm-10cm)。距离“R”的范围为大约1/16″-1/2″到大约3″(大约1.6mm-3mm到大约76mm)。所有这些实施方案(以及代表了可替选实施方案的处于本发明的公开内容的范围和界限之内的其他构造)，都可以与本发明的其他发明特点组合使用。应该指出，在每个含有液体的沟槽元件30中包含的液体3的量，不仅是深度“d”的函数，而且也是实际横截面的函数。简单来说，电极1和5中和周围存在的流体3的量或体积和/或温度，会影响可调节的等离子体4对液体3的一种或多种效应(例如，流体或浓度效应，包括场浓度效应)，以及电极5与液体3的一种或多种化学或电化学相互作用。这些效应不仅包括可调节等离子体4对液体3的调制效应(例如，等离子体的电场和磁场相互作用、等离子体的电磁辐射相互作用、液体内各种不同化学物质(例如，路易斯酸，Bronsted-Lowry酸)的产生，pH改变，ζ电势等)，而且包括了可调节等离子体4的浓度以及它与液体3的相互作用，以及电极5与液体3的电化学相互作用。由于例如每个电极组件1和/或5的纵向部分附近存在的液体的实际体积而可以存在不同的效应。换句话说，对于沿着沟槽元件30的纵向方向的给定长度来说，根据横截面形状，将存在不同量或体积的液体3。作为具体的例子，可以参考图10a和10c。在10a的情况下，其中示出的长方形形状具有以与图10c中示出的上部部分的隔开距离大约相同的上部部分。但是，在图10a和10c的每个中，沿着同样的给定纵向量(即，进入页面)的流体的量将是显著不同的。
同样地，电极5的许多特点对液体3的影响(例如，电化学相互作用)，也至少部分随着与电极5并置的流体的量、流体3的温度等而变化，正如上文刚刚讨论的。
此外，电场和磁场浓度也可以显著影响等离子体4与液体3的相互作用，以及影响电极5与液体3的相互作用。例如，不希望受到任何具体理论或解释的束缚，当液体3包含水时，可能发生各种不同的电场、磁场和/或电磁场影响。具体来说，水是已知的偶极分子，可以由电场至少部分对准。与电场部分对准的水分子，可以引起例如以前存在的氢键和键角定向于与暴露电场之前不同的角度，导致不同的振动活动性，或者这样的键可能实际断裂。水结构的这种变化可以导致水具有不同的(例如更高的)反应性。此外，电场或磁场的存在也可能对水的有序化或结构化和/或水中存在的纳米粒具有相反的影响。可能与完全结构化的水相比具有相对少的氢键的未结构化或少量结构化的水，可以产生更具反应性(例如，更具化学反应性)的环境。这与开放的或更高的氢键网络相对比，开放的或更高的氢键网络由于例如水分子的增加的粘度、降低的扩散性和较小的活度，能够减慢反应。因此，明显减少氢键键合和氢键强度(例如，电场)和/或增加振动活性的因素，可以增加各种不同反应的反应性和动能。
此外，电磁辐射也可以对水具有直接或间接的影响，并且可能的是，电磁辐射本身(例如，从等离子体4发射的辐射)、而不是单独的各个电场或磁场可以具有这样的效应，正如在前面提到的已公布的标题为“Methods for Controlling Crystal Growth，Crystallization，Structuresand Phases in Materials and Systems”的专利申请中所公开的，该专利申请已通过引用结合于此。与不同等离子体4相关联的不同光谱在本文的“实施例”部分中进行讨论。
此外，通过将电流流过本文公开的电极1和/或5，在例如电极5上存在的电压能够对水分子具有定向效应(即，暂时、半永久或更长时间的)。水中其他成分(即，带电物质)的存在可以增强这种定向效应。这样的定向效应可以引起例如氢键破裂和局部密度的改变(即，降低)。此外，也已知电场由于改变(例如，减少)氢键网络而降低水的介电常数。这种网络的改变将改变水的溶解性质，并且可以有助于各种不同气体和/或组分或反应性物质在沟槽元件30内的液体3(例如，水)中的浓缩或解离。此外，有可能通过施加的电磁辐射(和/或电场和磁场)导致的氢键的改变或破裂，可以干扰气体/液体界面，并产生更具反应性的物质。此外，氢键的变化能够影响二氧化碳的水合作用，导致其中的pH的变化。因此，当在至少一个或多个电极5(或电极1)附近发生局部pH变化时，许多可能的反应物(在本文别处讨论)将与它们自身和/或气氛和/或可调节的等离子体4以及电极1和/或5本身发生不同的反应。路易斯酸和/或Bronsted-Lowry酸的存在，也可以极大地影响反应。
此外，沟槽元件30在其整个纵向长度上可以包括大于一个的横截面形状。沿着沟槽元件30的纵向长度并入多个横截面形状，可以导致例如由本文公开的本发明的实施方案所产生的变化的场或浓度或反应效应。此外，在沿着沟槽元件30的纵向长度的点处可以加入各种不同的修改，它们可以增加和/或降低在本文上面讨论的各种不同的场效应。就此而言，沟槽中和/或周围的材料的组成(例如位于沟槽元件30的至少一部分的外部或内部的金属)，可以作为电极1和/或5中和周围存在的各种不同场的集中器或增强器。此外，应用外部施加的场(例如，电场、磁场、电磁场等)和/或将某些反应性材料放置在沟槽元件30中(例如，与从其流过的液体3的一部分至少部分接触)，也可以导致：(1)不需要的物质的聚集、收集或过滤；或(2)将所需物质放置在例如已经从其上游形成的纳米粒的外表面的至少一部分上。此外，应该理解，沟槽元件30可以不是线性的或“I形”的，而是可以是“Y形”或“ψ形”的，其中“Y”(或“ψ”)的每个部分都具有不同的(或相类似的)横截面。对于“Y”或“ψ形”沟槽元件30的一个原因是，在“Y形”或“ψ形”沟槽元件30的两个(或以上)上部部分中可以存在两组(或以上)不同的加工条件。此外，“Y-形”或“ψ-形”沟槽元件30允许液体3中存在的某些短暂或半永久组分相互作用；与在“I-形”沟槽元件中单独制造液体3并在液体3形成后数分钟、数小时或数日的时间点处将这些液体3混合在一起相反。此外，另一个其他组的加工条件可以存在于“Y形”或“ψ-形”沟槽元件30的底部部分中。因此，不同组分和/或不同反应试剂(例如，含有某些短暂或半永久物质)的不同流体3，可以合在一起进入“Y形”或“ψ-形”沟槽元件30的底部部分，并一起加工形成大量各种不同的最终产物。
此外，输入到沟槽元件30中的液体3的初始温度也能影响按照本公开生产的产物的各种性质，例如，液体3的不同温度能够影响颗粒尺寸和形状、各种形成的组分(例如暂时、半永久或永久组分)的浓度或数量、pH、ζ电势等。同样，沿着至少一部分或基本上所有沟槽元件30进行温度控制，能够具有理想的效果。例如，通过提供局部冷却，可以理想地控制得到的形成产物的性质。
此外，某些加工增强剂也可以添加到液体3中或与其混合。加工增强剂包括固体和液体两者(以及在某些情况下的气体)。加工增强剂可以提供某些加工优点和/或所需的最终产物特性。一部分加工增强剂在本发明的电化学生长过程中可以起到例如所需的种晶和/或晶面生长促进剂的作用。这样的加工增强剂也可以理想地影响电极1/5和/或5/5之间的电流和/或电压条件。加工增强剂的实例可以包括某些酸、某些碱、盐、碳酸盐、硝酸盐等。加工增强剂可以辅助本文公开的一种或多种电化学反应，和/或可以辅助在按照本发明的教导形成的产物中获得一种或多种所需性质。
例如，某些加工增强剂可以解离成正离子(阳离子)和负离子(阴离子)。取决于包括液体组成、离子浓度、施加的场、施加场的频率、温度、pH、ζ电势等的各种因素，阴离子和/或阳离子将朝向带相反电荷的电极航行或运动。当所述离子位于该电极处或附近时，离子可以参加与电极和/或位于该电极处或附近的其他组分的一个或多个反应。有时，离子可以与电极中的一种或多种材料反应(例如，当NaCl用作加工增强剂时，可以形成各种金属氯化物(MCl、MCl2等))。这样的反应在某些情况下会是想要的，或在其他情况下是不想要的。此外，有时，存在于电极之间的溶液中的离子可以不反应形成诸如MCl、MCl2等的产物，而是会影响电极中(或电极附近)的材料，以形成从电极所提供的材料“生长”的金属晶体。例如，某些金属离子可以从电极5进入液体3并引起聚集(例如，成核)，以在液体3中形成组分(例如离子、纳米粒等)。在金的情况下，可以获得能够发生晶体生长的各种表面平面。例如，单晶表面{111}、{100}和{110}属于研究最频繁并且了解清楚的表面。在电化学晶体生长过程中，诸如离子的某些物质(例如添加的或由电极5贡献的)的存在能够影响(例如成核和/或促进)一种或多种这种表面的存在或不存在。具体来说，某些阴离子在一定场条件下可以协助与其他晶体表面相比更多的{111}表面的出现，其能够导致某些纳米晶体形状比其他形状更有优势(例如相对于诸如三角形的其他形状来说更多的十面体形状)。例如，在与通过本发明的技术连续生产金胶体相关的本文的一个实施方案中(即样品GB-139)，三角形纳米粒的平均百分数是至少15％，而五边形纳米粒的平均百分率是至少29％。因此，不超过约45％的纳米粒是高度反应性的三角形和五边形。其他的高反应性形状也存在，但是上面提到的形状更普遍。因此，通过控制这些面的存在或不存在(例如相对量)，能够相对控制晶体形状(例如六角片状、八面体、三角形和五边形十面体)和/或晶体尺寸，和/或能够控制相对催化活性。
此外，含有特定晶面的某些形状的晶体的存在，能够在基本上相同的条件下引起不同反应和/或使不同反应选择性地发生。金纳米粒的一种晶形(例如{111})能够引起一组反应的发生(例如导致特定对映异构体的形成)，而不同的晶形(例如{100})可以引起不同的终点。因此，通过控制某些晶面的量(浓度)、尺寸、存在或不存在和/或纳米粒的形状，可以期望地影响和/或控制某些反应(例如生物、化学等反应)。
此外，某些加工增强剂也可以包括可以起电荷载体作用、但其本身可能不是离子的材料。具体来说，在本文公开的电化学加工技术中引入或原位形成的基于金属的颗粒，也能起到电荷载体、晶体成核剂和/或促进剂的作用，其可以导致形成各种不同的形状(例如六角片状、八面体、三角形和五边形十面体)。同样，这些晶体的特定颗粒尺寸、晶面和/或形状，能够期望地影响诸如催化反应的某些反应的发生。
此外，在一组晶面开始生长和/或种晶出现(或被提供)后，在电化学加工中允许形成的颗粒在一个或多个电极处或附近停留的时间量，可以引起这些颗粒随着时间而增大(例如它们能够生长)。
在本文的许多优选实施方案中，使用了一个或多个AC电源。在一个电极上从“+”极性变化到同一电极上的“-”极性的速率，被称为赫兹、Hz、频率或每秒周期数。在美国，标准输出频率是60Hz，而在欧洲主要是50Hz。频率也能影响根据本文的电化学技术形成的晶体的尺寸和/或形状。例如，引发或生长晶体首先要使吸引力作用于形成晶体的组分和/或晶体自身(在形成后)上(例如由于不同的电荷)，然后使排斥力作用于这些组分上(例如由于相同的电荷)。这些因素也明显在颗粒尺寸和/或形状中发挥极大作用。
温度也发挥重要作用。在本文公开的一些优选实施方案中，在形成金纳米粒的加工容器的至少一部分中，达到了水的沸点温度。例如，在本文的一些金实施例中，输出水温在约60℃-99℃的范围内。温度影响得到的产物以及得到的产物量。例如，尽管通过各种已知技术(正如在本文后面的一些实施例中所公开的)有可能冷却沟槽元件30中的液体3，但本文的许多实施例不冷却液体3，导致一部分液体3在其加工过程中蒸发。
图11a示出了图10b中示出的基本上所有沟槽元件30的一个实施方案的透视图，包括入口部分或入口端部31和出口部分或出口端部32。在本文其他图中讨论的流动方向“F”对应于液体在端部31处或附近进入(例如，利用适合的机构在端部31处或附近将流体传送到沟槽元件30中)，并且通过端部32从沟槽元件30出去。此外，尽管在图11a中示出了单一入口端部31，但是多个入口31可以存在于图11a中示出的附近，或者可以沿着沟槽元件30的纵向长度位于各种不同的位置(例如，紧邻自沿着沟槽元件30而设置的一个或多个电极组的上游)。因此，多个入口31可以允许在其第一纵向端部31处引入多于一种的液体3(或不同温度的相似的液体3)；或者在纵向端部31处引入多种液体3(或多种温度的相似的液体3)；在沿着沟槽元件30的纵向长度的不同位置处引入不同的液体3(或不同温度的相似的液体3)；和/或在沿着沟槽元件30的纵向长度的不同位置处引入一种或多种加工增强剂。
图11b示出了图11a的沟槽元件30，其包含可拆卸连接到沟槽元件30的顶端部分的三个控制装置20。包含电极1和/或5的控制装置20的相互作用和操作，在后文中更详细讨论。
图11c示出了并入气氛控制装置盖35’的沟槽元件30的透视图。气氛控制装置或盖35’具有附着在其上的包含电极1和/或5的多个控制装置20(在图11c中示出了三个控制装置20a、20b和20c)。盖35’的目的是提供对沟槽元件30的纵向方向的基本部分(例如，50％以上)内和/或沿着它的气氛提供控制的能力，使得在任何电极1处产生的任何可调节等离子体4，可以根据电压、电流、电流密度等以及提供的任何受控的气氛而变化。气氛控制装置35’可以被构造成能够将一个或多个电极组包含在内。例如，可以在沿着沟槽元件30的基本上所有或一部分纵向长度的端部部分39a和39b与气氛控制装置35’的上部部分之间，产生局部化的气氛。可以使气氛流入到并入在气氛控制装置35’中的至少一个入口端口(未示出)中，并且可以通过至少一个出口端口(未示出)排出，或者被允许沿着或靠近例如部分39a和39b进入/排出。就此而言，只要在气氛控制装置35’的内部部分提供正压(即，相对于外部气氛为正)，那么任何这种气体都可以在部分39a和/或39b附近使气泡放出。此外，根据例如39a或39b的一部分是否相对于另一部分较高，也可以对内部气氛进行适合的控制。各种适合于在气氛控制装置35’中使用的气氛，包括通常被视为非反应性的气氛例如惰性气体(氩气或氦气)，或通常被当作反应性的气氛例如氧气、氮气、臭氧、受控空气等。气氛控制装置35’中的气氛的准确组成，根据所需加工技术和/或在等离子体4和/或液体3中存在的所需组分、所需的纳米粒/复合纳米粒和/或所需纳米粒/溶液或胶体而变化。
图11d示出了图11c的装置，包含附加的支撑机构34，用于支撑沟槽元件30(例如，其外部部分上)，以及支撑(至少部分地)控制装置20(没有示出在该图11d中)。应该理解，对于例如所有被认为处于本发明的公开内容的界限和范围之内的沟槽元件30示出的横截面形状、气氛控制(例如，气氛控制装置35’)和外部支撑机构(例如，支撑机构34)等方面的各种不同细节，也可以改变。构成用于支撑沟槽元件30的附加支撑机构34的材料，可以是在实践本发明的公开内容的加工条件下方便的、结构健全的和非反应性的任何材料。可接受的材料包括聚乙烯、丙烯酸树酯、有机玻璃、结构塑料、尼龙、特氟龙等，正如在本文别处讨论的。
图11e示出了沟槽元件30的可替选构造。具体来说，沟槽元件30被示出成透视图，是“Y形”的。具体来说，沟槽元件30包含上部部分30a和30b以及底部部分30o。同样地，提供了入口31a和31b以及出口32。部分30d对应于30a和30b与30o的交汇点。
除了图11e的部分30d现在示出为混合区30d’之外，图11f示出了与图11e中示出的相同的“Y形”沟槽元件。就此而言，在例如一个或所有部分30a、30b和/或30c中的液体3中制造或生产的某些组分，可能希望在点30d(或30d’)处混合在一起。这样的混合可以在图11e中示出的相交处30d自然发生(即，可以不需要具体的或特别的区30d’)，或者可以更具体地控制在部分30d’处。应该理解，部分30d’可以被成形为任何有效的形状，诸如正方形、圆形、长方形等，并且相对于沟槽元件30的其他部分深度可以相同，也可以不同。就此而言，区域30d可以是混合区或随后的反应区。此外，应该理解，可以在沿着部分30a、30b和/或30c的基本上相近或显著不同的温度处，产生具有基本上相似或显著不同组成的液体3。此外，也可以控制输入到部分30a、30b和/或30c中的每个中的液体的温度，以期望地影响这些部分30a、30b和/或30c中的加工条件。
图11g和11h示出了“ψ形”沟槽元件30。具体来说，加入了新的部分30c。图11g和11h的其他特点与图11e和11f中示出的特点相类似。
应该理解，沟槽元件30可以存在各种不同形状，其中任一种都可以产生所需的结果。
图12a示出了局部化气氛控制装置35的透视图，它用作控制至少一个电极组1和/或5周围的局部化气氛的机构，以便各种局部化的气体可用于例如控制和/或影响电极1与液体3的表面2之间的可调节等离子体4的某些参数，以及影响液体3中的组分和/或电极5处和/或周围的可调节电化学反应。在气氛控制装置35中示出的贯通孔36和37，被提供用于允许外部连通进入且通过装置35的一部分。具体来说，提供了孔或入口37，作为用于将任何气态物质引入到装置35内部的入口连接。提供了孔36作为伸过它的电极1和/或5的通讯端口，电极通过它与例如位于装置35上方的控制装置20相连接。通过入口37引入的气体，可以简单地以相对于局部外部气氛的正压力处提供，并可以被允许通过任何适合的机构或途径逸出，包括但不限于在装置35的部分39a和/或39b周围冒泡，当例如这些部分被至少部分浸泡在液体3的表面2之下时。一般来说，部分39a和39b可以打破液体3的表面2，有效地使表面2作为密封的一部分起作用，以在电极组1和/或5周围形成局部化气氛。当所需气体的正压力通过入口端口37进入时，可以引起小的气泡鼓泡通过例如部分39a和/或39b。此外，入口37的精确位置，也可以随着流过其中的气体而变化。具体来说，如果提供的至少一部分局部化气氛的气体比空气重，那么位于液体3的表面2上方的入口部分将是足够的。但是，应该理解，入口37也可以位于例如39a或39b中，可以鼓泡通过液体3，并在局部化气氛控制装置35的内部部分中被捕获。因此，气氛控制装置35中入口和/或出口的精确位置，随着几种因素而变化。
图12b示出了包含在支撑机壳34中的、在沟槽元件30的前景中的第一气氛控制装置35a的透视图。包含了第二气氛控制装置35b，并示出了位于其上的控制装置20。“F”表示液体3流过沟槽元件30的纵向方向。可以使用多个气氛控制装置35a、35b(以及35c、35d等，在图中没有示出)，来代替诸如在图11c中示出的单个气氛控制装置。使用多个局部化气氛控制装置35a-35x的原因在于，如果需要，可以在每个电极组件周围提供不同的气氛。因此，可调节等离子体4的具体特点、液体3中出现的具体组分、以及在例如电极5处发生的可调节电化学反应的具体特点，除了其他因素之外，也将随着局部化气氛而变化。因此，使用一个或多个局部化气氛控制装置35a，在所需组分、纳米粒和纳米粒溶液混合物的形成中，提供了极大的灵活性。
图13示出了可替选的气氛控制装置38的透视图，其中整个沟槽元件30和支撑机构34包含在气氛控制装置38中。在这种情况下，可以提供例如一个或多个气体入口37(37’)以及一个或多个气体出口37a(37a’)。气体入口37、37’和气体出口37a、37a’在气氛控制装置38上的准确定位，是方便性的问题、以及气氛的组成的问题。就此而言，如果例如提供的气氛比空气重或比空气轻，入口和出口的位置可以被相应地调整。正如在本文别处讨论的，可以在液体3的表面2上方或下方提供气体入口和气体出口部分。当然，当气体入口部分提供在液体3的表面2下方时(在该图中没有具体示出)，应该理解，通过气体入口37插入的气体的气泡(例如，纳米泡和/或微泡)，在加工时间的至少一部分中，可以并入到液体3中。这样的气泡可能是液体3的所需的反应组分(即，与其反应)，和/或液体3中和/或电极5处等的组分。因此，在液体3的表面2的下方引入局部化气氛的灵活性，可以提供附加的加工控制和/或加工改进。
图14示出了根据本发明的某些优选实施方案的教导使用的通用装置的示意图。具体来说，该图14示出了其中含有液体3的沟槽元件30的侧面示意图。在沟槽元件30的顶上，放置有多个控制装置20a-20d(即，示出了其中的4个)，它们在本实施方案中可拆卸地附着到其上。在实践本发明的各种不同实施方案时，控制装置20当然可以永久性地固定在位。控制装置20(以及相应的电极1和/或5以及这些电极的构造)的精确数目，以及控制装置20(和相应的电极1和/或5)的定位或位置，随着本发明的各种不同的优选实施方案而变化，其中某些将在本文的“实施例”部分中更详细讨论。但是，一般来说，将输入液体3(例如，水)提供给液体运输机构40(例如，用于泵送液体3的液体蠕动泵或液体泵送机构)，用于将液体水3在其第一端部31处泵送到沟槽元件30中。例如，输入液体3(例如，水)可以平缓地引入，或者可以以搅拌的方式引入。典型情况下，搅拌包括引入纳米泡或微泡，这可能是所需的或者也可能不是所需的。如果需要轻柔引入，那么这样的输入液体3(例如，水)可以被轻柔地提供(例如，流入沟槽的底部)。可替选地，可以在沟槽元件30的上方提供储液器(未示出)，并且液体3可以泵入这样的储液器中。然后，当提供到其中的流体液位达到适当的水平时，储液器可以从其下部部分、其中间部分或其上部部分排出流体。用于将输入液体3传送到沟槽元件30中第一端部31的精确机构，根据各种不同的设计选择而变化。此外，正如本文前面提到的，应该理解，附加的输入部分31也可以沿着沟槽元件30的不同部分在长度方向上存在。图14中也示出了距离“c-c”。一般来说，距离“c-c”(对应于每个控制装置20之间的中心到中心纵向测量值)可以是允许本文公开的实施方案发挥所需功能的任何数目或距离。
距离“c-c”不应该小于距离“y”(例如，1/4″-2″；6mm-51mm)，并且在例如示出在图1-4和7-9中的优选实施方案中为大约1.5″(大约38mm)。示例示出了各种不同的距离“c-c”，但是，为了给出对距离“c-c”的普遍的理解，大约的分隔距离在大约4″到大约8″(大约102mm到大约203mm)之间变化，但是，根据本文公开的所有上述实施方案的应用，或多或少的偏离当然是可能的(或需要的)。在本文后面公开的实施例中，在许多实施例中优选的距离“c-c”为大约7″-8″(大约177-203mm)，然而，在本文的许多基于金的实施例中，该距离“c-c”更小。
一般来说，液体运输机构40可以包括任何用于移动液体3的机构，包括但不限于重力馈送或流体静力机构、泵送机构、蠕动泵送机构、调节或阀机构等。但是，液体运输机构40应该能够可靠地和/或可控地将已知量的液体3引入沟槽元件30。当将液体3提供到沟槽元件30中时，可能需要用于连续移动液体3到沟槽元件30中的机构，也可能不需要。但是，一种简单方法，包括将沟槽元件30放置成相对于沟槽元件30位于其上的支撑表面呈略微的角度θ(例如小于1度或几度)。例如，在入口部分31和出口部分32之间相对于支撑表面的垂直高度差，就可满足需要，只要液体3的粘度不是太高(例如，在水的粘度附近的任何粘度，一旦这样的流体包含或位于沟槽元件30内，就可以被重力流控制)。就此而言，图15a示出了形成角θ1的沟槽元件30的横截面图；图15b示出了形成角θ2的沟槽元件30的横截面图，以及可以处理各种不同的粘度，包括诸如水的低粘度的流体的沟槽元件30的各种可接受的角度。对于沟槽元件30的不同横截面和低粘度流体来说，理想的角度典型地在用于低粘度流体的最小大约0.1-5度到用于较高粘度流体的最大5-10度的范围之间。但是，这样的角度可以根据已经提到的各种因素，以及例如在沿着液体3与沟槽元件30接触的底部部分或界面处是否包含特定的流动断路机构或挡板80而变化。这样的流动断路机构可以包括例如沿着沟槽元件30的纵向流动方向的部分机械制造的挡板或阻挡物。就此而言，θ1为大约5-10°，且θ2为大约0.1-5°。图15a和15b示出了在沟槽元件30的出口部分32附近的挡板80。可以沿着沟槽元件30的纵向长度在各种不同部分放置多个挡板80。尺度“j”可以是例如大约1/8″-1/2″(大约3-13mm)，并且尺度“k”可以是例如大约1/4″-3/4″(大约6-19mm)。挡板80的横截面形状(即，“j-k”形状)可以包括尖角、圆角、三角形、圆柱形等，它们都能影响液体3流过沟槽元件30的各个不同部分。
此外，当液体3的粘度增加到只有重力是不够的情况下是，也可以利用其他现象例如具体使用流体静压头压力或流体静压力来实现所需的流体流动。此外，也可以在沟槽元件30内部提供用于将液体3沿着沟槽元件30移动的附加机构。用于移动液体3的这样的机构，包括诸如桨叶、扇、推进器、螺旋钻等的机械装置，诸如超声波转换器的声学装置，诸如加热器和/或冷却器(其可以具有附加的加工益处)等的热力学机构。用于移动液体3的附加机构，可以导致液体3以不同的量流入沿着沟槽元件30的纵向长度的不同部分中。就此而言，例如，如果液体3起初缓慢流过沟槽元件30的第一纵向部分，则可以通过例如在前文中讨论过的改变沟槽元件30的横截面形状，使液体3能够在其下游更快地流动。此外，沟槽元件30的横截面形状，也可以在其中包含其他的流体操纵机构，以加速或减缓液体3流过沟槽元件30的速度。因此，通过添加这样的用于移动流体3的机构，可以获得极大的灵活性。
图14还示出了位于沟槽元件30的端部32处的储存罐或储存容器41。这样的储存容器41可以是任何可接受的容器和/或泵送机构，由一种或多种例如不与引入到沟槽元件30中的液体3和/或在沟槽元件30内产生的产物有不利相互作用的材料制成。可接受的材料包括但不限于塑料例如高密度聚乙烯(HDPE)、玻璃、金属(例如，某些级别的不锈钢)等。此外，尽管在本实施例中示出了储存罐41，但罐41应该被理解为包括了用于分配或直接装瓶或封装在沟槽元件30中加工的流体3的机构。
图16a、16b和16c示出了本发明的一个优选实施方案的透视图。在这些图16a、16b和16c中，更详细地示出了8个独立的控制装置20a-h。这样的控制装置20可以利用在例如图8a、8b、8c和8d中示出的一种或多种电极构造。控制装置20的精确定位和操作，将在本文别处更详细讨论。但是，控制装置20中的每个相隔距离“c-c”(参见图14)，它在本文讨论的某些优选实施例中，尺寸为大约8″(大约203mm)。图16b包括了使用两个空气分配或空气操纵装置(例如，风扇342a和342b)；以及图16c包含了使用两个可替代的或所需的空气操纵装置342c和342d。风扇342a、342b、342c和/或342d可以是任何适合的风扇。例如，Dynatron DF124020BA、DC无刷、9000RPM滚珠轴承风扇，尺寸为大约40mmx40mmx20mm，可以很好地工作。具体来说，该风扇具有大约每分钟10立方英尺的空气流速。
图17示出了在制造基于金的溶液或胶体的一些实施例中使用的本发明的控制装置20的一个实施方案的透视图。
首先，图17与许多其他控制装置20类似。然而，主要的区别在于与例如图28f中示出的(并在后文中讨论的)耐火组分29类似的两种耐火组合物，被提供作为用于电极5a/5b的电极引导装置。
图17示出了根据另一个优选实施方案的装置的另一个实施方案的另一个透视图，其中6个控制装置20a-20f(即，6个电极组)，相对于图16a和16b中示出的8个控制装置20a-20h旋转了大约90度。因此，实施例大体上对应于在例如图9a-9d中示出的电极组件实施方案。
图18示出了在图16a中示出的装置的透视图，但是这样的装置现在示出为基本上完全由气氛控制装置38围住。这种装置38是用于控制沟槽元件30周围的气氛的机构，或者可以用于隔离外部不想要的材料，防止它们进入沟槽元件30中并与其发生不利的相互作用。此外，沟槽元件30的出口32被示出为通过出口管路42与储存容器41相连通。此外，还示出了储存罐41上的出口43。这样的出口管路43可以导向任何适合的用于储存、封装和/或操纵液体3的机构。例如，出口管线43可以与任何适合的用于沟槽元件30中产生的液体产物3的装瓶或封装的机构相连通。可替选地，可以取消储存罐41，并且可以将出口管线42与用于操纵、装瓶或封装液体产物3的适合机构直接相连接。
图19a、19b、19c和19d示出了可用于本发明的其他电极构造实施方案的其他横截面透视图。
具体来说，图19a示出了两组电极5(即，总共4个电极5a、5b、5c和5d)，它们沿着沟槽元件30的纵向方向彼此基本上平行放置，并基本上与液体3通过沟槽元件30的流动方向“F”垂直。相反，图19b示出了两组电极5(即，5a、5b、5c和5d)，它们沿着沟槽元件30的纵向方向彼此邻近放置。
相反，图19c示出了一组电极5(即，5a、5b)，它们基本上垂直于流体流动方向“F”放置，以及另一组电极5(即，5c、5d)，它们基本上平行于流体流动方向“F”放置。图19d示出了图19c中示出的电极构造的镜像。尽管每个图19a、19b、19c和19d只示出了电极5，但显然电极1可以取代图19a-19d中的每个示出的一些或所有的电极5，和/或在其中混杂(例如，类似于在图8a-8d和9a-9d中公开的电极构造)。这些可替选的电极构造提供了各种可替选的电极构造可能性，它们都可以产生不同的所需纳米粒或纳米粒/溶液。现在，读者应该清楚，位于其他电极组件上游的电极组件，可以提供原材料、pH改变、ζ电势改变、液体3的至少一部分的成分和/或调制或晶体或结构的改变，使得在自第一组电极1和/或5的下游的电极1和/或5处发生的反应，可以导致例如纳米粒的生长，纳米粒的缩小(例如，部分或完全溶解)，在现有的纳米粒上放置不同的成分(例如，包括各种不同尺寸和/或形状和/或成分、可以修改纳米粒的性能的表面元件)，去除纳米粒上现有的表面元件或涂层、改变和/或增加或降低ζ电势等等。换句话说，通过沿着多个可调节电化学反应和/或可调节等离子体4提供具有多种构造的多个电极组，以及一个或多个气氛控制装置，产生的各种组分、纳米粒、复合纳米粒、壳层(例如，部分或完全的)涂层的厚度、ζ电势或衬底纳米粒上的表面元件，是非常大量的，并且液体3的结构和/或组成也可以被可靠地控制。
图20a-20p示出了各种不同电极构造实施方案的各种不同横截面透视图，它们可能并且可用于只与图19a中示出的实施方案相对应的所有电极1和5的构造。具体来说，例如在这些图20a-20p中，电极1或5的数目是不同的，这些电极1和5相对于彼此的具体位置也是不同的。当然，在图20a-20p中示出的这些电极1和5的组合，也能够按照图19b、19c和19d中示出的每种可替选的电极构造进行构造(即，与图19b、19c和19d中的每个相对应的16个附加的图)，但是为了寻求简便，另外的图没有包含在本文中。这些电极组件以及其他组件的具体的优点，将在本文别处更详细地公开。
正如本文公开的，图20a-20p中示出的每种电极构造，根据具体的运行条件，可以导致从本文公开的本发明的机制、装置和工艺产生不同的产物。
图21a、21b、21c和21d示出了本发明的其他实施方案的横截面透视图。在这些图21a-21d中示出的电极布置分别与图19a、19b、19c和19d中示出的电极布置在布置上相类似。但是，在这些图21a-21d中，还包含了隔膜或阻挡层组件5m。在本发明的这些实施方案中，提供了隔膜5m作为用于分隔在不同电极组处或附近产生的不同产物的机构，使得在隔膜5m的一侧由电极1和/或5的组制造的任何产物，可以与在隔膜5m的另一侧在电极1和/或5处或附近制造的任何产物至少部分分离、或分隔、或基本上完全分离。该用于分离或分隔不同产物的隔膜机构5m可以用作机械阻挡层、物理阻挡层、机械-物理阻挡层、化学阻挡层、电学阻挡层等。因此，从第一组电极1和/或5制造的某些产物，可以与从第二组电极1和/或5制造的某些产物至少部分、或基本上完全分离。同样地，其他成串放置的电极组也可以具有类似的情况。换句话说，可以在每组电极1和/或5处或附近使用不同的隔膜5m，从其中产生的某些产物可以被控制，并选择性地传送到其纵向下游的其他电极1和/或5的组。这样的隔膜5m可以导致在沟槽元件30中产生的液体3中，存在各种不同组成的液体3和/或纳米粒或离子。
可以用于本发明，用作分离机构的可能的离子交换隔膜5m，包括阴离子隔膜和阳离子隔膜。这些隔膜可以是同质的、异质的或多微孔的、结构对称的或不对称的、固体或液体的，可以带有正电荷或负电荷，或者可以是中性的或偶极的。隔膜的厚度可以在小至100微米到几毫米之间变化。
用于本发明的某些实施方案的一些具体的离子性隔膜，包括但不限于：
·同质聚合类型的隔膜，例如磺化和胺化的苯乙烯-二乙烯苯共聚物
·缩合的、异质的隔膜
·全氟烃阳离子交换隔膜
·氯碱(chlor-alkali)技术的隔膜
·大多数在工业领域中使用的阳离子和阴离子交换隔膜，由苯乙烯-二乙烯苯共聚物、氯甲基苯乙烯-二乙烯苯共聚物或乙烯吡淀-二乙烯苯共聚物的衍生物构成。
·在隔膜的基础上使用的膜一般是聚乙烯、聚丙烯(参考′U)、聚四氟乙烯、PFA、FEP等。
·在某些情况下使用三氟丙烯酸和苯乙烯。
·常规聚合物，例如聚醚砜、聚苯醚、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。特别是聚醚砜或聚苯醚氧化物的磺化或氯甲基化和胺化。
·碳氢化合物离子交换隔膜一般由苯乙烯-二乙烯苯共聚物的衍生物和诸如聚乙烯、聚氯乙烯的其他惰性聚合物等构成。
图22a示出了与图9c中示出的电极组件5a、5b相对应的电极组件的横截面透视图。该电极组件也可以利用隔膜m进行化学、物理、化学-物理和/或机械分离。就此而言，图22b示出了隔膜5m位于电极5a、5b之间。应该理解，在例如图9a-9c中示出的多种构造中的任何一个中，电极5a、5b可以与电极1互换。在图22b的情况下，隔膜组件5m具有将在电极5a处形成的某些或所有产物，与在电极5b处形成的某些或所有产物，部分或基本上完全分离的能力。因此，可以控制在电极5a和5b任何一个处形成的各种不同物质，使得它们可以在液体3沿着沟槽元件30的纵向长度进行的纵向流动方向“F”上，与附加电极组件组5a、5b和/或电极组5和电极组1的组合，顺序地发生反应。因此，通过适当地选择隔膜5m，可以控制位于电极处(或随后的或下游电极组)的产物。在电极5a和5b的极性相反的优选实施方案中，在电极5a处相对于电极5b，可以形成多种不同的产物。
图22c在电极5a和5b的完全不同的可替选电极构造的横截面示意图中，示出了本发明的另一个不同的实施方案。在这种情况下，电极5a(或者当然也可以是电极1a)位于隔膜5m的上方，并且电极5b位于隔膜5m的下方(例如，基本上完全浸没在液体3中)。就此而言，电极5b可以包含多个电极或可以是单个电极，沿着沟槽元件30的至少某些或全部纵向长度布置。在该实施方案中，在隔膜5m上方的电极处产生的某些物质，可以与隔膜5m下方的产生的某些物质不同，并且这些物质沿着沟槽元件30的纵向方向可以发生不同的反应。就此而言，隔膜5m不是必须覆盖沟槽元件30的整个长度，而是可以存在于该长度的仅仅一部分中，并且随后顺序的电极1和/或5的组件可以与其中产生的产物发生反应。对于读者来说，应该清楚，在本文明确提出的实施例之外的各种其他实施方案，也在明确公开的实施方案的精神的范围之内。
图22d示出了本发明的另一个可替选实施方案，其中图22c中示出的电极5a(当然也包括电极1)的构造位于沿着沟槽元件30的长度的至少一部分延伸的隔膜5m的至少一部分的上方，并且第二电极(或多个电极)5b(与图22c中的电极5b相类似)沿着沟槽元件30的底部的纵向长度的至少一部分延伸。在该使用多个电极5a的实施方案中，可以实现其他的操作灵活性。例如，通过将电压和电流分割到至少两个电极5a中，在多个电极5a处的反应可以与相似尺寸、形状和/或组成的单个电极5a处发生的反应不同。当然，这种多电极构造可用于本文公开的许多实施方案中，但是为了简便起见没有明确地讨论。然而，总的来说，多个电极1和/或5(即，代替单个电极1和/或5)，可以在按照本发明生产的产物中增加更大的灵活性。这些优点中的某些细节将在本文别处讨论。
图23a是本发明的另一个实施方案的横截面透视图，示出了大体与图19a中示出的电极5的组相对应的一组电极5，但是图23a的实施方案之间的不同之处是，除了图19a中示出的两组电极5a、5b、5c和5d之外，还提供了第三组电极5e、5f。当然，电极组5a、5b、5c、5d、5e和5f也可以被旋转90度，使它们大致对应于图19b中示出的两组电极。为了寻求简便，示出了电极组构造的其他实施方案的其他图，没有包含在本文中。
图23b示出了本发明的另一个实施方案，它也可以变化成许多其他实施方案，其中隔膜组件5ma和5mb被插入到三组电极5a，5b、5c，5d和5e，5f之间。当然，显然，电极构造、电极数目和实际用于获得分离的隔膜机构5m的组合包括了许多实施方案，其中每个在按照本发明的教导进行时都能够产生不同的产物。关于本发明的这些产物以及操作的更详细的讨论，在本文别处讨论。
图24a-24e、25a-25e和26a-26e示出了根据本发明的各种不同的可使用的隔膜5m位置的横截面图。这些隔膜5m中的每个构造都可以产生不同的纳米粒和/或纳米粒/溶液混合物。与各种不同电极组件组合使用特定的隔膜的益处，为本发明增加了各种不同的加工优点。这种附加的灵活性产生了各种不同的新的纳米粒/纳米粒溶液混合物。
电极控制装置
粗略示出在例如图2、3、11、12、14、16、17和18中的电极控制装置，在图27和图28a-28m中进行了更详细的示出。具体来说，图27示出了本发明的控制装置20的一个实施方案的透视图。此外，图28a-28m示出了控制装置20的各种不同实施方案的透视图。图28b示出了与图28a中示出的相同的控制装置20，不同之处在于两个电极1a/1b代替了两个电极5a/5b。
首先，具体参考图27、28a和28b。在这三张图的每个中，都提供了基座部分25，所述基座部分具有上部部分25′和下部部分25″。基座部分25由适合的刚性塑料材料制成，包括但不限于由结构塑料、树脂、聚氨基甲酸酯、聚丙烯、尼龙、特氟龙、聚乙烯等制成的材料。在两个电极调整组件之间，提供了分隔壁27。分隔壁27可以由与构成基座部分25的材料相同或不同的材料制成。两个伺服-步进马达21a和21b固定在基座部分25的表面25′上。步进马达21a、21b可以是能够轻微移动(例如，在360度的基础上，略小于或略大于1度)的任何步进马达，使得步进马达21a/21b的圆周运动导致与其相连通的电极1或5的垂直上升或下降。就此而言，第一轮形部件23a是与驱动马达21a的输出轴231a相连接的驱动轮，使得当驱动轴231a旋转时，产生轮23a的圆周运动。此外，从动轮24a被压靠并压向驱动轮23a，使得在它们之间存在摩擦接触。驱动轮23a和/或从动轮24a在其外部部分上可以包含切口或槽，以帮助容纳电极1、5。从动轮24a由位于附着到从动轮24a的部分241a和261a之间的弹簧285压向驱动轮23a。具体来说，卷曲的弹簧285可以位于从块(block)261a延伸出的轴262a的部分周围。弹簧应该具有足够的张力，以便可以在驱动轮23a和从动轮24a之间产生合理的摩擦力，使得当轴231a旋转确定的量时，电极组件5a、5b、1a、1b等，将在相对于基座部分25垂直的方向上移动。驱动轮23a的这种旋转或圆周运动，导致在本文示出的电极1、5中垂直方向变化的直接传递。驱动轮23a的至少一部分应该由电绝缘材料制成；而从动轮24a可以由导电材料或电绝缘材料制成，但是优选由电绝缘材料制成。
驱动马达21a/21b可以是能够少量旋转的任何驱动马达(例如，略低于1°/360°或略高于1°/360°)，使得驱动轴231a的少量旋转变化被转换成电极组件的少量垂直变化。优选的驱动马达包括由RMSTechnologies制造的驱动马达1MC17-S04型步进马达，这是一种直流供电步进马达。该步进马达21a/21b分别包含RS-232连接22a/22b，允许步进马达可以通过诸如计算机或控制器的遥控装置进行驱动。
参考图27、28a和28b，部分271、272和273是主要的高度调节部件，用于调节基座部分25相对于沟槽元件30的高度。部分271、272和273可以由与基座部分25相同、相类似或不同的材料制成。部分274a/274b和275a/275b也可以由与基座部分25相同、相类似或不同的材料制成。但是，这些部分应该是电绝缘的，因为它们容纳各种不同的、与将电压和电流输送到电极组件1a/1b、5a/5b等相关的电线部件。
在图28a中具体示出的电极组件包含电极5a和电极5b(对应于例如图3c中示出的电极组件)。但是，那个电极组件可以包含只有电极1、电极1和5、电极5和1或只有电极5。就此而言，图28a示出的组件，其中提供了两个电极1a/1b，代替了图28a中示出的两个电极5a/5b。所有图28b中示出的其他元件与图28a中示出的相同。
对于图27、28a和28b中示出的控制装置20的尺寸来说，尺度“L”和“W”可以是任何能够容纳步进马达21a/21b以及沟槽元件30的宽度的尺度。就此而言，图27中示出的尺度“L”必需足够，以便尺度“L”至少与沟槽元件30的宽度一样长，并且优选略长一些(例如，10-30％)。图27中示出的尺度“W”必需足够容纳步进马达21a/21b，并且不必太宽而不必要地未充分使用沿着沟槽元件30的长度的纵向空间。在本发明的一个优选实施方案中，尺度“L”是大约7英寸(大约19毫米)，并且尺度“W”是大约4英寸(大约10.5毫米)。基座元件25的厚度“H”是任何足以为基座元件25提供结构、电学和机械刚性的厚度，并且应该在大约1/4″-3/4″(大约6mm-19mm)的量级。尽管这些尺度不是关键的，但尺度给出了对本发明的一个优选实施方案的某些部件的尺寸的粗略了解。
此外，在图27、28a和28b示出的本发明的每个实施方案中，基座元件25(以及固定在其上的部件)可以由适当的盖子290(首次示出在图28d中)覆盖，以便电绝缘，以及对附着到基座元件25的所有部件产生局部的保护性环境。这样的盖子290可以由能够提供适当的安全性和操作灵活性的任何适合材料制成。示例性的材料包括与用于沟槽元件30的其他部分和/或控制装置20的材料相类似的塑料，并且优选为透明的。
图28c示出了电极引导组件280的透视图，该组件用于引导例如电极5。具体来说，上部部分281附着到基座元件25。贯通孔/槽组合282a、282b和282c都用于引导电极5通过。具体来说，部分283具体地引导电极5的尖端9′朝向并进入在沟槽元件30中流动液体3中。图28c中示出的引导物280可以由与用于制造沟槽元件30的其他部分和/或基座元件25等的材料类似、或完全相同的材料制成。
图28d示出了与图27和28中示出的类似的控制装置20，但是现在也包含了盖子元件290。该盖子元件290也可以由与用于制造基座部分25的相同类型的材料制成。盖子290也被示出为其中具有两个贯通孔291和292。具体来说，这些贯通孔可以与例如电极5的多余部分对准，这些电极可以与例如一卷电极线(在这些图中没有示出)相连接。
图28e示出了附着到基座部分25的盖子部分290，其中电极5a、5b分别通过孔292、291延伸穿过盖子部分290。
图28f示出了其上带有盖子290的控制装置20的底部定向的透视图。具体来说，电极引导装置280被示出为有电极5延伸通过它。更具体来说，该图28f示出了一种布置方式，其中电极1将首先与以在图28f中用箭头表示的方向“F”流动流体3相接触。
图28g示出了与图28f中示出的相同的装置，其上添加有气氛控制装置35。具体来说，气氛控制装置被示出为对电极1提供受控的气氛。此外，提供了气体入口管286。该气体入口管提供了所需气体流入气氛控制装置35，使得电极1产生的等离子体4在受控的气氛中产生。
图28h示出了位于沟槽元件30内的图28g的组件以及支撑机构341。
图28i与图28f相类似，不同之处在于现在电极5是与沟槽元件30内在箭头“F”方向上流动液体3相接触的第一电极。
图28j对应于图28g，不同之处在于电极5首先接触沟槽元件30内的流动液体3。
图28k示出了在本文的其他图28中示出的装置的底面的更详细的透视图。
图28l示出了与图28f和28i中示出的相类似的控制装置20，不同之处在于提供了两个电极1。
图28m示出了与图28l中示出的相类似的控制装置20，不同之处在于为电极5a、5b分别提供了两个耐火电极引导部分29a和29b。
图29示出了本发明的另一个实施方案，其中耐火材料29与热沉28组合使用，使得在按照本发明的实施方案实践的工艺的过程中产生的热产生了足够量的热，使得热管理程序成为必需。就此而言，部件29由例如适合的耐火成分制成，包括例如氧化铝等。耐火部件29在其中具有横向的贯穿孔291，提供了与电极1和/或5的电连接。此外，沿着耐火部件29的长度，存在另一个纵向贯穿孔292，使得电极组件1/5可以通过它延伸。热沉28与耐火元件29热连通，使得从电极组件1和/或5产生的任何热量通入到耐火元件29中，进入热沉28，并且通过散热片282以及热沉28的基座部分281散出。散热片282和基座部分281的准确数目、尺寸、形状和位置，根据例如需要散发的热量而变化。此外，如果产生显著量的热，可以使用诸如风扇的冷却装置吹过散热片282。热沉优选由诸如铜、铝等的导热金属制成。
图30示出了图29的热沉的透视图，它被加在图27中示出的装置上。就此而言，电极5a不是直接与基座部分25相接触，而是提供了耐火元件29作为电极1/5与基座元件25之间的缓冲。
没有在图中示出的风扇组件，可以附着到周围的机壳上，允许冷却空气吹过冷却散热片282。风扇组件可以包含与计算机冷却风扇等相类似的风扇。优选的风扇组件包括例如Dynatron DF 124020BA，DC无刷、9000RPM、滚珠轴承风扇，尺寸为大约40mmx40mmx20mm，可以良好地工作。具体来说，该风扇的空气流速为大约每分钟10立方英尺。
图31示出了图30a中示出的控制装置20的底部部分的透视图。在该图31中，示出了一个电极1a延伸通过第一耐火部分29a，并示出了一个电极5a延伸通过第二耐火部分29b。因此，在本文明确公开的以及本文引用的每个电极组件，都可以与图27-31中示出的控制装置的优选实施方案组合使用。为了开动控制装置20，需要进行两个通用过程。第一过程包括电激活电极1和/或5(例如，从优选的电源10向其施加功率)，第二通用过程的进行包括确定向电极施加多少功率，并对这些确定作出响应适当地调整电极1/5的高度(例如，手动和/或自动地调整电极1/5的高度)。在使用控制装置20的情况下，适合的指令通过RS-232端口22a和22b传送到步进马达21。控制装置20的部件以及电极激活过程的重要实施方案，在本文后面讨论。
电源
各种不同的电源适合用于本发明。可以使用诸如各种频率的AC电源、各种频率的DC电源、各种极性的整流AC源等的电源。但是，在本文公开的优选实施方案中，直接使用AC电源，或将AC电源整流，以产生不同极性的特定DC电源。
图32a示出了与变压器60相连接的AC电源62。此外，提供了电容器61，使得可以例如调整电路中的损耗系数。变压器60的输出通过控制装置20与电极1/5相连接。优选的用于本发明的变压器，是使用流入初级线圈601中的交流电流在容易传导磁通量的芯602中建立起交变的磁通量的变压器。
当次级线圈603位于初级线圈601和芯602附近时，该磁通量将次级线圈603与初级线圈601相连接。次级线圈603的这种连接在次级端子上感应出电压。次级端子处电压的幅度与次级线圈匝数与初级线圈匝数的比率直接相关。次级线圈603上的匝数多于初级线圈601，导致电压升高，匝数较少导致电压下降。
用于本文公开的各种不同实施例的优选变压器60具有有意调整的低输出电压，这是通过使用变压器60中的磁分流器造成的。这些变压器60被称为氖灯变压器。这种构造限制了流入电极1/5的电流。使用变化大的输出负载电压，变压器60将输出负载电流维持在相对窄的范围内。
变压器60通过其次级开路电压和次级短路电流来评价。只有当不存在电连接时，开路电压(OCV)才出现在变压器60的输出端处。同样地，只有在输出端之间放置短路时(这种情况下输出电压等于零)，才能在输出端获得短路电流。但是，当在同样这些输出端之间连接负载时，变压器60的输出电压将下降到零与额定OCV之间的某处。事实上，如果变压器60负载合适，则电压将为额定OCV的大约一半。
变压器60被称为平衡中点基准设计(例如，以前也称为平衡中点接地)。这在中等至较高额定电压变压器、并且大多数是60mA变压器中最常见。这是在“中点返回接线”系统中可接受的唯一类型的变压器。“平衡”的变压器60具有一个初级线圈601和两个次级线圈603，在初级线圈601的每侧各一个(正如在图33a的示意图中粗略示出的)。这种变压器60在许多方式下可以像两个变压器一样运行。就像非平衡中点基准芯和线圈一样，每个次级线圈603的一端附着到芯602、然后附着到变压器外壳上，并且每个次级线圈603的另一端附着到输出引线或端子。因此在不存在连接器的情况下，这种类型的无负载的15,000伏变压器，当从每个次级端到变压器外壳测量时大约为7,500伏，但是在两个输出端子之间测量时将为大约15,000伏。
在具有线路功率因数为1(或100％)的交流电(AC)线路中，电压和电流开始时各为零，升高到波峰，下降到零，继续到达负波峰，然后回升到零。这完成了典型的正弦波的一个循环。在典型的美国应用中，该循环每秒发生60次。因此，这样的电压或电流具有每秒60周(或60赫兹)的特征性“频率”的功率。功率因数涉及电压波形相对于电流波形的位置。当两个波形一起通过零并一起达到波峰时，它们是同相的，功率因数为1或100％。图33b示出了两个彼此同相的波形“V”(电压)和“C”(电流)，并且具有1或100％的功率因数；而图33c示出了两个彼此异相的波形“V”(电压)和“C”(电流)，具有大约60％的功率因数，两个波形不同时通过零，等等。波形异相时，它们的功率因数小于100％。
大部分这样的变压器60的正常功率因数较大，这是由于磁分流器604和次级线圈603的效应，它们在变压器60线路的输出中有效地添加了电感线圈，以限制流向电极1/5的电流。可以通过使用放置在变压器60的初级线圈601上的电容器61，将功率因数增加到更高的功率因数，该电容器61可以将输入电压和电流变得更加同相。
用于本发明的任何变压器60的无负载电压以及其内部结构，都是重要的。理想的用于本发明的无负载变压器包括大约9,000伏、10,000伏、12,000伏和15,000伏的变压器。但是，这些具体的无负载变压器的测量值不应该被视为作为附加实施方案限制可接受的电源的范围。可以用于本文公开的发明的各种不同实施方案的具体的、理想的变压器，是由Franceformer制造的目录号为9060-P-E的变压器，其操作条件为：初级120伏，60Hz；次级9,000伏，60mA。
图32b和32c示出了本发明的另一个实施方案，其中被输入到电极组件1/5中的变压器60的输出，已经通过二极管组件63或63’进行了整流。一般来说，结果是AC波变成基本上类似于DC波。换句话说，得到了几乎平的线性DC输出结果(实际上，有时可以获得轻微的120Hz的脉冲)。这种特别的组件产生了本发明的两个其他优选实施方案(例如，关于电极定向)。就此而言，从二极管组件63产生了基本上正的端或输出以及基本上负的端或输出。通过二极管组件63’获得了相反的极性。这样的正和负输出可以被输入到电极1和/或5的任何一个中。因此，电极1可以是基本上负的或基本上正的；和/或电极5可以是基本上负的和/或基本上正的。此外，当使用图32b的组件时，已经发现，示出在图29、30和31中的组件是理想的。就此而言，在给定的一组操作(例如，功率)条件下，图32b中示出的布线图可以比例如图32a中示出的布线图产生更多的热(热输出)。此外，一个或多个整流的AC电源与例如图21-26中示出的隔膜组件相组合，会特别有用。
图34a示出了8个独立的变压器组件60a-60h，它们中的每个分别连接到相应的控制装置20a-20h。该组变压器60和控制装置20使用在本文后面的实施例部分中讨论的一个优选实施方案中。
图34b示出了8个独立的变压器60a′-60h′，它们中的每个对应于图32b中示出的整流的变压器图。该变压器组件也与一组控制装置20a-20h相连通，并且可用作本发明的优选实施方案。
图34c示出了8个独立的变压器60a″-60h″，它们中的每个对应于图32c中示出的整流的变压器图。该变压器组件也与一组控制装置20a-20h相连通，并且可用作本发明的优选实施方案。
因此，每个变压器组件60a-60h(和/或60a′-60h′；和/或60a″-60h″)可以是相同的变压器，或者可以是不同变压器(以及不同极性)的组合。变压器、功率因数、电容器61、极性、电极设计、电极位置、电极组成、沟槽元件30的横截面形状、局部或整体电极组成、气氛、局部或整体液体3流速、液体3的局部成分、局部施加到沟槽元件30中各种不同场的液体3的体积、附近的(例如，上游和下游的)电极组、局部场浓度、任何隔膜5m的使用和/或位置和/或组成等的选择，都是加工条件以及在液体3中产生的成分的组成和/或体积、按照本文公开的各种实施方案制造的纳米粒和纳米粒/溶液的影响因素。因此，按照本文提出的详细的公开内容，可以实践多种实施方案。
在本文的一些实施例中使用的另一种优选AC电源是可变AC变压器。具体来说，每个变压器50/50a是由单个线圈/线绕组构成的可变AC变压器。该绕组起到初级和次级绕组两者的一部分的作用。输入电压施加在绕组的固定部分上。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个连接之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级连接，能够获得连续可变的比率。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说，每个变压器是MastechTDGC2-5kVA，10A调压器，输出0-250V。
电极高度控制/自动控制装置
本发明的优选实施方案使用了示出在本文各种不同的图中的自动化控制装置20。在例如图27-31中示出的步进马达21a和21b，受到在35、36a、36b和36c中的每个中图示的电路的控制。具体来说，图35的电路是电压监测电路。具体来说，来自变压器60中次级线圈603的每个输出引脚的电压输出，在点“P-Q”和点“P’-Q’”上进行监测。具体来说，被命名为“RL”的电阻器对应于万用表测量装置(未示出)的内部电阻。在点“P-Q”和“P’-Q’”之间测量到的输出电压，对于在本文后面的实施例中示出的几个优选实施方案来说，典型地在大约200伏到大约4,500伏之间。但是，较高或较低的电压可以用于本文公开的许多实施方案。在后文的实施例中，对于每个电极组1和/或5，在沿着沟槽元件30的每个位置处，确定了理想的目标电压。通过使用例如在图36a、36b和36c中示出的线路控制，获得了作为实际施加电压的这种理想的目标电压。这些图36适用于由Velleman K8056线路组件(具有微芯片PIC16F630-I/P)控制的继电器组。具体来说，在“P-Q”或“P’-Q’”位置上检测电压，并将该电压与预定的基准电压进行比较(实际上，与目标电压范围进行比较)。如果例如在点“P-Q”上测量到的电压接近预定电压目标范围的上限，那么例如Velleman K8056电路组件使伺服马达21(具体参考图28a)以顺时针方向旋转，以朝向和/或进入流体3降低电极5a。相反，如果在点“P-Q”或“P’-Q’”上测量到的电压接近目标电压的下限，那么例如再次参考图28a，伺服马达21a将使驱动轮23a旋转到逆时针位置，从而相对于流体3升高电极5a。
在本发明的每个实施方案中的每组电极，都具有已建立的目标电压范围。可接受的范围的尺寸或幅度，以目标电压的大约1％到大约10％-15％之间的量来变化。本发明的某些实施方案对于电压变化更敏感，并且典型情况下，这些实施方案将具有较小的可接受电压范围；而本发明的其他实施方案对电压的敏感性较低，并且一般将具有较大的可接受范围。因此，通过使用图35中示出的电路图，在“RL”处(在端子“P-Q”和“P’-Q’”上)测量来自变压器60的次级线圈603的实际电压输出，然后与预定的电压范围进行比较。当需要时，伺服马达21作出响应，在顺时针方向或逆时针方向上旋转预定的量。此外，具体参考图36，应该指出，通过确定每个电极的电压，调整高度(如果需要)，然后前进到下一个电极，来顺序进行询问程序。换句话说，每个变压器以图35中示出的方式电连接。每个变压器60和相关的测量点“P-Q”和“P’-Q’”连接到单独的继电器上。例如，点“P-Q”对应于图36a中的继电器编号501，并且点“P’-Q’”对应于图36a中的继电器502。因此，每个变压器60都需要两个继电器。每个继电器501、502等，顺序地询问来自次级线圈603的第一引脚(leg)的第一输出电压，然后询问来自次级线圈603的第二引脚的第二输出电压；并且这样的询问继续进行到来自第二变压器60b的次级线圈603的第一引脚的第一输出电压，然后到次级线圈603的第二引脚的第二输出电压，等等。
此外，在对于电极组5/5’的实施例15中使用的本发明的另一个优选实施方案中，自动控制装置20受到图36d、36e、36f和35b的电路的控制。具体来说，图35b的电路是用于测量电流的电压监测电路。在这种情况下，由于电阻器的选择，电压和电流是相同的数值(在后文中讨论)。具体来说，在点“P-Q”和点“P’-Q’”上监测来自每个变压器50(使用在后文中讨论的某些金溶液或胶体的实施方案中)的电压输出。具体来说，被命名为“RL”的电阻器对应于万用表测量装置(未示出)的内部电阻。在点“P-Q”和“P’-Q’”之间测量到的输出电压，对于在本文后面的实施例中示出的几个优选实施方案来说，典型地在约0.05伏至约5伏之间。但是，较高或较低的电压可以用于本文公开的许多实施方案。对于每个电极组5/5’，在沿着沟槽元件30的每个位置处，确定了理想的目标电压。通过使用例如在图36d、36e、36f和35b中示出的线路控制，获得了作为实际施加电压的这种理想的目标电压。这些图适用于由Velleman K8056线路组件(具有微芯片PIC16F630-I/P)控制的继电器组。
具体来说，在实施例15的实施方案中，引起伺服马达21旋转特定的预定时间，以便维持理想的电极5分布情况。伺服马达21做出响应，以顺时针方向旋转预定量。具体来说，伺服马达21旋转足够的量，导致电极5朝向内接收器部分o5前进并进入其中约0.009英寸(0.229mm)。这种电极5的移动每约5.8分钟发生一次。因此，每个电极5进入内接收器部分o5的垂直运动速率约为每8小时3/4英寸(约1.9cm)。
此外，具体参考图36d、36e、36f和35b，应该指出，询问程序通过确定每个电极的电压来顺序进行，所述电压在实施例15的实施方案中等价于安培值，因为在图35b中，电阻器Ra和Rb约为1ohm，因此V＝I。换句话说，每个变压器50以36d、36e、36f和35b中示出的方式电连接。每个变压器50和相关的测量点“P-Q”和“P’-Q’”连接到两个单独的继电器上。例如，点“P-Q”对应于图36f中的继电器编号501和501’，并且点“P’-Q’”对应于图36f中的继电器502和502’。因此，每个电极组5/5都需要继电器。每个继电器501/501’和502/502’等，顺序地询问来自变压器50的输出电压，然后是来自相同变压器50的第二电压，等等。
用于所公开的电极高度调整技术的计算机或逻辑控制，通过任何常规的程序或控制器实现，包括例如在优选实施方案中，在PC中使用的标准visual basic编程步骤。这样的编程步骤包括读取和发送适合的启动信号以相对于液体3的表面2降低电极。这样的技术应该被普通专业技术人员所理解。
下面的实施例用于说明本发明的某些实施方案，但是不应该被解释为限制了在随附的权利要求书中定义的公开内容的范围。
实施例1-4
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液GT032、GT031、GT019和GT033
总的来说，实施例1-4的每个都利用了本发明的某些实施方案，以及在图16b、16c和33a中粗略示出的装置。加工和装置的具体差异将示出在每个实施例中。沟槽元件30由有机玻璃制成，它们的厚度均为约3mm-4mm(约1/8″)。支撑结构34也由有机玻璃制成，厚度约为1/4″(约6-7mm厚)。沟槽元件30的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即，截短的“V”)。截短的“V”的底部部分“R”的尺寸为约0.5″(约1cm)，并且每个侧面部分“S”、“S′”的尺寸为约1.5″(约3.75cm)。V形沟槽元件30的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约
Figure BPA00001406107600691
(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个部分的厚度，约为1/8″(约3mm)厚。V形沟槽元件30的纵向长度“LT”(参考图11a)，从点31到点32为约6英尺(约2米)长。从沟槽元件30的端部31到端部32的垂直高度差，为在其6英尺长度(约2米)上约1/4-1/2″(约6-12.7mm)(即，小于1°)。
在实施例1中，使用纯水(在后文中讨论)作为输入液体3。在实施例2-4中，向输入到沟槽元件30中的液体3添加加工增强剂。所添加的具体加工增强剂及其具体量，在这些实施例中有效。然而，其他的加工增强剂及其量，应该被视为处于本公开的界限与范围之内，并且这些具体实施例不应该被视为限制了本发明的范围。水3在V-形沟槽元件30中的深度“d”(参考图10b)，在沿着沟槽元件30的不同点处，为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用挡板80(示出在图15a和15b中)进行部分控制。具体来说，在端部32附近提供了挡板80，并且帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。挡板80的高度“j”为约1/4″(约6mm)，并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越沟槽元件30的底部尺度“R”。因此，在其操作过程中，V形沟槽元件30中水3的总体积为约26英寸3(约430ml)。
水3在沟槽元件30中的流速，是约90ml/分钟。由于沟槽元件30中的一些蒸发，沟槽元件30的流出速率略微低些，约为60-70ml/分钟。这种水3向沟槽元件30中的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107600701
L/S泵驱动器40来获得，额定功率0.1马力、10-600rpm。Masterflex泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex
Figure BPA00001406107600703
制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107600704
LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器的精确设置是例如90毫升/分钟。将直径为1/4″的Tygon
Figure BPA00001406107600705
管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex制造。管的一个端部通过位于其中的流动扩散机构传送沟槽元件30的第一端部31。流动扩散机构倾向于最小化引入到沟槽元件30中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲条件。就此而言，在沟槽元件30的端部31的垂直上方的点处，提供了用作扩散机构的小储液器，使得当储液器溢流时，发生水3进入V形沟槽元件30的端部31中的相对稳定的流动。
对于图16b和16c来说，8个独立的电极组(组1、组2、组3……组8)与8个独立的控制装置20相连。表1a-1d中的每个使用“组#”表示8个电极组中的每个。此外，在任何组#中，使用了与图3a和3c中示出的电极组件相类似的电极1和5。8个电极组中的每个电极，被设置为在具体的目标电压范围内操作。实际的目标电压列于每个表1a-1d中。也示出了从每个电极组到相邻电极组的中线的距离“c-c”(参考图14)。此外，也报告了与任何使用的电极1有关的距离“x”。对于任何电极5’，没有报告距离“x”。其他的相关距离报告在例如每个表1a-1d中。
用于每个电极组的电源是AC变压器60。具体来说，图32a示出了与变压器60相连接的AC电源62。此外，提供了电容器61，使得可以例如调整电路中的损耗系数。变压器60的输出通过控制装置20与电极1/5相连接。优选的用于本发明的变压器，是使用流入初级线圈601中的交流电流在容易传导通量的芯602中建立起交变的磁通量的变压器。
当次级线圈603位于初级线圈601和芯602附近时，该通量将次级线圈603与初级线圈601相连接。次级线圈603的这种链接在次级端子上感应出电压。次级端子处电压的幅度与次级线圈匝数与初级线圈匝数的比率直接相关。次级线圈603上的匝数多于初级线圈601，导致电压升高，而匝数较少导致电压下降。
用于这些实施例中的优选变压器60具有故意调整的可能的低输出电压，这是通过使用变压器60中的磁分流器造成的。这些变压器60被称为氖灯变压器。这种构造限制了流入电极1/5的电流。使用变化大的输出负载电压，变压器60将输出负载电流维持在相对窄的范围内。
变压器60通过其次级开路电压和次级短路电流来评价。只有当不存在电连接时，开路电压(OCV)才出现在变压器60的输出端处。同样地，只有在输出端之间放置短路时(这种情况下输出电压等于零)，才能在输出端获得短路电流。但是，当在同样这些输出端之间连接负载时，变压器60的输出电压将下降到零与额定OCV之间的某处。事实上，如果变压器60负载合适，电压将为额定OCV的大约一半。
变压器60被称为平衡中点基准设计(例如，以前也称为平衡中点接地)。这在中间至较高额定电压变压器、并且大多数是60mA变压器中最常见。这是在“中点返回接线”系统中可接受的唯一类型的变压器。“平衡”的变压器60具有一个初级线圈601和两个次级线圈603，在初级线圈601的每侧各一个(正如在图33a的示意图中粗略示出的)。这种变压器60在许多方式下可以像两个变压器一样运行。就像非平衡中点基准芯和线圈一样，每个次级线圈603的一端附接到芯602、然后附接到变压器外壳上，并且每个次级线圈603的另一端附接到输出引线或端子。因此在不存在连接器的情况下，这种类型的无负载的15,000伏变压器，当从每个次级端到变压器外壳测量时大约为7,500伏，但是在两个输出端子之间测量时将为大约15,000伏。
在具有线路功率因数为1(或100％)的交流电(AC)线路中，电压和电流开始时各为零，升高到波峰，下降到零，继续到达负波峰，然后回升到零。这完成了典型的正弦波的一个循环。在典型的美国应用中，该循环每秒发生60次。因此，这样的电压或电流具有每秒60周(或60赫兹)的特征性“频率”的功率。功率因数涉及电压波形相对于电流波形的位置。当两个波形一起通过零并一起达到波峰时，它们是同相的，功率因数为1或100％。图33b示出了两个彼此同相的波形“V”(电压)和“C”(电流)，并且具有1或100％的功率因数；而图33c示出了两个彼此异相的波形“V”(电压)和“C”(电流)，具有大约60％的功率因数，两个波形不同时通过零，等等。波形异相时，它们的功率因数小于100％。
大部分这样的变压器60的正常功率因数较大，这是由于磁分流器604和次级线圈603的效应，它们在变压器60线路的输出中有效地添加了电感线圈，以限制流向电极1/5的电流。可以通过使用放置在变压器60的初级线圈601上的电容器61，将功率因数增加到更高的功率因数，该电容器61可以将输入电压和电流变得更加同相。
用于本发明的任何变压器60的无负载电压以及其内部结构，都是重要的。理想的用于本发明的无负载变压器包括大约9,000伏、10,000伏、12,000伏和15,000伏的变压器。但是，这些具体的无负载变压器的测量值不应该被视为作为附加实施方案限制了可接受的电源的范围。可以用于这些实施例的具体的、理想的变压器，是由Franceformer制造的目录号为9060-P-E的变压器，其操作条件为：初级120伏，60Hz；次级9,000伏，60mA。
图32b和32c示出了本发明的替选实施方案(即，不用在该实施例中)，其中被输入到电极组件1/5中的变压器60的输出，已经通过二极管组件63或63’进行了整流。一般来说，结果是AC波变成基本上类似于DC波。换句话说，得到了几乎平的线性DC输出结果(实际上，有时可以获得轻微的120Hz的脉冲)。这种特别的组件产生了本发明的两个其他优选实施方案(例如，关于电极定向)。就此而言，从二极管组件63产生了基本上正的端或输出以及基本上负的端或输出。通过二极管组件63’获得了相反的极性。这样的正和负输出可以被输入到电极1和/或5的任何一个中。因此，电极1可以是基本上负的或基本上正的；和/或电极5可以是基本上负的和/或基本上正的。
图34a示出了8个独立的变压器组件60a-60h，它们中的每个分别连接到相应的控制装置20a-20h。该组变压器60和控制装置20使用在这些实施例1-4中。
图34b示出了8个独立的变压器60a′-60h′，它们中的每个对应于图32b中示出的整流的变压器图。该变压器组件也与一组控制装置20a-20h相连通，并且可用作本发明的优选实施方案，尽管没有用于这些实施例中。
图34c示出了8个独立的变压器60a″-60h″，它们中的每个对应于图32c中示出的整流的变压器图。该变压器组件也与一组控制装置20a-20h相连通，并且可用作本发明的优选实施案，尽管没有用于这些实施例中。
因此，每个变压器组件60a-60h(和/或60a′-60h′；和/或60a″-60h″)可以是相同的变压器，或者可以是不同变压器(以及不同极性)的组合。变压器、功率因数、电容器61、极性、电极设计、电极位置、电极组成、沟槽元件30的横截面形状、局部或整体电极组成、气氛、局部或整体液体3流速、液体3的局部成分、局部施加到沟槽元件30中各种不同场的液体3的体积、附近的(例如，上游和下游的)电极组、局部场浓度、任何隔膜的使用和/或位置和/或组成等的选择，都是加工条件以及在液体3中产生的成分的组成和/或体积、按照本文公开的各种实施方案制造的纳米粒和纳米粒/溶液或胶体的影响因素。因此，按照本文提出的详细的公开内容，可以实践多种实施方案。
使用的每个电极1的尺寸和形状是大约相同的。每个电极1的形状是直角三角形，并且尺寸为约14mmx23mmx27mm。每个电极1的厚度是约1mm。每个三角形的电极1在其底部部分上还具有通过它的孔，允许由23mm和27mm的边形成的点指向水3的表面2。除非在本文中陈述，否则构成每个电极1的材料是99.95％纯的(即3N5)。当金用于每个电极1时，每个电极的重量为约9克。
用于将三角形电极1附着到变压器60的电线，对于实施例1-3来说，是99.95％(3N5)铂线，具有的直径为约1mm。
用于每个电极5的线包含99.95％纯(3N5)的金，具有的直径约为0.5mm。用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得，地址为1050BensonWay，Ashland，Oregon 97520。
在实施例1中使用的输入到沟槽元件30中(以及在实施例2-4中与加工增强剂组合使用)的水3，通过反渗透方法和去离子方法产生。本质上，反渗透(RO)是压力驱动的隔膜分离方法，将溶解和/或悬浮的物质与底部水分开。它被称为“反”渗透，是因为施加了压力以逆转渗透的自然流动(它寻求隔膜两侧上的材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过隔膜，留下了污染物在隔膜的一侧，并且纯化的水在另一侧。反渗透隔膜使用了几个薄层或片状的膜，它们粘合在一起，并且以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外，RO膜也分离出悬浮的物质，包括可能存在于水中的微生物。在RO处理后，使用混合床去离子过滤器。在两种处理后，总的溶解溶剂(“TDS”)的量，通过Accumet
Figure BPA00001406107600751
AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
这些实施例对8个电极组使用了金电极。就此而言，表1a-1d显示了与用于制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液的8个电极组中的16个电极的每个相关的适当操作参数。
表1a
Figure BPA00001406107600761
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表1b
Figure BPA00001406107600771
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表1c
Figure BPA00001406107600781
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表1d
Figure BPA00001406107600791
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表1a示出了将“1/5”电极构造用于电极组#1和电极组#4，并且所有其他组使用5/5构造；而表1b、1c和1d示出了电极组#1是利用1/5构造的唯一电极组，并且所有其他组使用5/5构造。
此外，在制造设置中还利用了下面的差异：
实施例1：GT032：将进入到沟槽元件30的输入水3在致冷器装置中冷却，直到它达到约2℃的温度，然后将其泵入到沟槽元件30中；
实施例2：GT031：向输入水3加入加工增强剂，然后将水3输入到沟槽元件30中。具体来说，向水3中加入约0.145克/加仑(即约38.3mg/升)化学式为NaHCO3的碳酸氢钠(“苏打”)，并将其与水混合。苏打从Alfa Aesar获得，并且苏打具有84.01的式量和约2.159g/cm3的密度(即物资#14707，批号D15T043)。
实施例3：GT019：向输入水3加入加工增强剂，然后将水3输入到沟槽元件30中。具体来说，向水3中加入约0.17克/加仑(即约45mg/升)化学式为NaCl的氯化钠(盐)，并将其与水混合。
实施例4：GT033：向输入水3加入加工增强剂，然后将水3输入到沟槽元件30中。具体来说，向水3中加入约0.145克/加仑(即约38.3mg/升)化学式为NaHCO3的碳酸氢钠(“苏打”)，并将其与水混合。苏打从Alfa Aesar获得，并且苏打具有84.01的式量和约2.159g/cm3的密度(即物资#14707，批号D15T043)。干燥溶液GT033的代表性TEM显微照片示出在图51a中。此外，图51b示出了溶液GT033的动态光散射数据(即流体动力学半径)。
在实施例3中使用的盐从Fisher Scientific获得(批号#080787)，并且盐具有58.44的式量，其实际分析如下：
  化验   100％
  钡(BA)   通过检验
  溴化物   ＜0.010％
  钙   0.0002％
  氯酸盐和硝酸盐   ＜0.0003％
  重金属(AS PB)   ＜5.0ppm
  识别   通过检验
  水不溶性   ＜0.001％
  碘化物   0.0020％
  铁(FE)   ＜2.0ppm
  镁   ＜0.0005％
  25℃下5％溶液的pH   5.9
  磷酸盐(PO4)   ＜5.0ppm
  钾(K)   ＜0.003％
  硫酸盐(SO4)   ＜0.0040％
表1e概述了三种溶液GT032、GT031和GT019每种的物理特征性结果。GT019的完全特征化没有完成，然而，显然在本文所讨论的加工条件下，两种加工增强剂(即苏打和盐)增加了在溶液GT031和GT019中相对于GT032中金的测量的ppm。
表1e
Figure BPA00001406107600811
**值未测量
实施例5-7
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液GD-007、GD-016和GD-015
总的来说，实施例5-7的每个都利用了与图4f、37a、48a和40a中粗略示出的装置相关的本发明的某些实施方案。加工和装置的具体差异将示出在每个实施例中。沟槽元件30a和30b分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由有机玻璃制成，其厚度约为1/4″(约6-7mm厚)。图37a中示出的沟槽元件30a的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即，截短的“V”)。截短的“V”的底部部分“R”的尺寸为约0.5″(约1cm)，并且每个侧面部分“S”、“S′”的尺寸为约1.5″(约3.75cm)。V形沟槽元件30a的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约
Figure BPA00001406107600821
(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个部分的厚度，约为1/8″(约3mm)厚。V形沟槽元件30a的纵向长度“LT”(参考图11a)，从点31到点32为约3英尺(约1米)长。
将纯水(在本文中别处讨论)与约0.396g/L的NaHCO3混合，并用作液体3输入到沟槽元件30a中。然而，尽管使用的NaHCO3的量有效，但该量不应该被视为限制了本发明的界限和范围，其他的量也处于本公开的界限与范围之内。水3在V-形沟槽元件30a中的深度“d”(参考图10b)，在沿着沟槽元件30a的不同点处，为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用挡板80(示出在图37a中)进行部分控制。具体来说，在端部32附近提供了挡板80，并且帮助产生约7/16″至1/2″(约11mm-13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。挡板80的高度“j”为约1/4″(约6mm)，并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越沟槽元件30a的底部尺度“R”。因此，在其操作过程中，V形沟槽元件30a中水3的总体积为约6.4英寸3(约105ml)。
水3在沟槽元件30a中的流速，是约150ml/分钟(注意：在沟槽元件30a中存在少量蒸发)。这种水3向沟槽元件30a中的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107600831
L/S泵驱动器40来获得，额定在0.1马力，10-600rpm。Masterflex
Figure BPA00001406107600832
泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex
Figure BPA00001406107600833
制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107600834
LS数字模块驱动器来控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器上的精确设置是例如150毫升/分钟。将直径为1/4″的Tygon
Figure BPA00001406107600835
管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex
Figure BPA00001406107600836
制造。管的一个端部通过位于其中的流动扩散机构传送沟槽元件30a的第一端部31。流动扩散机构倾向于最小化引入到沟槽元件30a中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲条件。就此而言，在沟槽元件30a的端部31的垂直上方的点处，提供了用作扩散机构的小储液器，使得当储液器溢流时，发生水3进入V形沟槽元件30a的端部31中的相对稳定的流动。
在实施例5-7中使用了5个电极组，并且一个电极组是位于沟槽元件30a中的单个电极组1a/5a。在沟槽元件30a中产生了来自电极1a的等离子体4，其中电极1a的形状类似于图5e中显示的电极，并且重量约为9.2克。该电极是99.95％纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片，尺寸为约14mmx23mmx27mm，并且厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。用于产生等离子体4的AC变压器是图32a中示出的并在本文别处讨论的变压器60。AC变压器50(下面讨论)与其他电极组5/5相连接。所有其他有关的运行条件示出在表2a、2b和2c中。
将加工增强的、调制过的水3’的输出收集在储液器41中，然后通过另一个泵40’以与泵40基本上相同的速率(例如在沟槽元件30a中出现的最小蒸发)泵入到第二沟槽元件30b中。第二沟槽元件30b约为30英寸长×1.5英寸宽×5.57英寸高，并在其中含有约2500ml水3”。四个电极组5b、5b’-5e、5e’中的每个包含99.95％纯的金导线，其直径约为0.5mm，并且长度约为5英寸(约12cm)，并基本上是直的。将约4.25英寸(约11cm)的导线浸没在深度约为4.5英寸(约11cm)的水3”中。
对于图38b和40a来说，4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与2个独立变压器装置50和50a相连，如图38a中所示。具体来说，变压器50和50a按照图38a中所示的接线图与每个电极组电连接。每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的分开的AC输入线相连接。变压器50和50a被电连接使得单个电路不过载，并且不引起例如上游电路断路器脱开(例如当在这些条件下使用时，单个变压器50/50a可能抽出足够电流以引起上游电力问题)。每个变压器50/50a都是由单一线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。输入电压施加在绕组的固定部分之间。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个连接之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级连接，能够获得连续可变的比率。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说，每个变压器是Mastech TDGC2-5kVA，10A调压器，输出0-250V。
每个表2a-2c包含了与用“组#”标出的沟槽30b中的4个电极组中的每个电极组相关的加工信息。沟槽30b中的4个电极组的每个电极都被设定为在特定目标电压下操作。正如在每个表2a-2c中列出的，约255伏的实际操作电压被施加到电极组上。从每个电极组到相邻电极组的中线的距离距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外，还报告了与沟槽30a中使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说，没有报告距离“x”。其他的相关参数也报告在每个表2a-2c中。
用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon 97520。
在实施例5-7中使用的水3通过反渗透方法和去离子方法产生，并与NaHCO3加工增强剂混合，并一起输入到沟槽元件30a中。本质上，反渗透(RO)是压力驱动的隔膜分离方法，将溶解和/或悬浮的物质与底部水分开。它被称为“反”渗透，是因为施加了压力以逆转渗透的自然流动(它寻求隔膜两侧材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过隔膜，留下了污染物在隔膜的一侧，并且纯化的水在另一侧。反渗透隔膜使用了几个薄层或片状的膜，它们粘合在一起，以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外，RO膜也分离出悬浮的物质，包括可能存在于水中的微生物。在RO处理后，使用混合床去离子过滤器。在两种处理后，总的溶解溶剂(“TDS”)的量，通过Accumet
Figure BPA00001406107600851
AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
表2a
Figure BPA00001406107600861
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
Table 2b
Figure BPA00001406107600871
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表2c
Figure BPA00001406107600881
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
对于按照每个这些实施例5-7制造的每种干燥溶液，获取了代表性的透射电子显微镜(TEM)显微照片(图44a、45a和46a)。
具体来说，TEM样品利用了用碳稳定化的网格尺寸为200的Formvar涂层的格栅来制备。首先将格栅在真空下通过等离子体处理进行预处理。将格栅置于衬有矩形滤纸片的显微镜载片上，然后置于安装有所需等离子体发生器附件的Denton真空装置中。将真空维持在75mTorr，启动等离子体并运行约30秒。在完成后，将系统通气并取出格栅。将格栅稳定最多7-10日，这取决于湿度条件，但是在所有情况下其在12小时内使用。
将约1μL每种本发明的纳米粒溶液置于每个格栅上，并允许其在室温下空气干燥20-30分钟，或直到液滴蒸发。在完全蒸发后，将格栅置于支架板上，直至进行TEM分析。
使用Philips/FEI Tecnai 12透射电子显微镜来检查所有制备的样品。仪器在100keV的加速电压下运行。在电子束对准后，在达到并包括630,000x的各种放大倍数下检查样品。通过随附的OlympusMegaview III侧固定相机收集图像，并将图像直接传送到装备有iTEM和Tecnai用户接口软件的PC上，这两种软件分别提供了对相机和TEM仪器二者的控制。
在iTEM软件中，通过调整十字瞄准线在圆形基准面上的位置，能够绕着格栅随机移动。通过选择和移动十字瞄准线，人们能够绕着格栅操纵。使用这种功能，在圆形基准面的4个象限处对样品进行分析，允许对样品进行无偏的表述。图像随后用ImageJ 1.42软件进行分析。另一种类似的软件程序计算每个颗粒上的像素数目相对于间隔条中已知的像素数目。按照在测量每个单个颗粒之前对软件进行校正的方法，使用图像上的标尺条来测量颗粒。将从每个样品组收集的数据输出到Excel，并使用带有50个最小为5nm、最大为45nm的仓室(bin)的简单直方图功能，产生了直方图。
图44a、45a和46a分别是对应于实施例5、6和7的干燥溶液GD-007、GD-016和GD-015的代表性TEM显微照片。
图44b、45b和46b是从分别对应于实施例5、6和7的干燥溶液GD-007、GD-016和GD-015的TEM显微照片计算的颗粒尺寸分布直方图。
此外，为了获得按照本文的实施例生产的颗粒尺寸的指标(例如流体动力学半径)，还使用了动态光散射技术。图44c、45c和46c显示了三个独立的动态光散射数据组的图形结果。
具体来说，动态光散射(DLS)测量在Viscotek 802DLS仪器上进行。在DLS中，当激光击中小颗粒和/或小颗粒(比波长更小)周围的组织化水结构时，光在所有方向上散射，引起散射强度的时间依赖性波动。强度波动是由于散射颗粒/水结构组合的布朗运动，并包含关于颗粒尺寸分布的信息。
在实验之前，允许仪器预热至少30分钟。测量使用12μl石英小室(cell)进行。使用了下列步骤：
1.首先，使用1ml微量移液器将1ml DI水加入到小室中，然后将水从小室倒出到废液烧杯中，将剩余的水甩离小室的测量腔室。将该步骤再重复两次以充分漂洗小室。
2.使用200μl微量移液器将100μl样品加入到小室中。然后用同一个移液器使用同一个移液器头将所有样品从小室中取出并排放到废液烧杯中。使用同一个移液器头再次加入100μl样品。
3.将带有样品的小室放入Viscotek仪器的温控小室架中，使小室磨砂的侧面面向左侧。在Viscotek OmniSIZE软件中开启新实验。在温度平衡并且激光功率衰减到适合值后1分钟开始测量。结果在所有运行结束后储存。
4.将小室从仪器中取出，并使用在步骤2中使用的相同移液器和移液器头将样品中小室中取出。
5.对于每个样品，将步骤2至4再重复两次。
6.对于新的样品来说，使用用于200μl移液器的新的移液器头以避免前一个样品的污染，并重复步骤1至5。
数据收集和处理使用OmniSIZE软件3，0，0，291版进行。对于所有实验使用了下列参数：运行持续时间-3s；实验-100；溶剂-水，0mmol；粘度-1cP；折射率-1.333；尖峰耐受度-20％；基线漂移-15％；目标衰减-300k计数；支架温度-+40℃。在每个实验的数据储存后，在软件的“结果”页面上显示结果。颗粒尺寸分布(即流体动力学半径)在“强度分布”图中分析。在该图上，0.1nm-10μm范围之外的任何峰被视为假象。具体来说，清洁的水(无颗粒)在0.1nm-10μm范围内不产生峰，并在0.1nm以下产生宽峰。该峰被当作仪器的噪音峰(噪音流)。具有非常低浓度或非常小尺寸的悬浮纳米粒的样品，可以在“强度分布”图中显示出可测量的噪音峰。如果在0.1nm-10μm范围内的峰具有比噪音峰更高的强度，那些峰被认为是真实的，否则峰是有问题的，并可以代表了数据处理的假象。
图44c示出了对应于实施例5(即GD-007)的三个代表性Viscotek输出数据组的图形数据；图45c示出了对应于实施例6(即GD-016)的三个代表性Viscotek输出数据组的图形数据；以及图46c示出了对应于实施例7(即GD-015)的三个代表性Viscotek输出数据组的图形数据。在图44c、45c和46c中的每个中的峰的上部处报告的数字，对应于在每种溶液中检测到的颗粒的平均流体动力学半径，以及这些颗粒周围散射的光。应该指出，检测了多个(例如数百个)数据点以给出每个数据组中报告的数字，正如由“s-形”曲线所表示的(即每条曲线表示一系列收集到的数据点)。每个数据组中报告的“透光率％”对应于为了获得动态光散射数据所需的质询光束的强度。一般来说，但不总是如此，当报告的“透光率％”低于50％时，存在非常强的颗粒和/或颗粒/有序水结构。此外，当“透光率％”达到100％时，通常存在离子和/或非常小的颗粒(例如皮可尺寸的颗粒)，并且所报告的流体动力学半径可能包含比实际的固体颗粒更有序或结构化的水。
应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且计算流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
AAS值从Perkin Elmer AAnalyst 400光谱仪系统获得。
I)原理
火焰原子吸收光谱技术需要将液体样品吸出、雾化并与诸如乙炔和空气的可燃气体混合。将混合物在温度在约2100至约2400℃的火焰中点燃。在燃烧过程中，样品中目标元素的原子被还原成游离的、未激发的基态原子，其吸收特征波长的光。特征波长是元素特定的，并精确到0.01-0.1nm。为了提供元素特定波长，将来自其阴极由确定元素制成的空心阴极灯(HCL)的光束通过火焰。光检测器检测由于被分析物的吸收引起的光强度的降低。在光检测器的前方使用单色器以降低背景的环境光，并从HCL选择检测所需的具体波长。此外，氘弧灯对由原子云中的非原子物质引起的背景吸收进行校正。
II)样品制备
将10mL样品、0.6mL 36％v/v盐酸和0.15mL 50％v/v硝酸在玻璃管中混合在一起，并在70℃水浴中温育(incubate)约10分钟。在加入酸之前，如果预计金浓度高于10ppm，则将样品用DI水稀释，使最终金浓度在1至10ppm的范围内。例如，对于100ppm左右的金浓度来说，在添加酸之前将0.5mL样品用9.5mL DI水稀释。使用可调节微量移液器进行等分试样，并且样品、DI水和酸的准确量通过OhausPA313微量天平来测量。使用组分的重量以校正测量的浓度，用于用DI水和酸的稀释。
每个样品制备成一式三份，并且在水浴中温育后允许其冷却到室温，然后进行测量。
III)仪器设置
下列设置用于Perkin Elmer AAnalyst 400光谱仪系统：
a)燃烧器头：10cm单缝类型，根据制造步骤在三个轴中校准以便在使用2ppm Cu标准品时获得最大吸收。
b)喷雾器：塑料制品，在撞击珠前方带有隔离物。
c)气体流：氧化性(空气)流速约为12L/min，燃料(乙炔)流速约为1.9mL/min。
d)灯/单色器：Au空心阴极灯，10mA操作电流，1.8/1.35mm狭缝，242.8nm波长，背景校正(氘灯)打开。
IV)分析步骤
a)运行Au灯和火焰约30分钟以预热系统。
b)使用3.7％v/v盐酸基质中的1ppm、4ppm和10ppm Au标准品来校准仪器。使用3.7％v/v盐酸作为空白。
c)通过将4ppm标准品作为样品进行测量来验证校准刻度。测量的浓度应该在3.88ppm至4.12ppm之间。如果在该范围之外，重复步骤b)。
d)测量样品的3个拷贝。如果拷贝之间的标准偏差高于5％，重复测量，否则进入下一步骤。
e)在测量6个样品后或更频繁地执行验证步骤c)。如果验证失败，执行步骤b)和c)并重新测量在最后一次成功验证后测量的所有样品。
V)数据分析
对每个拷贝的测量浓度值校正水和酸的稀释，以计算实际样品浓度。对于每个平行样来说，报告的Au ppm值是三个校正过的值的平均数。
实施例8-10
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液GB-018、GB-019和GB-020
总的来说，实施例8-10的每个都利用了本发明的某些实施方案，以及在图4e、37a、38b和41a中粗略示出的装置(例如锥形沟槽元件30b)。加工和装置的具体差异将示出在每个实施例中。沟槽元件30a和30b分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由有机玻璃制成，其厚度约为1/4″(约6-7mm厚)。图37a中示出的沟槽元件30a的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即，截短的“V”)。截短的“V”的底部部分“R”的尺寸为约0.5″(约1cm)，并且每个侧面部分“S”、“S′”的尺寸为约1.5″(约3.75cm)。V形沟槽元件30a的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约
Figure BPA00001406107600941
(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个部分的厚度，约为1/8″(约3mm)厚。V形沟槽元件30a的纵向长度“LT”(参考图11a)，从点31到点32为约3英尺(约1米)长。
将纯水(在本文中别处讨论)与范围为约0.396至0.528g/L的NaHCO3混合，并用作液体3输入到沟槽元件30a中。尽管使用的NaHCO3的该范围有效，但它不应该被视为限制了本发明的界限和范围。水3在V-形沟槽元件30a中的深度“d”(参考图10b)，在沿着沟槽元件30a的不同点处，为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用挡板80(示出在图37a中)进行部分控制。具体来说，在端部32附近提供了挡板80，并且帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。挡板80的高度“j”为约1/4″(约6mm)，并且测量的纵向长度“k”为约1/4″(约6mm)。宽度(未示出)完全跨越沟槽元件30a的底部尺度“R”。因此，在其操作过程中，V形沟槽元件30a中水3的总体积为约6.4英寸3(约105ml)。
水3在沟槽元件30a中的流速，是约150ml/分钟到至少280ml/分钟。这种水3的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107600942
L/S泵驱动器40获得，额定在0.1马力、10-600rpm。Masterflex
Figure BPA00001406107600943
泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex
Figure BPA00001406107600951
制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，用于泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107600952
LS数字模块驱动器控制。用于数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器上的精确设置是例如150毫升/分钟。将具有的直径为1/4″的Tygon
Figure BPA00001406107600953
管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex
Figure BPA00001406107600954
制造。管的一个端部通过位于其中的流动扩散机构传送沟槽元件30a的第一端部31。流动扩散机构倾向于最小化引入到沟槽元件30a中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲条件。就此而言，在沟槽元件30a的端部31的垂直上方的点处，提供了用作扩散机构的小储液器，使得当储液器溢流时，发生水3进入V形沟槽元件30a的端部31中的相对稳定的流动。
在实施例8-10中使用了5个电极组，并且一个电极组是位于沟槽元件30a中的单个电极组1a/5a。在沟槽元件30a中产生了来自电极1a的等离子体4，其中电极1的形状类似于图5e中显示的电极，并且重量约为9.2克。该电极是99.95％纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片，尺寸为约14mmx23mmx27mm，厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。用于产生等离子体4的AC变压器是图32a中示出的并在本文别处讨论的变压器60。AC变压器50(在本文别处讨论)与其他电极组5/5相连。所有其他适当的运行条件示出在表3a、3b和3c中。
将加工增强的、调制过的水3’的输出收集在储液器41中，然后通过另一个泵40’以与泵40基本上相同的速率(例如在沟槽元件30a中出现的最小蒸发)泵入到第二沟槽元件30b中。在图22a中示出的第二沟槽元件30b是锥形的，约为3.75英寸高，在其端部32处宽约3.75英寸，在其端部31处宽约1英寸，从而形成了锥形形状。该沟槽元件30b在其中含有约1450ml水3”，其深度约为2.5英寸。四个电极组5b、5b’-5e、5e’中的每个包含99.95％纯的金导线，其长约5英寸(约13cm)，在实施例8和9中直径约为0.5mm，在实施例10中直径约为1.0mm。在实施例8-10的每个中，约4.25英寸(约11cm)的导线浸没在深度约为2.5英寸(约6cm)的水3”中。每个电极组5a、5a’-5e、5e’的形状类似“J”，如图4e中所示。在图4e中所示的距离“g”约为1-8mm。
对于图38b和41a来说，4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与单个变压器装置50相连接。具体来说，变压器50是实施例5-7中使用的相同的变压器，但是按照图38b中所示的接线图与每个电极组电连接。相反，这种连线构造与上面讨论的实施例5-7中使用的不同，由于本发明的沟槽30b设计的较低的安培数要求(例如较少的导线与液体3接触)，只需要单一变压器50。
每个表3a-3c包含了与用“组#”标出的4个电极组的每个电极组相关的加工信息。沟槽30b中的4个电极组的每个电极被设定为在特定目标电压下操作。正如在每个表3a-3c中列出的，约255伏的实际操作电压被施加到4个电极组上。从每个电极组到相邻电极组的中线的距离距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外，还报告了与沟槽30a中使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说，没有报告距离“x”。其他的相关参数也报告在每个表3a-3c中。
用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon 97520。
在实施例8-10中使用的水3通过反渗透方法和去离子方法产生，并与NaHCO3加工增强剂混合，并一起输入到沟槽元件30a中。本质上，反渗透(RO)是压力驱动的隔膜分离方法，将溶解和/或悬浮的物质与底部水分开。它被称为“反”渗透，是因为施加了压力以逆转渗透的自然流动(它寻求隔膜两侧材料浓度的平衡)。施加的压力迫使水通过隔膜，留下了污染物在隔膜的一侧，并且纯化的水在另一侧。反渗透隔膜使用了几个薄层或片状的膜，它们粘合在一起，以螺旋构造卷在塑料管周围。(这也被称为薄膜复合材料或TFC膜)。除了去除溶解的物质之外，RO膜也分离出悬浮的物质，包括可以存在于水中的微生物。在RO处理后，使用混合床去离子过滤器。在两种处理后，总的溶解溶剂(“TDS”)的量，通过Accumet
Figure BPA00001406107600971
AR20 pH/电导仪测量为大约0.2ppm。
表3a
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表3b
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表3c
Figure BPA00001406107600991
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
图47a、48a和49a分别是干燥溶液GB-018、GB-019和GB-020的代表性TEM显微照片，示出了在每个实施例8、9和10中生长的金晶体。
图47b、48b和49b是从分别对应于实施例8、9和10获得的干燥溶液的TEM显微照片测量的颗粒尺寸分布直方图(即，使用较早在实施例5-7中描述的软件)。
图47c、48c和49c分别示出了在每个实施例8、9和10中制造的金纳米粒溶液的动态光散射数据(即流体动力学半径)。这些图中的每个示出了三个独立的动态光散射数据组的图形结果。
应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
实施例11
通过成批方法制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液或胶体IAC-202-7
本实施例利用了本发明的成批方法。图43a示出了用于调制液体3的装置。在调制后，在图43c中示出的装置中加工液体3′。
表4a示出了矩阵，其中加工增强剂焙苏打(即NaHCO3)的量从约1克/加仑变化至约2克/加仑(即，约0.264g/L至约0.528g/L)；并且表4a中反映出的在图43c中示出的装置中继续加工之前在图43a的装置中的停留时间(即，水3与加工增强剂暴露于等离子体4的时间量)，从约20分钟变化至约60分钟。对于由电极1制造的每种等离子体4来说，施加的电压约为750伏。该电压通过本文别处讨论的变压器60(即，平衡中点基准设计)获得。第二个且不同的变压器与图43c中示出的电极5a/5b电连接。这种变压器是具有的电压范围为0-300V、频率范围为47-400Hz并且最大额定功率为1kVA的hy AC电源。用于表4a和4b中每个标出的运行的施加电压约为250伏。随着时间以及最低和最高电压而变的电流报告在表4b中。所有其他加工变量保持恒定。
因此，表4a示出了多个变量(例如，加工增强剂和预定停留时间)影响金纳米粒在水中的量或浓度，以及金纳米粒的尺寸分布这两者。总的来说，当加工增强剂的浓度从约1g/加仑(0.264g/L)增加至约2g/加仑(0.528g/L)时，在给定的加工条件组下，浓度(即“ppm”)或多或少地增加。然而，在某些情况下，颗粒尺寸分布(“psd”)不利地增加，使得形成的纳米粒不再稳定，并且它们随着时间“沉降”(例如制成了不稳定悬液)。这些沉降条件不是立即出现的，因此表明该纳米粒在水中的悬浮液可以被立即加工成有用产物，例如凝胶或霜剂。本实施例清楚地显示了多个加工变量的各种重要效应能够至少在方向上转换到在本文别处公开的本发明的连续工艺。这些数据是说明性的，并且不应该被视为限制了本发明的界限和范围。此外，这些说明性数据将为普通专业技术人员提供出色的操作指导以供奉行。
作为具体的实例，表4c示出了第一个电极组#1(即，图43a)在约750伏的电压下运行，以形成等离子体4。这与本文别处报告的其他等离子体4相似。然而，电极组#2(即，图43c)由上文讨论的hy-AC源供电。
表4a
表4b
Figure BPA00001406107601021
表4c
Figure BPA00001406107601022
图50a示出了根据本实施例11制造的溶液干燥的金晶体的代表性TEM显微照片。
图50b示出了基于按照实施例11制造的干燥金纳米粒的TEM测量的颗粒尺寸分布直方图。
图50c示出了来自本实施例11的图示的动态光散射颗粒尺寸数据(即，流体动力学半径)。具体来说，与本文别处所报道的相类似，在该图中示出了三个代表性Viscotek数据组。
应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
实施例12a
本实施例12a使用了与实施例5-7中提出的相似的一组加工条件。本实施例利用了与图4f、37a、38a和40a中示出的相类似的装置。表8示出了本实施例的具体加工条件，其与实施例5-7中示出的加工条件之间的差异被示出。在本实施例中的主要差异包括向溶液3添加了更多加工增强剂以及更快的液体3输入流速。
表8
Figure BPA00001406107601041
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
图52示出了按照实施例12a生产的溶液的代表性Viscotek输出。报告的数字对应于溶液中颗粒的流体动力学半径。
实施例12b
本实施例12b利用了实施例12a的溶液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说，将约1,300克按照实施例12a制造的溶液在约30分钟的时段内加热到约60℃。将GB-139溶液在1升Pyrex
Figure BPA00001406107601051
烧杯中在金属加热板上加热。将约9.5克Carbopol
Figure BPA00001406107601052
(ETD 2020，由Noveon，Inc.，Cleveland，OH制造的卡波姆)缓慢加入到加热的溶液中，同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器进行恒速搅拌。该混合进行约20分钟，直到Carbopol的大团块溶解。
向溶液加入约15克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care，Bloomingdale，IL)，并使用前面提到的搅拌器混合。
然后向溶液加入约16克高纯度霍霍巴油并进行混合。
将约16克高纯度可可脂块(Soap Making and Beauty Supplies，North Vancouver，B.C.)在单独的500mL Pyrex
Figure BPA00001406107601053
烧杯中并置于加热板上加热，直到团块变成液体，然后将液体可可脂添加到上面提到的溶液中并进行混合。
然后加入约16克氢氧化钾(18％溶液)，并与上面提到的成分一起混合，以使溶液形成凝胶。然后将整个溶液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合，以导致霜剂或凝胶形成。在该约15分钟的最后混合过程中，加入附加的“热带岛屿(tropical island)”香料(2mL)。结果是略带桃色的霜状凝胶。
实施例13a
本实施例13a利用了按照实施例7制造的溶液。具体来说，本实施例利用了实施例7的产物来制造凝胶或霜剂产物。具体来说，将约650克按照实施例7制造的溶液在约30分钟的时段内加热到约60℃。将溶液在1升Pyrex
Figure BPA00001406107601054
烧杯中在金属加热板上加热。将约9.6克Carbopol
Figure BPA00001406107601061
(ETD 2020，由Noveon，Inc.，Cleveland，OH制造的卡波姆)缓慢加入到加热的溶液中，同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器进行恒速搅拌。该混合进行约20分钟，直到Carbopol的大团块溶解。
向溶液加入约7克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care，Bloomingdale，IL)，并使用前面提到的搅拌器混合。
然后向溶液加入约8克高纯度霍霍巴油并进行混合。
将约8克高纯度可可脂块(Soap Making and Beauty Supplies，NorthVancouver，B.C.)在单独的500mL Pyrex
Figure BPA00001406107601062
烧杯中并置于加热板上加热，直到团块变成液体，然后将液体可可脂添加到上面提到的溶液中并进行混合。
向溶液加入约45克包含在Advil
Figure BPA00001406107601063
液体凝胶帽中的液体(例如液体布洛芬和钾)，并进行充分混合。
然后加入约8克氢氧化钾(18％溶液)并进行混合，以使溶液形成凝胶。然后将整个溶液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合，以导致霜剂或凝胶形成。在该约15分钟的最后混合过程中，加入附加的“热带岛屿”香料(2mL)。结果是略带桃色的霜状凝胶。
实施例13b
本实施例13b利用了与GB-139等价的溶液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说，将约650克溶液在约30分钟的时间内加热到约60℃。溶液在1升Pyrex
Figure BPA00001406107601064
烧杯中在金属加热板上加热。将约6克Carbopol
Figure BPA00001406107601065
(ULTREZ10，由Noveon，Inc.，Cleveland，OH制造的卡波姆)缓慢加入到加热的溶液中，同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器进行恒速搅拌。该混合进行约20分钟，直到Carbopol的大团块溶解。
向溶液加入约7克高纯度液体羊毛脂(Now Personal Care，Bloomingdale，IL)，并使用前面提到的搅拌器混合。
然后向溶液加入约8克高纯度霍霍巴油并进行混合。
将约8克高纯度可可脂块(Soap Making and Beauty Supplies，NorthVancouver，B.C.)在单独的500mL Pyrex
Figure BPA00001406107601071
烧杯中并置于加热板上加热，直到团块变成液体，然后将液体可可脂添加到上面提到的溶液中并进行混合。
然后加入约8克氢氧化钾(18％溶液)并与上面提到的成分混合在一起，以使溶液形成凝胶。然后将整个溶液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合，以导致霜剂或凝胶形成。结果是略带桃色的霜状凝胶。
实施例13c
本实施例13c利用了与3AC-021基本上等价的溶液来制造凝胶或霜剂产物。具体来说，将约450克溶液在约30分钟的时段内加热到约60℃。溶液在1升Pyrex
Figure BPA00001406107601072
烧杯中在金属加热板上加热。将约4.5克Carbopol
Figure BPA00001406107601073
(ULTREZ10，由Noveon，Inc.，Cleveland，OH制造的卡波姆)缓慢加入到加热的溶液中，同时使用鼠笼式旋转塑料涂料混合器进行恒速搅拌。该混合进行约20分钟，直到Carbopol的大团块溶解。
然后加入约6.5克氢氧化钾(18％溶液)并与上面提到的成分混合在一起，以使溶液形成凝胶。然后将整个溶液用塑料鼠笼式旋转混合器连续混合，以导致霜剂或凝胶形成。结果是略带桃色的霜状凝胶。
实施例14
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液GB-056
总的来说，实施例14利用了本发明的某些实施方案，以及在图4e、37a、39b和42a中粗略示出的装置。沟槽元件30a(30a’)和30b分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34也由有机玻璃制成，其厚度约为1/4″(约6-7mm厚)。如图39b中所示，沟槽元件30a与沟槽元件30b’整合在一起并被命名为30a’(例如，在沟槽元件30a后没有提供独立的泵送机构，正如在前面的某些实施例中那样)。在图37a和39b中示出的沟槽元件30a’的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即，截短的“V”)。截短的“V”的底部部分“R”的尺寸为约0.5″(约1cm)，并且每个侧面部分“S”、“S′”的尺寸为约1.5″(约3.75cm)。V形沟槽元件30a的侧面部分“S”、“S′”隔开的距离“M”为约
Figure BPA00001406107601081
(约5.9cm)(从内侧到内侧测量)。还测量了每个侧壁部分的厚度，约为1/8″(约3mm)厚。V形沟槽元件30a’的纵向长度“LT”(参考图11a)，从点31到点32为约1英尺(约30cm)长。
将纯水(在本文中别处讨论)与约0.396g/L的NaHCO3混合，并用作液体3输入到沟槽元件30a’中。液体3’在V-形沟槽元件30a’中的深度“d”(参考图10b)，在沿着沟槽元件30a’的不同点处，为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用挡板80(示出在图37a中)进行部分控制。具体来说，在端部32附近提供了挡板80，并且帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)的深度“d”(示出在图10b中)。挡板80的高度“j”为约1/4″(约6mm)，并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越沟槽元件30a’的底部尺度“R”。因此，在其操作过程中，V形沟槽元件30a’中液体3’的总体积为约2.14英寸3(约35ml)。
液体3’进入沟槽元件30a’的流速是约150ml/分钟，在点32处流出沟槽元件30b’的流速约为110ml/分钟(即，由于蒸发)。这种液体3’的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107601082
L/S泵驱动器40获得，额定在0.1马力、10-600rpm。Masterflex
Figure BPA00001406107601083
泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107601085
LS数字模块驱动器来控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器上的精确设置是例如150毫升/分钟。将具有的直径为1/4″的Tygon
Figure BPA00001406107601091
管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex
Figure BPA00001406107601092
制造。管的一个端部通过位于其中的流动扩散机构传送沟槽元件30a的第一端部31。流动扩散机构倾向于最小化引入到沟槽元件30a’中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲条件。就此而言，在沟槽元件30a’的端部31的垂直上方的点处，提供了用作扩散机构的小储液器，使得当储液器溢流时，发生液体3’进入V形沟槽元件30a’的端部31中的相对稳定的流动。
在本实施例14中使用了单一电极组1a/5a。等离子体4使用电极1产生，其中电极1的形状类似于图5e中显示的电极，并且重量约为9.2克。该电极是99.95％纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片，尺寸为约14mmx23mmx27mm，并且厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。所有其他适当的运行条件示出在表10中。
如图39b中所示，来自沟槽元件30a’的输出是调制过的液体3’，并且该调制过的液体3’直接流入第二沟槽元件30b’中。在图41a中示出的第二沟槽元件30b’约为3.75英寸高，在其端部32处宽约3.75英寸，在其端部31处宽约1英寸。该沟槽元件30b’在其中含有约1450ml液体3”，其深度约为2.5英寸。在本实施例中，四个电极组5b、5b’-5e、5e’中的每个包含99.95％纯的金导线，其直径约为0.5mm。每个导线5的长度约5英寸(约12cm)，液体3”深约2.5英寸(约6cm)，其中浸没有约4.25英寸(约11cm)的j-形导线。每个电极组5b、5b’-5e、5e’的形状类似“J”，如图4e中所示。在图4e中所示的距离“g”约为1-8mm。
对于图39b和41a来说，4个独立的电极组(组2、组3、组4和组5)与2个独立变压器装置50和50a相连，如图39b中所示。具体来说，变压器50和50a按照图19a中所示的接线图与每个电极组电连接。每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的独立的AC输入线相连接。变压器50和50a电连接的方式使得单个电路不过载，并且不引起例如上游电路断路器脱开(例如当在这些条件下使用时，单个变压器50/50a可能抽出足够电流以引起上游电力问题)。每个变压器50/50a都是由单一线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。输入电压施加在绕组的固定部分上。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个连接之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级连接，能够获得连续可变的比率。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说，每个变压器是Mastech TDGC2-5kVA，10A调压器，输出0-250V。
表10用“组#”指称每个4个电极组。4个电极组的每个电极被设定为在特定电压范围内操作。正如在表10中列出的，实际电压约为255伏。从每个电极组到相邻电极组的中线的距离“c-c”(参考图14)也被显示。此外，还报告了与使用的电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说，没有报告距离“x”。其他的相关参数报告在表10中。
用于电极1/5的所有材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon 97520。
表10
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
图53a-53e示出了从按照实施例14形成的溶液/胶体GB-056干燥的金纳米粒的5张代表性TEM显微照片。
图54示出了使用较早时在实施例5-7中讨论过的TEM仪器/软件测量到的从溶液/胶体干燥的金颗粒的测量尺寸分布。
图55图示了按照本实施例14制造的纳米粒的三个动态光散射数据测量组(即，流体动力学半径)。应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
实施例15
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液(GB-098、GB-113和GB-118)、 (GB-120和GB-123)、(GB-139)、(GB-141和GB-144)、(GB-079、 GB-089和GB-062)和(GB-076和GB-077)
总的来说，实施例15利用了本发明的某些实施方案，以及在图39c-39h、40b-40g和41b中粗略示出的装置。此外，表12概述了与图39c-39h、40b-40g和41b结合使用的关键加工参数。此外，表12公开了：1)得到的“ppm”(即，金纳米粒浓度)，2)从在每个图56c-68c(在后文中讨论)中示出的三个幅度最高的峰的平均值获得的“流体动力学半径”单个数，以及3)“TEM平均直径”，其是对应于最频繁出现的颗粒直径的模式，通过如图56b-68b中所示的TEM直方图确定。这些物理性质确定按照本文别处的讨论进行。
表12——两张图中的第一张
Figure BPA00001406107601131
表12——两张图中的第二张
Figure BPA00001406107601141
上面提到的图中的所有沟槽元件30a’和30b’分别由厚度为1/8″(约3mm)的有机玻璃和厚度为1/4″(约6mm)的聚碳酸酯制成。支撑结构34(在许多图中没有示出，但是在本文别处讨论过)也由有机玻璃制成，其厚度约为1/4″(约6-7mm厚)。与图38a和38b中所示的实施方案相反，每个沟槽元件30a与沟槽元件30b’整合在一起，因此被称为30a’(例如，在沟槽元件30a后没有提供独立的泵送机构，如在以前的某些实施例中那样)。在本实施例中使用的每个沟槽元件30a’的横截面形状对应于图10b中示出的形状(即梯形横截面)。每个沟槽元件部分30b’的相关维度在表12中报告为“M1”(即，在沟槽元件30b’的入口部分处沟槽的内部宽度)、“M2”(即，在沟槽元件30b’的出口部分处沟槽的内部宽度)、“LT”(即，沟槽元件30b’的横向长度或流动长度)、“S”(即，沟槽元件30b’的高度)和“d”(即，沟槽元件30b’内液体3”的深度)。在某些实施方案中，沟槽元件30b’的侧面部分“S”、“S′”(参见图10a)隔开的距离“M”是相同的。在这些情况下，表12只显示了“M1”的数值维度，并且“M2”的输入用“N/A”表示。换句话说，一些沟槽元件30b′沿着其纵向长度是锥形的，并且在其他情况下，沟槽元件30b′沿着其纵向方向基本上是直的。每个侧壁部分的厚度经测量也约为1/4″(约6mm)厚。对于沟槽元件30b’报告了三个不同的纵向长度“LT”(即，610mm、914mm或1219mm)，然而，其他的长度LT应该被认为也在本发明的沟槽的界限和范围之内。
表12示出了加工增强剂NaHCO3添加到纯水(在本文别处讨论)中的量约为0.4mg/ml或0.53mg/ml。应该理解，该加工增强剂的其他量也能在本发明的界限和范围之内起作用。纯水/NaHCO3混合物用作液体3输入到沟槽元件30a′中。液体3’在形沟槽元件30a’(即，等离子体4形成的地方)中的深度“d”，在沿着沟槽元件30a’的不同点处，为大约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)。深度“d”通过使用挡板80(示出在图37a和37b中)进行部分控制。具体来说，在沟槽元件30a’的端部32附近提供了挡板80，并且帮助产生约7/16″至约1/2″(约11mm至约13mm)的深度“d”(图10b中示为“d”)。挡板80的高度“j”为约1/4″(约6mm)，并且测量的纵向长度“k”为约1/2″(约13mm)。宽度(未示出)完全跨越沟槽元件30a’的底部尺度“R”。因此，在其操作过程中，沟槽元件30a’中液体3’的总体积为约2.14英寸3(约35ml)至0.89英寸3(约14.58ml)。
液体3进入到沟槽元件30a’以及进入到沟槽元件30b’的流速，对于除了一个形成的样品之外的所有样品来说是约150ml/分钟(即，对于GB-144来说约为110ml/分钟)，并且在点32处流出沟槽元件30b’的速率对于除了GB-144之外的所有样品来说是约110ml/分钟(即，由于蒸发)，对GB-144来说是62ml/分钟。在GB-144中发生的蒸发量与其他样品相比百分率更高，这是因为相对于按照本实施例制造的其他样品来说，液体3”在沟槽元件30b’中停留的时间更长。其他可接受的流速应该被认为在本发明的界限和范围之内。
这种液体3’的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107601161
L/S泵驱动器40获得，额定在0.1马力，10-600rpm。Masterflex
Figure BPA00001406107601162
泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex
Figure BPA00001406107601163
制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107601164
LS数字模块驱动器来控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器上的精确设置是例如对于GB-144之外的所有样品为150毫升/分钟，对于GB-144来说为例如110ml/分钟。将具有的直径为1/4″的Tygon管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex
Figure BPA00001406107601166
制造。管的一个端部通过位于其中的流动扩散机构传送沟槽元件30a’的第一端部31。流动扩散机构倾向于最小化引入到沟槽元件30a’中的水3中的扰动和气泡以及由蠕动泵40产生的任何脉冲条件。就此而言，在沟槽元件30a’的端部31的垂直上方的点处，提供了用作扩散机构的小储液器，使得当储液器溢流时，发生液体3’进入到V形沟槽元件30a’的端部31中的相对稳定的流动。
表12示出了在本实施例15中使用的单一电极组1a/5a或两个电极组1a/5a。等离子体4使用电极产生，其中电极1的形状类似于图5e中显示的电极，并且重量约为9.2克。该电极是99.95％纯的金。另一个电极5a包含形状为直角三角形的铂片，尺寸为约14mmx23mmx27mm，并且厚度约1mm并在液体3’中浸没约9mm。所有其他适当的运行条件示出在表12中。
如图39c-39h中所示，从沟槽元件30a′的输出是调制过的液体3′，并且该调制过的液体3′直接流入到第二沟槽元件30b′。如图40b-40g和41b中所示的第二沟槽元件30b′具有表12中报告的测量值。该沟槽元件30b′在其中含有约600ml至约1100ml液体3″，其取决于沟槽的尺度和其中液体3”的深度“d”。表12与图39c-39h、40b-40g和41b相结合，示出了各种不同的电极构造。例如，本文前面的实施例公开了使用四个电极组5/5以及一个电极组1/5。在本实施例中，使用了8个或9个电极组(例如，一个1/5组与7或8个5/5′组；或两个1/5组与7个5/5′组)。每个电极组5/5′包含99.99％纯的金导线，如表12中所报告的，其直径约为0.5mm或1.0mm。每个导线电极5的与液体3”相接触的长度(在表12中报告为“WL”)，经测量为约0.5英寸(约13mm)长至约2.0英寸(51mm)长。使用了两种不同的电极组构造5/5′。图40b、40c、40e、40f、40g和41b都示出了沿着平面定向的电极组5/5′(例如，沿着液体3”的流动方向成直线形式排列)。然而图40d示出了电极组5/5′相对于前面提到的电极组5/5′旋转约90°。此外，图39a-39h中所示的实施方案示出了电极组1/5和5/5′都沿着相同平面定位。然而，应该理解，在每个电极组1/5和/或5/5′之间产生的想象的平面可以与液体3”的流动方向平行或与液体3”的流动方向垂直，或相对于液体3”的流动方向成一定角度。
对于图39c-39h、40b-40g和41b来说，每个独立的电极组5/5′(例如组2、组3-组8或组9)与其中所示的变压器装置50和50a电连接。具体来说，变压器50和50a按照图39c-39h中所示的接线图与每个电极组电连接。准确接线在不同实施例之间变化，对于具体的电连接信息应该参考图39c-39g。在大多数情况下，每个变压器装置50、50a与相对于彼此120°异相的分开的AC输入线相连接。变压器50和50a电连接的方式使得单个电路不过载，并且不引起例如上游电路断路器脱开(例如，当在这些条件下使用时，单个变压器50/50a可能抽出足够电流以引起上游电力问题)。每个变压器50/50a是由单一线圈/绕线组构成的可变AC变压器。该绕组用作初级和次级绕组两者的一部分。输入电压施加在绕组的固定部分上。输出电压在绕组的一端与沿着绕组的另一个连接之间获得。通过暴露绕组的一部分并使用滑动电刷制造次级连接，能够获得连续可变的比率。输出与输入电压的比率等于它们连接的绕组的匝数的比率。具体来说，每个变压器是MastechTDGC2-5kVA，10A调压器，输出0-250V。
表12用“组#”指称每个电极组(例如“组1”到“组9”)。1/5或5/5电极组的每个电极被设定为在特定电压范围内操作。表12中列出的电压是用于每个电极组的电压。也报告了从每个电极组到相邻电极组的中线的距离“c-c”(参考图14)。此外，还报告了与使用的每个电极1相关的距离“x”。对于电极5′来说，没有报告距离“x”。样品GB-118具有与本文的其他实施例略微不同的电极5a/5b排列。具体来说，电极5a/5b分别的尖端或端部5t和5t′，与电极5a/5b的其他部分相比，彼此定位更近。尖端5t和5t’之间的距离“dt”在约7/16英寸(约1.2cm)至约2英寸(约5cm)之间变化。其他的相关参数也报告在表12中。
所有用于电极1/5的材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon 97520。在运行GB-139、GB-141、GB-144、GB-076、GB-077、GB-079、GB-089、GB-098、GB-113、GB-118、GB-120和GB-123中所有用于电极5/5的材料都从Alfa Aesar获得，地址为26Parkridge Road，Ward Hill，MA 01835。在运行GB-062中所有用于电极5/5的材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon97520。
图30a-68a示出了从表12中指称的并按照实施例15形成的每种溶液或胶体干燥的每种金纳米粒的两张代表性TEM显微照片。
图30b-68b示出了使用较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件，对表12中指称的并按照实施例15形成的每种干燥溶液或胶体测量的金颗粒的测量尺寸分布。
图30c-68c图示了根据表12中指称的并按照实施例15形成的每种溶液或胶体制造的纳米粒的三个动态光散射数据测量组(即，流体动力学半径)。应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
现在参考图39c、39h、40e、40f和39g，其描述了用于制造样品GB-139、GB-141和GB-144的结构。用于制造这些样品的沟槽元件30b′与在本实施例15中使用的其他沟槽元件30b′不同，因为：1)8个电极组1/5和5/5都与控制装置20和20a-20g相连接(即，参见图39h)，所述控制装置自动调节例如每个电极组1/5中的每个电极1/5或5/5的高度；并且2)内接收管o5a/o5a′-o5g/o5g′与沟槽元件30b′的底部相连接，使得当需要时，每个电极组5/5中的电极都可以可拆卸地插入到每个内接收管o5中。每个内接收管o5都由聚碳酸酯制成，并且其内径约为1/8英寸(约3.2mm)，并通过溶剂胶固定在沟槽元件30b′的底部的位置中。沟槽元件30b′底部中的孔允许每个管o5的外径固定在其中，使得管o5的一端与沟槽30b’的底部的表面平齐。管o5的内径有效地防止任何显著量的液体3″进入内接收管o5。然而，一些液体可能流入到一个或多个内接收管o5的内部。在本实施例中使用的每个内接收管o5的长度或垂直高度约为6英寸(约15.24cm)，然而，更短或更长的长度也在本公开的界限和范围之内。此外，尽管示出的内接收管o5在后来是直的，但这样的管可以以J-形或U-形方式弯曲，使得如果需要，它们远离沟槽元件30b’的开口可以高于液体3”的顶表面。
参考图40e、f和g，每个电极5/5′首先被放置成与液体3″相接触，使得它刚好进入内接收管o5。在一定量的加工时间后，金金属从每个导线电极5移除，使得电极5变细(即直径变小)，这改变了例如电流密度和/或金纳米粒形成的速率。因此，将电极5朝内接收管o5移动，使得新鲜且更粗的电极5在液体3″的顶表面部分处进入液体3″。实质上，在经过一定量的加工时间后，形成了腐蚀分布或锥化效应(即，导线靠近液体3″表面的部分典型地比靠近内接收管o5的部分更粗)，并且如果需要，这种导线电极的分布或锥化可以在整个生产过程中维持基本上恒定，导致在生产运行过程中，在最初的预平衡阶段后的任何时间点处产生基本上相同的产物，允许例如工艺符合当前FDA准则下的cGMP和/或也符合ISO 9000。
电极5在内接收管o5中的移动可以通过监测随时间改变的各种特定加工参数(例如，电流、安培、纳米粒浓度、光密度或颜色、传导率、pH等)来进行，或者可以以各种时间间隔移动预定的量以产生固定的移动速率，视哪一种在加工环境总体状况下可能更加方便而定。就此而言，图61d、62d和63d示出了对于分别用于制造样品GB-139、GB-141和GB-144的16个电极中的每个电极，随时间的变化对电流进行监测/控制，引起电极5进入内接收管o5的垂直移动。在这些加工条件下，每个电极5以约每8小时3/4英寸(约2.4mm/小时)的速率移动，以维持在图61d、62d和63d中报告的电流。图62d和63d示出了典型的爬升或预平衡阶段，其中电流开始在0.2-0.4安培左右，并在约20-30分钟后增加到约0.4-0.75。只从平衡阶段收集样品。预平衡阶段的发生是因为在液体3″中产生的纳米粒的浓度随着时间增加，直到浓度达到平衡条件，由于本文公开的控制方法，平衡条件通过剩下的加工基本上保持恒定。
在实施例15中通过使用UV-VIS分光光度计获得了能量吸收光谱。该信息使用双光束扫描单色器系统获取，该系统能够扫描190nm到1100nm的波长范围。使用Jasco V-530 UV-Vis光度计来收集吸收光谱。仪器被设置成使用许多熔融石英样品夹具或“比色皿(cuvette)”中的一个来支持低浓度液体样品的测量。各种不同的比色皿允许以10mm、1mm或0.1mm的样品光程来收集数据。在上述的波长范围内，使用250-900nm检测器，使用下列参数来获取数据：带宽2nm，数据节距0.5nm，带有或不带有水基线背景的硅光电二极管。扫描速度为400nm/mm的氘(D2)和卤素(WI)源这两者都被用作主要能源。这些光度计的光程被设置成允许能量束通过样品比色皿的中心。样品制备仅限于装入比色皿并盖上盖子，然后将样品物理地放置到全封闭的样品室中的比色皿支架中。确定目标材料对能量的光吸收。数据输出被测量并显示为吸收度单位(经Beer-Lambert′s定律)随波长的变化。
对于在实施例15中生产的每种溶液/胶体，获得了UV-可见光范围内的光谱图样。
具体来说，图68d示出了13种溶液/胶体(GB-098、GB-113和GB-118)、(GB-120和GB-123)、(GB-139)、(GB-141和GB-144)、(GB-079、GB-089和GB-062)以及(GB-076和GB-077)中的每种在约250nm-750nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
图68e示出了13种溶液/胶体中的每种在约435nm-635nm的波长范围内的UV-Vis光谱图样。
总的来说，UV-Vis光谱术是对样品对近紫外和可见光的吸收的波长和强度的测量。紫外和可见光的能量足以促使外层电子进入更高的能级。UV-Vis光谱术可以应用于溶液中的分子和无机离子或复合物。
UV-Vis光谱具有广泛的特征，可用于样品识别，但是也可用于定量测量。溶液中被分析物的浓度，可以通过测量在某些波长处的吸收度并应用Beer-Lambert定律来确定。
通过统计分析，确定了溶液/胶体GB-139内包含的颗粒形状。具体来说，目测检查约30张不同的TEM显微照片(如本文别处所述获得)。将在每张显微照片中观察到的每个颗粒归类到三个不同类别之一，即1)三角形；2)五边形；以及3)其他。归类了总共超过500个颗粒。该分析的结果是，1)不少于约15％的颗粒是三角形；2)存在不少于约29％的颗粒是五边形；以及3)其他形状不可辨别。然而，一些其他形状也显示出各种晶面或小面。它们没有被详细分析。然而，至少约50％的存在的颗粒清楚地显示出至少一个晶面或平面。
实施例16
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液或胶体Aurora-002、Aurora-004、 Aurora-006、Aurora-007、Aurora-009、Aurora-011、Aurora-012、 Aurora-013、Aurora-014、Aurora-016、Aurora-017、Aurora-019、 Aurora-020、Aurora-021、Aurora-022、Aurora-023、Aurora-024、 Aurora-025、Aurora-026、Aurora-027、Aurora-028、Aurora-029和 Aurora-030
总的来说，实施例16利用了与本文公开的任何其他实施例不同的沟槽元件30与电极1/5的组合。具体来说，本实施例在沟槽元件30a′中利用了第一组4个电极1和单个电极5a，用于产生多种等离子体4，产生调制的液体3′。调制过的液体3′流入并通过纵向沟槽元件30b′，其中平行放置的电极5b/5b′基本上沿着沟槽元件30b’的整个纵向长度或流经长度定位。具体参考图42a、42b、42c和42d，其示出了本发明的
这个实施方案的各种示意透视图。此外，表13包含了与本发明的实施方案相关的相关加工参数。
Figure BPA00001406107601251
Figure BPA00001406107601261
对于图42a来说，两个AC电源60和60a如所示电连接，并在第一沟槽元件部分30a′中的四个相应的电极1a、1b、1c和1d处产生了4种独立的等离子体4a、4b、4c和4d。如图42a中所示，只有单个电极5a与所有四个电极1电连接。这些电源60和60a与本文其他实施例中报告的电源相同。向液体3添加两种不同量的加工增强剂NaHCO3，然后与表13中报告的相同进行四种等离子体4a-4d调制。所报告的加工增强剂的量和类型不应该被解释为限制本发明。液体3/3′流入和流出沟槽元件30a′以及流入沟槽元件30b′的流速，也报告在表13中。由于蒸发中的液体损失，流出沟槽元件30b′的流速被降低约5％至50％，其中在电极5b/5b′处在较高功率下蒸发较高。根据本文的教授，可以利用液体3/3′的各种流速。
在本具体实施方案中仅使用了一组电极5b/5b′。这些电极5b/5b′如本文其他实施例中所述与AC电源50相连。在本具体实施例中使用的金导线电极5b/5b′是与本文报告的其他实施例中使用的相同的金导线，具有表13中报告的维度。然而，相对长的金导线电极长度(即，相对于本文中的其他实施例)沿着沟槽元件30b′的纵向长度LT定位。电极5b/5b′的导线长度报告在表13中。使用了两种不同的导线长度，50英寸(127cm)或54英寸(137cm)。此外，还报告了导线5b/5b′之间的不同横向距离。本文中报告了两种独立的横向距离，即0.063英寸(1.6mm)和0.125英寸(3.2mm)。可以利用不同的电极5b/5b′长度以及电极5b/5b′之间的各种不同横向距离。
导线电极5b/5b′由靠近输入端部31(参见图42c)的装置Gb、Gb′、T8、T8′、Tb和Tb′以及靠近输出端部32的相应装置Gb、Gb′、Cb、Cb′、Cbb和Cb′b′，在空间上定位于沟槽元件30b′中的液体3″内。应该理解，可以利用各种装置使电极5b/5b′沿着沟槽元件30b′毗邻定位，并且本文中报告的定位是实例性的。用于定位电极5b/5b′的重要必要条件包括沿着电极与液体3”接触的整个长度维持电极之间的所需横向间距(例如，电极的彼此接触将引起电短路)的能力。具体来说，电极5b/5b′由靠近输入端部31的聚碳酸酯制成的以及靠近输出端部32玻璃制成的引导元件Gb和Gb′来拉伸。沟槽元件30b′的每个端部处的元件Gb和Gb′通过靠近沟槽元件30b′的输出端部32的圆规Cbb、Cb′b′和在沟槽30b′的相反端部处的类似圆规Cb和Cb′调整到位。在靠近引导元件Gb和Gb′上部的沟槽元件30b′的输出端部32处进行与电极5b/5b′的电连接。利用拉力弹簧Tb和Tb′以保持电极导线5b/5b′拉紧，以便维持电极相互之间的固定空间关系。就此而言，电极5b/5b′可以沿着其整个长度基本上平行，或者它们可以在其一个端部相对于另一个端部更近(例如，沿着其整个长度产生不同的横向距离)。控制电极5b/5b′之间的横向距离影响电流、电流密度浓度、电压等。当然，对于本技术领域的普通专业人员来说，存在其他的定位机构，并且它们在本发明的界限和范围之内。
表13示出了各种相关加工条件以及某些结果，包括例如“流体动力学r”(即，流体动力学半径(以纳米为单位报告))以及施加在电极5b/5b′上的加工电流。此外，还报告了使用各种加工条件得到的ppm水平，其中低约0.5ppm，高约128ppm。
图69a示出了从溶液或胶体Aurora-020干燥的金纳米粒的两张代表性TEM显微照片，所述Aurora-020具有在合成后第二天测量到的报告的128ppm的金浓度。在两周内，该样品的浓度降低至107ppm，在另外5周后，浓度降低至72ppm。
图69b示出了通过较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件测量的对应于干燥Aurora-020的金纳米粒的测量尺寸分布。
图69c图示了按照表13中指称的Aurora-020并在合成7周后进行的纳米粒的三个动态光散射数据测量组(即，流体动力学半径)。强度分布图中的主峰约为23nm。新鲜Aurora-020样品上的动态光散射测量(未显示)在31nm处产生了主峰。应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
因此，从该连续加工方法可以清楚看出，各种加工参数能够影响得到的生成产物。
实施例17
通过成批方法制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液或胶体GA-002、 GA-003、GA-004、GA-005、GA-009、GA-011和GA-013
根据本实施例，利用了本发明的成批方法。图43a显示了在本实施例中用于调制液体3的装置。在调制后，将液体3′在图43c所示的装置中加工。本实施例的主要目的是显示各种不同的加工增强剂(在表14中作为“PE”列出)。具体来说，表14示出了用于每个电极1和5的电压、液体3暴露于图43a的装置中的等离子体4的停留时间、在图43a和43c中的每个中使用的液体体积、用于产生图43a中的等离子体4的电压和用于图43c中的电极5a/5b的电压。
表14
Figure BPA00001406107601301
对于所使用的报告的加工增强剂(PE)来说，使用了不同的mg/ml量，以试图使每种溶液具有相近的传导率(例如，液体3/3′中也存在相近摩尔量的阳离子)。在每个实施例中使用的电极导线直径相同，约1.0mm，正如在本文别处报告的，其从ESPI获得，地址为1050 BensonWay，Ashland，Oregon 97520。
电极与图24c所示装置中的液体3’接触的量在每种情况下相同，即0.75英寸(19.05mm)。
表14还示出了对于相同加工增强剂即NaHCO3来说，横向电极间隔(即，图43c中示出的基本上平行的电极5a/5b之间的距离“b”)的影响。可以清楚看出，对于较近的电极放置(即较小的“b”值)来说，电极电流和相应的最终液体温度较低。
使用电压源60(在本文别处讨论)来产生图43a中示出的等离子体4。使用电压源50(在本文别处讨论)在图43c所示的电极5a/5b之间产生电压和电流。
表14还报告了测量的流体动力学半径(即，从图70c-76c中的每个所示的三个最高幅度的峰的平均值获取的“流体动力学半径”单个数，以及对应于从图70b-76b中示出的TEM直方图所计算的平均测量金纳米粒尺寸的“TEM平均直径”)。
图70a-76a示出了从按照本实施例形成的表14中指称的每种溶液或胶体干燥的每种金纳米粒的两张代表性TEM显微照片。
图70b-76b示出了通过使用较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件测量的、按照本实施例形成的、在表14中指称的每种溶液或胶体的金颗粒的测量尺寸分布。
图70b-76b图示了对按照本实施例形成的、在表14中指称的每种溶液或胶体制造的纳米粒的三个动态光散射数据测量组(即，流体动力学半径)。应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。
实施例18
输入水温对基于银的纳米粒/纳米粒溶液AT110、AT109和AT111 和基于锌的纳米粒/纳米粒溶液BT015、BT014和BT016及其50/50体 积比混合物的制造和性质的影响
本实施例利用了与制造实施例1-4的溶液所使用的基本上相同的基本装置，然而，本实施例使用了输入到沟槽元件30中的三种不同的水温。
具体来说：(1)将水在致冷器单元中冷却，直到它达到约2℃的温度，然后如实施例1-4中所示泵入到沟槽元件30中；(2)允许水调整到环境室温(即21℃)，然后如实施例1-4中所示泵入到沟槽元件30中；以及(3)将水在金属容器中加热直到它达到约68℃(即，对于基于Ag的溶液)和约66℃(即，用于基于Zn的溶液)，然后如实施例1-4中所示泵入到沟槽元件30中。
基于银的纳米粒/纳米粒溶液都使用下述设置来制造，其中电极组#1和电极组#4这两者都使用“1，5”电极构造。所有其他电极组#2、#3和#5-#8使用“5，5′”电极构造。对于每个电极组中的每个电极1和/或5，利用99.95％纯的银电极制造这些基于银的纳米粒/纳米粒溶液。
此外，基于锌的纳米粒/纳米粒溶液都使用均具有“1，5”电极构造的电极组#1-#8中的每个来制造。对于每个电极组中的每个电极1，5，也使用99.95％纯的锌电极来制造这些基于锌的纳米粒/纳米粒溶液。
表15a-15f概述了电极设计、构造、位置和操作电压。如表15a-15c所示，对于基于银的纳米粒/纳米粒溶液来说，目标电压被设定到约620伏低到约2,300伏高；而对于基于锌的溶液的生产来说，表15d-15f示出了目标电压被设定到约500伏低到约1,900伏高。
此外，每个电极组中的每个电极的实际和目标电压的条形图示出在图77a-77f中。因此，在表15a-15f以及图77a-77f中包含的数据，为于每个电极组中的电极设计以及施加到每个电极、用于制造过程的目标和实际电压，提供了完全的了解。
表15a冷输入水(Ag)
Figure BPA00001406107601331
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表15b室温输入水(Ag)
Figure BPA00001406107601341
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表15c热输入水(Ag)
Figure BPA00001406107601351
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
图15d冷输入水(Zn)
Figure BPA00001406107601361
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表15e室温输入水(Zn)
Figure BPA00001406107601371
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
表15f热输入水(Zn)
Figure BPA00001406107601381
*从水入口到第一电极组的中心的距离
**从最后电极组的中心到水出口的距离
在每种基于银的纳米粒/纳米粒溶液AT110、AT109和AT111以及基于锌的纳米粒/纳米粒溶液BT015、BT014和BT016制造后，将这六种溶液混合在一起，以制成9种独立的50/50体积混合物。参考表15g，其示出了6种“原材料”以及由其制成的9种混合物的各种物理和生物学特性。
表15g
*DLS数据显著变化，表明非常小的颗粒和/或显著的离子特点
具体来说，例如参考表15g中列出的第一种混合物，该混合物被标为“冷Ag/冷Zn”。类似地，表15g中提到的最后一种混合物被标为“热Ag/热Zn”。“冷Ag”或“冷Zn”是指输入到沟槽元件30中的水温约为2℃。“RT Ag”或“RT Zn”是指输入水温约为21℃。“热Ag”是指输入水温约为68℃；“热Zn”是指输入到沟槽元件30中的水温约为66℃。
为各种原材料以及混合物报告的物理参数包括“PPM Ag”和“PPMZn”。这些ppm(百万分之几)通过上文中讨论的原子吸收光谱技术来确定。有趣的是注意到，当输入到沟槽元件30中的水温较低时，在基于银的纳米粒/纳米粒溶液中测量到的银组分的PPM较高(即，冷Ag(AT110)对应于2℃的输入水温，测量到的银的PPM为49.4)。相反，当用于制造样品AT111的水的输入温度增加到68℃时(即，“热Ag”)，测量到的银的量降低到31.1ppm(即，变化了几乎20ppm)。因此，当使用原材料“冷Ag”与“热Ag”制造混合物时，得到的混合物中银的PPM水平改变了。
配制的9种混合物的每种各含约50％体积的基于银的纳米粒溶液和50％体积的基于锌的纳米粒溶液。因此，无论何时，只要使用“热Ag”溶液，混合物中得到的PPM将约为31.1ppm的一半；而当使用“冷Ag”溶液时，银PPM将粗略地约为49.4ppm的一半。
基于锌的纳米粒/纳米粒溶液的行为与基于银的纳米粒/纳米粒溶液的类似之处在于，测量到的锌的PPM随着水输入温度的增加而降低，但是降低百分率较少。因此，无论何时，只要将“冷Zn”在混合物中用作50％体积比组分时，在混合物中测量到的锌的ppm比当使用“热Zn”时测量到的锌ppm更大。
表15g包括第三列，标题为“ζ电势(平均值)”。“ζ电势”是指胶体系统的电-动力学电势的度量。ζ电势也指颗粒上的表面电荷。ζ电势也被称为流体与其中分散有颗粒的流体的静止层之间存在的电势差。ζ电势通常用毫伏(即mV)度量。约25mV的ζ电势值是被选择用来确定分散介质中被分散颗粒之间是否存在稳定性的任意单位。因此，当在本文中指称“ζ电势”时，应该理解，所指的ζ电势是双层处存在的电荷的量值的描述或量化。
ζ电势通过Henry方程根据电泳迁移率计算：
U E = 2 ϵzf ( ka ) 3 η
其中z是ζ电势，UE是电泳迁移率，ε是介电常数，η是粘度，f(ka)是Henry函数。对于Smoluchowski近似法来说，f(ka)＝1.5。
通过使用激光多普勒速度测量术(“LDV”)测量颗粒在所施加的电场中的速度，来获得电泳迁移率。在LDV中，入射激光束被聚焦于折叠的毛细小室中的颗粒悬液，并将从颗粒散射的光与基准光束合并。这产生了波动强度信号，其中波动速率与颗粒的速度(即电泳迁移率)成比例。
在本实施例中，使用了由Malvern Instruments生产的ζ筛选器“Nano-ZS”来确定ζ电势。对于每次测量来说，将1ml样品装入到透明的一次性ζ小室DTS1060C中。使用5.10版分散技术软件来运行ζ筛选器并计算ζ电势。使用了下面的设置：分散剂-水、温度-25℃、粘度-0.8872cP、折射率-1.330、介电常数-78.5、近似模型-Smoluchowski。对于每种样品，执行一次100个重复的运行。
表15g清楚地显示，对于基于银的纳米粒/纳米粒溶液来说，ζ电势的负值随着输入到沟槽元件30中的水温的相应增加而增加。相反，基于锌的纳米粒/纳米粒溶液的ζ电势是正的，并且当输入到沟槽元件30中的水温增加时，正值略微降低。
此外，有趣的是注意到，使用前面提到的基于银的纳米粒/纳米粒溶液和基于锌的纳米粒/纳米粒溶液原材料制造的所有9种混合物的ζ电势都是正的，并且具有不同程度的测量正值。
表15g中的第四列是测量到的pH。对于每种原材料溶液和每种混合物，测量了pH。这些pH测量按照本文别处讨论的用于进行标准pH测量的讲授进行。有趣的是注意到，基于银的纳米粒/纳米粒溶液的pH随着输入到沟槽元件30的水温的变化而显著变化，并且开始时对于冷输入水(即2℃)来说低至3.8，对于热水输入(即68℃)来说增加至5.2的值。相反，尽管三种不同的基于锌的纳米粒/纳米粒溶液的每种的测量pH总的来说显著低于任一种基于银的纳米粒/纳米粒溶液的pH测量值，但在基于锌的纳米粒/纳米粒溶液中pH变化没有那么大。
9种混合物中的每种的pH值更接近于基于锌的纳米粒/纳米粒溶液的pH值，即在低约3.0至高约3.4的范围内。
表15g中的第五列报告了“DLS透光度的％”。“DLS”是指动态光散射。具体来说，DLS测量按照本文别处(例如实施例7)讨论的DLS测量技术来进行。在表15g中报告“透光度的％”，是因为重要的是注意到，为了报告所检测的颗粒尺寸，需要对应于较低激光强度量的较低数值(例如，当这样的物质具有较大半径和/或当存在较大量的物质时，需要减少的激光量与这些物质相互作用)。因此，三种基于银的纳米粒/纳米粒溶液的DLS透光度的％值低于所有其他透光度的％值。此外，较高的“透光度的％”数值(即100％)表明溶液中存在非常小的纳米粒和/或显著的离子特征(例如，至少当银和锌两者的浓度水平或ppm低至本文中所报告的时)。
下一列标题为“主要DLS质量分布峰(半径，单位为nm)”报告了对应于每个DLS测量中获得的高斯曲线中的峰的数值。例如，这些报告的峰值来自于与本文别处报告的相类似的高斯曲线。出于简化目的，整个曲线没有作为图包括在本实施例中。然而，当“*”出现时，“*”打算指出当考虑所有DLS报告数据时，有可能的是溶液的特点可以主要是离子的，或者至少从DLS仪器获得的测量是有问题的。应该指出，在这些浓度水平下，并结合小的颗粒尺寸和/或离子特征，通常难以得到绝对完美的DLS报告。然而，相对趋势是非常有信息意义的。
不希望受限于任何具体理论或解释，清楚的是进入沟槽元件30的液体的输入温度对按照本文的讲授制造的本发明的溶液有影响。具体来说，不仅组分的量(例如，ppm)受水输入温度的影响，而且物理性质也受影响。因此，控制水温并结合控制本文讨论的所有其他本发明的参数，可以允许获得各种颗粒尺寸、获得不同ζ电势、获得不同pH和获得相应的不同性能。
实施例19
Y-型沟槽元件30
本实施例利用了与实施例1-4中用于制造溶液的装置不同的装置，然而，本实施例利用了与前面提到的实施例中公开的类似的技术概念。参考图79a，两个各具有四个电极组的沟槽元件部分30a和30b彼此平行走向，并用作Y-形沟槽元件30的“上部部分”。在沟槽元件30a中制造第一种基于Zn的溶液，基本上同时地在沟槽元件30b中制造第二种基于Ag的溶液。
一旦在沟槽元件30a和30b中制造的溶液被制造出来后，然后将这些溶液以三种不同方式进行加工，即：
(i)在于上部部分30a和30b中中分别形成后，立即将基于Zn和基于Ag的溶液在点30d处混合在一起，并流入Y-形沟槽元件30的底部部分30o中。在底部部分30o中不进行进一步加工；
(ii)在每个上部部分沟槽元件30a和30b中制造每种溶液后(即，溶液在被混合到一起之前从每个沟槽元件30a和30b分别收集)，经过约24小时后，将在沟槽元件30a和30b中制造的基于Zn和基于Ag的溶液混合在一起；以及
(iii)在沟槽元件30a和30b中制造的溶液，在上部部分30a和30b中形成后，基本上立即在Y-形沟槽元件30的底部部分30o中混合到一起，然后基本上立即在沟槽元件30的底部部分30o中通过另外4个电极组进行加工。
表16a概述了在本实施例中讨论的用于每个沟槽元件30a和30b(即，沟槽元件30的上部部分)的电极设计、构造、位置和操作电压。具体来说，与沟槽元件30a相关的操作条件被用于制造基于锌的纳米粒/纳米粒溶液；而与沟槽元件30b相关的操作条件被用于制造基于银的纳米粒/纳米粒溶液。一旦这些基于银和基于锌的溶液被制造后，基本上立即将它们在点30d处混合到一起，并流向底部部分30o。不进行进一步加工。
表16a Y-形沟槽目标电压表，针对上部部分30a和30b
Figure BPA00001406107601451
*从水入口到第一个电极组中心的距离
**从最后一个电极组中心到水出口的距离
表16b概述了在本实施例中讨论的用于每个沟槽元件30a和30b(即，沟槽元件30的上部部分)的电极设计、构造、位置和操作电压。具体来说，与沟槽元件30a相关的操作条件被用于制造基于锌的纳米粒/纳米粒溶液；而与沟槽元件30b相关的操作条件被用于制造基于银的纳米粒/纳米粒溶液。一旦这些基于银和基于锌的溶液被制造后，将它们从每个沟槽元件30a和30b单独收集，并且在经过约24小时后才将它们混合到一起。就此而言，将在30a和30b中制造的每种溶液在其输出处收集，并且不允许它们在沟槽元件30的底部部分30o中混合，而是后来在另一个容器中混合。
表16b Y-形沟槽目标电压表，针对上部部分30a和30b
Figure BPA00001406107601461
*从水入口到第一个电极组中心的距离
**从最后一个电极组中心到水出口的距离
***在24小时后混合到一起(YT-005)
表16c概述了在本实施例中讨论的用于每个沟槽元件30a和30b(即，沟槽元件30的上部部分)的电极设计、构造、位置和操作电压。具体来说，与沟槽元件30a相关的操作条件被用于制造基于锌的纳米粒/纳米粒溶液；而与沟槽元件30b相关的操作条件被用于制造基于银的纳米粒/纳米粒溶液。一旦这些基于银和基于锌的溶液被制造后，基本上立即将它们在点30d处混合到一起，并流入底部部分30o，随后将混合物在沟槽元件30的底部部分30o中加工。就此而言，表19c示出了与沟槽元件30的底部部分30o相关的其他加工条件。具体来说，再一次示出了电极设计、构造、位置和操作电压。
表16c Y-形沟槽目标电压表，针对上部部分30a和30b
Figure BPA00001406107601471
*从水入口到第一个电极组中心的距离
**从最后一个电极组中心到水出口的距离
表16d示出了按照本实施例19制造的材料的物理和生物学性质。
表16d(Y-形沟槽概述)
Figure BPA00001406107601481
实施例20
等离子体辐照和特性
本实施例提供了各种可调节的等离子体4的光谱分析，所有等离子体4都是按照本文提供的本发明的构思的教导在空气中形成。在本实施例中，使用了三种不同的具有高灵敏度的光谱仪以收集关于等离子体4的光谱信息。具体来说，对几种等离子体进行了光谱分析，其中电极元件1包含各种不同的金属组成。观察到了等离子体4中的不同物质以及某些物质的不同强度。这些物质的存在/不存在可以影响(例如，正面或负面)加工参数和按照本文的教导制造的产物。
就此而言，图80示出了用于从本文使用的可调节等离子体4收集发射光谱信息的实验设置的示意透视图。
具体来说，用于收集等离子体发射数据(即，辐照)的实验设置如图80中所示。总的来说，三个光谱仪520、521和522通过UV光纤523接收发射光谱数据，所述光纤523沿着路径527传送由组件524收集到的校准光谱发射。组件524可以垂直定位，以便通过使用X-Z载物台525移动组件524，在可调节等离子体4中的不同垂直位置处收集光谱发射。因此，可以随着等离子体4内的质询位置的变化来确定等离子体物质的存在/不存在和强度。光谱仪520、521和522的输出通过安装在计算机528中的适合的软件进行分析。所有辐照数据通过位于与非反射性材料530几乎相对位置的孔531来收集。孔531的底部位于液体3的顶表面处。用于收集发射辐射的装置的更多细节描述如下。
组件524含有一个UV准直仪(LC-10U)，其带有用于170-2400nm范围的重聚焦组件(LF-10U100)。组件524还包括由Multimode FiberOptics，Inc.制造的SMA内连接器。每个LC-10U和LF-10U100具有一个与其相连的UV熔融硅石(石英玻璃)透镜。由也包含在组件524中的LF-10U100，在距LF-10U100中的透镜中心约100mm处提供可调节的聚焦。
在可调节等离子体4的两端处，准直仪的视野直径约为1.5mm，其由包含了抗日晒UV光纤523(180-900nm范围，并且由Mitsubishi制造)的455μm纤维芯的直径所确定。UV光纤523在每一端接有SMA外连接器(由Ocean Optics销售QP450-1-XSR)。
UV准直仪-光纤系统523和524，为来自于水平定向于可调节等离子体4的不同位置中的直径1.5mm的等离子体柱的等离子体辐照提供了180-900nm的灵敏度范围。
X-Z载物台525包含由Thorlabs Inc.制造的两个线性载物台(PT1)，其保持UV准直仪524并控制其沿着X和Z轴的移动。因此，可以分别水平和垂直地扫描可调节等离子体4。
由UV准直仪-光纤系统523和524收集的等离子体辐照的发射被传送到三个光纤耦合的光谱仪520、521或522的任一个，所述光谱仪由StellarNet，Inc.制造(即，用于180-295nm的EPP2000-HR，2400g/mm光栅，用于290-400nm的EPP2000-HR，1800g/mm光栅和用于395-505nm的EPP2000-HR，1200g/mm光栅)。每个光谱仪520、521或522具有7μm入口狭缝、0.1nm光学分辨率和2048像素CCD检测器。测量到的仪器光谱线增宽在313.1nm处为0.13nm。
光谱数据的获取由StellarNet制造的用于Windows/XP的SpectraWiz软件来控制。所有三个EPP2000-HR光谱仪520、521和522与装备有4个USB端口的一台个人计算机528相接。适合地设置各种光谱范围和等离子体放电的积分时间和平均数目，以提供不饱和信号强度，具有可能的最佳信噪比。典型情况下，光谱积分时间在1秒的量级上，并且平均光谱数目在1到10的范围内。获取的所有记录的光谱减去了光学背景。在各具有相同的数据获取参数的相应测量组获取之前，获取光学背景。
使用由Avantes制造的AvaLight-DH-CAL辐照校准光源(未示出)，对每个UV光纤-光谱仪系统(即，523/520、523/521和523/522)进行校准。在校准后，将所有获取的光谱强度表示成光谱辐照的(绝对)单位(mW/m2/nm)，并对UV光纤-光谱仪的非线性响应进行校正。AvaLight-DH-CAL辐照校准光源在200-1100nm范围内的相对误差不高于10％。
UV准直仪组件524的视野相对于金属电极1的尖端9的对齐，在每组测量之前进行。通过对齐两个线性载物台并发送光线通过UV准直仪-光纤系统523、524到达每个金属电极1的中心，将UV准直仪组件524视野的中心置于尖端9处。
使用X-Z载物台525将组件524粗略地移动到可调节等离子体4的水平中心位置，同时能够垂直地移动组件524，使得可以对可调节等离子体4中不同垂直高度处发生的光谱发射进行分析。就此而言，将组件524定位于不同高度处，其第一个位置与电极1的尖端9尽可能接近，然后从尖端9移开特定量。等离子体的发射光谱通常随着质询位置的改变而改变，如本文图81-84所示。
例如，图81a-81d示出了与用于形成可调节等离子体4的银(Ag)电极1相关的辐照数据。前面提到的图81中的每个示出了与可调节等离子体4内的三个不同垂直询问位置相关的发射数据。垂直位置“0”(0nm)对应于紧邻电极1的尖端9收集的发射光谱数据；垂直位置“1/40”(0.635nm)对应于离开尖端9并朝向水3的表面0.635mm的发射光谱数据；以及垂直位置“3/20”(3.81mm)对应于离开尖端9并朝向水3的表面3.81mm的发射光谱数据。
表17a具体示出了当使用银电极1产生等离子体4时在可调节等离子体4中识别到的每个光谱线。
表17a(两张表中的第一张)
Figure BPA00001406107601511
表17a(两张表中的第二张)
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(1-1)   388.4   388.4200   0.0200
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(0-0)   391.4   391.3700   -0.0300
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(1-4)   399.8   399.7100   -0.0900
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(0-3)   405.94   405.8600   -0.0800
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(4-8)   409.48   409.4900   0.0100
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(1-5)   421.2   421.1600   -0-0400
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(1-2)   424   423.6400   -0.3600
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(0-1)   427.81   427.8300   0.0200
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(3-8)   441.67   441.6200   -0.0500
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(1-3)   465.1   465.1300   0.0300
  AgI4d10(1S)5p2P0 3/2-4d10(1S)7s2S1/2   466.8477   466.9100   0.0623   30472.703   51886.971   4   2
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(0-2)   470.9   470.8400   -0.0600
  AgI4d10(1S)5p2P0 1/2-4d10(1S)5d2D3/2   520.9078   520.8653   -0.0425   29552.061   48743.969   2   4   7.50E+7
  AgI4d10(1S)5p2P0 3/2-4d10(1S)5d2D5/2   546.5497   546.5386   -0.0111   30472.703   48764.219   4   6   8.60E+7
  NaI3s2S1/2-3p2P0 3/2   588.99   588.995   0.0050
  HI2p2P3/2-3d2D5/2   656.2852   655.8447   -0.4405   82259.287   97492.357   4   6   6.47E+7
  NI3s4P5/2-3p4S3/2   746.8312   746.8815   0.0503   83364.62   96750.84   6   4   1.93E+7
  N2(B3∏g-A3∑- u)1+-系统   750   749.9618   -0.0382
  AgI4d10(1S)5p2P0 1/2-4d10(1S)6s2S1/2   768.7772   768.4540   -0.3232   29552.061   42556.152   2   2
  OI3s5S2-3p5P3   777.1944   776.8659   -0.3285   73768.2   86631.454   5   7   3.69E+7
  AgI4d10(1S)5p2P0 3/2-4d10(1S)6s2S1/2   827.3509   827.1320   -0.2189   30472.703   42556.152   4   2
  OI3s3S1-3p3P2   844.6359   844.2905   -0.3454   76794.978   88631.146   3   5   3.22E+7
  NI3s4P5/2-3p4D7/2   868.0282   868.2219   0.1937   83364.62   94881.82   6   8   2.46E+7
  OI3p5P3-3d5D4   926.6006   926.3226   -0.2780   86631.454   97420.63   7   9   4.45E+7
图82a-82d以及表17b示出了与用于产生等离子体4的金电极1相关的类似发射光谱。
表17b(两张表中的第一张)
Figure BPA00001406107601531
Figure BPA00001406107601541
表17b(两张表中的第二张)
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(1-2)   423.65   423.6400   -0.0100
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(0-1)   427.785   427.7700   -0.0150
  N2(C3∏u-B3∏g)2+-系统(3-8)   441.67   441.6200   -0.0500
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(1-3)   465.1   465.1300   0.0300
  N2 +(B2∑+ u-X2+ g)1--系统(0-2)   470.9   470.8400   -0.0600
  NaI3s2S1/2-3p2P0 3/2   588.99   588.995   0.0050
  HI2p2P3/2-3d2D5/2   656.2852   655.8447   -0.4405   82259.287   97492.357   4   6   6.47E+07
  NI3s4P5/2-3p4S3/2   746.8312   746.8815   0.0503   83364.62   96750.84   6   4   1.93E+07
  N2(B3∏g-A3∑- u)1+-系统   750   749.9618   -0.0382
  OI3s5S2-3p5P3   777.1944   776.8659   -0.3285   73768.2   86631.454   5   7   3.69E+07
  OI3s3S1-3p3P2   844.6359   844.2905   -0.3454   76794.978   88631.146   3   5   3.22E+07
  NI3s4P5/2-3p4D7/2   868.0282   868.2219   0.1937   83364.62   94881.82   6   8   2.46E+07
  OI3p5P3-3d5D4   926.6006   926.3226   -0.2780   86631.454   97420.63   7   9   4.45E+07
图83a-83d以及表17c示出了与用于产生等离子体4的铂电极1相关的类似发射光谱。
表17c(两张中的第一张)
Figure BPA00001406107601551
表17c(两张中的第二张)
Figure BPA00001406107601561
图83e以及表17d示出了与用于产生等离子体4的铂电极相关的发射光谱。图83d与83e中示出的光谱之间的差异是明显的。注意到的差异的主要原因是通过将两个变压器(在上文中讨论过)并联电连接在一起而使电源变压器60(本文别处描述的)从约60mA增加到约120mA。从两个变压器60的电压输出是约800-3,000伏，与其相比，当使用单个变压器时约为900-2,500伏。许多“Pt”峰变得明显。表17d显示了当使用两个变压器60时识别到的所有物质。
表17d(两张表中的第一张)
Figure BPA00001406107601571
表17d(两张表中的第一张)
Figure BPA00001406107601572
Figure BPA00001406107601581
在表17a-17d中识别了与每种金属电极组成的等离子体相关的各种类似物质。这些物质包括例如来自电极1的各种金属，以及共同物质包括NO、OH、N2等。有趣的是注意到一些物质的存在和/或强度(例如量)随着在可调节等离子体内的位置而变。因此，这表明随着本发明的各种加工条件(例如功率、位置、电极1的组成等)的变化，可以引起各种不同物质的出现。
图17a-17d示出了从图80中所示的装置得到的其他信息。图84a指出了三种不同的峰高度“G0”、“G1”和“Gref”。这些光谱来自于图81b的一部分(即，d＝305与d＝310之间的部分)。一般来说，这些峰的高度比可用于确定可调节等离子体4的温度。由银电极在水上方的空气中的放电所产生的等离子体4的分子OH温度(图84b)，对于313.3nm处仪器谱线增宽为0.13nm来说，按照参考文献2中描述的步骤，从源自于OH中的A2S-X2P跃迁(图84a)的光谱线比率G0/GRef和G1/GRef来测量，所述参考文献通过明确引用结合于此。
此外，由银电极1在水上方的空气中的放电所产生的等离子体4的等离子体电子温度(参见图84b)，从源自于两个光谱双重线的“AgI”线强度的波尔兹曼图来测量(参见参考文献1，通过明确引用结合于此)：
AgI4d10(1S)5s2S1/2-4d10(1S)5p2P0 3/2
AgI4d10(1S)5s2S1/2-4d10(1S)5p2P0 1/2
AgI4d10(1S)5p2P0 1/2-4d10(1S)5d2D3/2
AgI4d10(1S)5p2P0 3/2-4d10(1S)5d2D5/2
在所有温度测量中使用的光谱线强度，以光谱仪进行辐照校准后的光谱辐照单位(mW/m2/nm)给出。
图84b对存在银电极时等离子体温度随电极1的尖端9离开的位置的变化进行作图。
图84c和84d示出了“NO”和“OH”的积分强度随位置和电极1组成的变化。注意到在图84c中，来自“Ag”和“Au”的谱线基本上重叠。
参考文献
[1]Hans R.Griem，Principles of Plasma Spectroscopy，CambridgeUniv.Press(1996).
[2]Charles de Izarra，J.Phys.D：Appl.Phys.33(2000)1697-1704.
实施例21
添加有可变的锌纳米粒/纳米粒溶液的基于银的纳米粒/纳米粒溶 液的ζ电势的比较
将与实施例18中公开的类似的材料、即AT-109和BT-014，以各种变化的比例混合在一起以形成几种不同溶液，以确定随着各种混合物中体积比例的变化是否能够观察到ζ电势的任何差异。
在本实施例中，使用了由Malvern Instruments生产的ζ筛选器“Nano-ZS”来确定每种溶液的ζ电势。对于每次测量来说，将1ml样品装入透明的一次性ζ小室DTS1060C中。使用5.10版分散技术软件运行ζ筛选器并计算ζ电势。使用了下面的设置：分散剂-水、温度-25℃、粘度-0.8872cP、折射率-1.330、介电常数-78.5、近似模型-Smoluchowski。对于每种样品，执行一次100个重复的运行。
“ζ电势”是指胶体系统的电-动力学电势的度量。ζ电势也指颗粒上的表面电荷。ζ电势也被称为流体的静止层与其中分散有颗粒的流体之间存在的电势差。ζ电势通常用毫伏(即mV)度量。约25mV的ζ电势值是被选择用来确定分散介质中被分散颗粒之间是否存在稳定性的任意单位。因此，当在本文中指称“ζ电势”时，应该理解，所指的ζ电势是双层处存在的电荷的量值的描述或量化。
ζ电势通过Henry方程从电泳迁移率计算：
U E = 2 ϵzf ( ka ) 3 η
其中z是ζ电势，UE是电泳迁移率，ε是介电常数，η是粘度，f(ka)是Henry函数。对于Smoluchowski近似法来说，f(ka)＝1.5。
通过使用激光多普勒速度测量术(“LDV”)测量颗粒在所施加的电场中的速度，来获得电泳迁移率。在LDV中，入射激光束被聚焦于折叠的毛细小室中的颗粒悬液，并将从颗粒散射的光与基准光束合并。这产生了波动强度信号，其中波动速率与颗粒的速度(即电泳迁移率)成正比。
如下面的表18a所示，将AT-109、BT-014和DI水以不同比例混合，并在混合后立即以及混合后1日测量ζ电势。ζ电势的结果示出在下面的表中。Ag∶Zn 4∶0(-28.9)至Ag∶Zn 0∶4(+22.7)的ζ电势存在明显的趋势。
表18a
Figure BPA00001406107601611
作为比较，将式量为287.58的七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O)以各种不同的量添加到AT-109溶液中，以确定对于所添加的不同量硫酸锌是否能够观察到ζ电势变化的相似趋势。七水硫酸锌从Fisher Scientific获得，具有的产品号为Z68-500，Cas#为7446-20-0，批号为082764。在混合后，测量AT-060/ZnSO4·7H2O混合物的ζ电势。数据是非常混杂的，没有显示出ζ电势变化的明显趋势。
实施例22
制造基于金的纳米粒/纳米粒溶液3AC-037
总的来说，实施例22利用了本发明的某些实施方案以及图43a和85a-85e中粗略示出的装置。此外，表19概述了结合图43a和85a-85e使用的关键加工参数。此外，表19公开了：1)得到的“ppm”(即，金纳米粒浓度)，2)从图86c1和图86c2中的每个示出的三个最高幅度的峰的平均值获得的“流体动力学半径”的单一数值，以及3)“TEM平均直径”，其对应于从用于产生图86b示出的TEM直方图的数据计算的平均测量金纳米粒尺寸。这些物理性质按照在本文别处讨论的那样进行。
表19(两张表中的第一张)
表19(两张表中的第二张)
图85a-85c中示出的沟槽反应容器30b由实验室级玻璃器皿制成，厚度约为1/8″(3mm)。沟槽反应容器30b的横截面形状对应于图85b和85c中示出的形状。反应容器的相关尺度示出在表19中，为“M”(即，容器的近似内径)、“S”(即，如果是容器，则是内腔的近似高度)和“d”(即，沟槽反应容器30b内液体3″的深度)。因此，在操作过程中，沟槽反应容器30b内的液体3″的总体积约为170英寸3(约2800ml)。沟槽反应容器30b具有4个端口5p、5p′、350p和31/32。端口5p和5p′分别在其中容纳电极5a和5b。端口350容纳本文所述的冷却装置(即指形冷冻器)。端口31/32容纳入口部分31和出口部分32这两者。具体来说，玻璃管31和32通过橡胶塞固定在端口31/32中的位置中，并且玻璃管31和32穿过橡胶塞伸出。
表19示出了将加工增强剂NaHCO3以0.53mg/ml的量添加到纯水中(在本文别处讨论)。应该理解，该加工增强剂起作用的其他量也在本发明的界限和范围之内。水和加工增强剂按照图43a中示出的装置以及本文别处的讨论用等离子体4进行处理。
在经过图43a示出的装置后，纯水/NaHCO3混合物被用作液体3输入到沟槽反应容器30b中。沟槽反应容器30b中液体3″的深度“d”，在沿着沟槽反应容器的各个点处约为7″(约178mm)。在沟槽反应容器30b中约70分钟的初始停留时间后，液体3′流入和流出沟槽反应容器30b的流速是30ml/分钟或40ml/分钟。应该考虑到，其他可接受的流速也在本发明的界限和范围之内。沟槽反应容器30b中液体3″的蒸发极小，这是由于液体3″的蒸汽在图85e中示出的冷却装置350(即指形冷冻器)的暴露表面上的冷凝。
流入和流出冷却装置350的液体3*，是初始温度约为16℃的自来水。使用泵40p将冷却液体3*泵过指形冷冻器350。该泵40p与本文别处描述的其他泵40类似。指形冷冻器350的浸没区段起到维持液体3”低于沸腾操作温度的作用。就此而言，指形冷冻器350被放置在电极组件500的贯穿孔内部。指形冷冻器350与电极组件500的并置，在加工条件下产生了冷却效应。
如图85c中所示，沟槽反应容器30b的出口32是产物液体3″。液体3”流出沟槽反应容器30b的流速是30或40ml/分钟，并总是等于液体3′在入口31处流入沟槽反应容器的流速。因此，在3AC-037过程中沟槽反应容器30b中的液体3″的总体积维持在约170英寸3(约2800ml)，并且液体3”的深度在整个过程中维持在约7英寸(约178mm)。
表19连同图85b、85c和85d，描述了用于连续加工3AC-037的电极组件500的重要特点。具体来说，图85d示出了由聚碳酸酯制成的厚度约1/4英寸(约6mm)的电极组件500。两个电极5a和5b设在组件500周围同一位置。电极5a和5b由99.99％纯的金导线构成，直径约为0.5mm。每个电极5a和5b与液体3”接触的长度(在表19中报告为WL)约为43英寸(约1168mm)。用于电极5a和5b的所有材料都从ESPI获得，地址为1050 Benson Way，Ashland，Oregon 97520。电源是hy电压源(在本文别处描述)，其与每个电极5a/5b电连接。
液体3’的流动，通过使用Masterflex
Figure BPA00001406107601651
L/S泵驱动器40获得，额定在0.1马力、10-600rpm。Masterflex
Figure BPA00001406107601652
泵40的型号是77300-40。泵驱动器具有的泵头部也由Masterflex
Figure BPA00001406107601653
制造，被称为Easy-Load型No.7518-10。用通用的术语来说，泵40的头部被称为蠕动头。泵40和头部由Masterflex
Figure BPA00001406107601654
LS数字模块驱动器控制。数字模块驱动器的型号是77300-80。数字模块驱动器上的精确设置是例如40或30毫升/分钟。将直径为1/4″的Tygon
Figure BPA00001406107601655
管(即，尺寸06419-25)放置到蠕动头中。管由Saint Gobain为Masterflex
Figure BPA00001406107601656
制造。管的一个端部传送到沟槽反应容器30b的输入31。
图86a1和86a2示出了从表19中指称的300分钟加工后收集到的最终溶液或胶体干燥的金纳米粒的两张代表性TEM显微照片。
图86b示出了使用较早时在实施例5-7中讨论的TEM仪器/软件测量的干燥溶液或胶体的金颗粒的测量尺寸分布。
图86c1和86c2中的每个都图示了按照表19中指称的溶液或胶体的两种不同加工时间(即，分别为70分钟和300分钟)制造的纳米粒的三个动态光散射数据测量组(即，流体动力学半径)。具体来说，图86c1示出了在开启反应容器后70分钟取样的按照本实施例制造的一部分溶液或胶体的动态光散射数据。就此而言，液体3(带有加工增强剂)在沟槽反应容器30b中停留约70分钟，然后建立起流速。之后建立的流速是连续的。在沟槽反应容器30b中加工的所有液体3被收集在另一个没有示出的容器中。图86c2示出了在总运行时间300分钟后收集的所有被加工液体的动态光散射数据。
应该指出，动态光散射颗粒尺寸信息与TEM测量的直方图不同，因为动态光散射使用的算法假设颗粒都是球形的(它们并不是)，并且测量流体动力学半径(例如，除了颗粒的实际物理半径之外，还检测并报告了颗粒对水的影响)。因此，正如在本文中包含的其他实施例中那样，在TEM直方图数据中报告的与动态光散射数据中报告的颗粒尺寸之间存在差异，并不令人吃惊。

Claims (40)

1.一种用于对至少一种液体进行改性的基本上连续的方法，包括：
将至少一种液体流过至少一个沟槽元件；
将至少一种等离子体与所述至少一种液体的至少一部分相接触；以及
致使至少一种电化学反应在所述沟槽元件中发生。
2.权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个沟槽元件包括：导管，所述导管允许液体在其中流动。
3.权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体包括：可调节的等离子体。
4.权利要求3所述的方法，其中，在与所述至少一种液体分隔开的至少一个电极与所述至少一种液体的一部分之间产生所述可调节的等离子体。
5.权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个电极由其提供了至少一种物质，所述至少一种物质存在于所述至少一种可调节的等离子体中。
6.权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体与所述至少一种液体的表面的至少一部分相接触。
7.权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种电化学反应包括：与所述至少一种液体相接触并与其反应的至少一组电极。
8.权利要求1所述的方法，其中，继所述至少一种等离子体与所述至少一种液体进行所述接触之后发生所述至少一种电化学反应。
9.权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种等离子体包括：在至少一种形成等离子体的金属电极与所述至少一种液体的表面的至少一部分之间产生的等离子体。
10.权利要求9所述的方法，其中，所述至少一种形成等离子体的金属电极的至少一种成分存在于所述等离子体中。
11.权利要求10所述的方法，其中，所述至少一种成分包括：所述至少一种液体的至少一部分。
12.权利要求11所述的方法，其中，所述至少一种电化学反应发生在所述至少一种形成等离子体的金属电极的所述至少一种成分存在于所述至少一种液体中之后。
13.权利要求12所述的方法，其中，至少两个电极与所述至少一种液体相接触，以致使所述至少一种电化学反应发生。
14.权利要求13所述的方法，其中，在所述至少两个电极之间提供电源，以致使所述至少一种电化学反应发生。
15.权利要求13所述的方法，其中，所述至少两个电极包括：至少一种金属成分。
16.权利要求14所述的方法，其中，所述至少两个电极有助于在所述至少一种液体中形成基于金属的纳米粒。
17.一种用于对至少一种液体进行改性的基本上连续的方法，包括：
产生至少一种液体通过至少一个沟槽元件的流向；
提供与所述至少一种液体的表面分隔开的至少一个基于金属的、形成等离子体的电极；
在所述至少一个基于金属的、形成等离子体的电极与所述至少一种液体的所述表面之间形成至少一种等离子体；
提供与所述至少一种液体的至少一部分相接触的至少一组电极，在所述液体流过所述至少一个基于金属的、形成等离子体的电极之后，将所述至少一组电极与所述至少一种液体相接触；以及
致使所述至少一组电极与所述至少一种液体的至少一部分发生反应。
18.一种用于对液体进行基本上连续改性的装置，包括：
至少一个沟槽元件；
至少一个形成等离子体的、基于金属的电极；
至少一组基于金属的电极，所述至少一组基于金属的电极用于进行至少一种电化学反应；
至少一个第一电源，所述至少一个第一电源与所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极相连；以及
至少一个第二电源，所述至少一个第二电源与所述至少一组基于金属的电极相连，用于执行所述至少一种电化学反应。
19.权利要求18所述的装置，还包括：用于向所述至少一个沟槽元件提供液体的至少一个机构。
20.权利要求18所述的装置，其中，从所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极和所述至少一组基于金属的电极两者中的至少一种，在所述液体内产生基于金属的纳米粒。
21.一种用于在流动的液体内连续形成基于金属的纳米粒的装置，包括：
至少一个沟槽元件，所述至少一个沟槽元件包括至少一个入口部分和至少一个出口部分；
至少一个形成等离子体的、基于金属的电极，将所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极定位成比所述出口部分更靠近所述入口部分、并且连接到至少一个第一电源；以及
至少一组基于金属的电极，将所述至少一组基于金属的电极定位成比所述入口部分更靠近所述出口部分、并且连接到至少一个第二电源。
22.权利要求21所述的装置，其中，所述液体包括：水。
23.权利要求21所述的装置，其中，所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极包括：选自由铂、钛、锌、银、铜、金及其合金和混合物组成的组中的至少一种材料。
24.权利要求21所述的装置，其中，所述至少一组基于金属的电极包括：选自由铂、钛、锌、银、铜、金及其合金和混合物组成的组中的至少一种材料。
25.权利要求24所述的装置，其中，所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极和所述至少一组基于金属的电极包括：明显不同的金属。
26.权利要求24所述的装置，其中，所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极和所述至少一组基于金属的电极包括：基本上相同的金属。
27.权利要求21所述的装置，其中，提供了至少两个形成等离子体的、基于金属的电极。
28.权利要求21所述的装置，其中，提供了至少两组基于金属的电极。
29.权利要求21所述的装置，其中，
将至少两个形成等离子体的、基于金属的电极定位成比所述出口部分更靠近所述入口部分，而将至少两组基于金属的电极定位成比所述入口部分更靠近所述出口部分。
30.权利要求21所述的装置，其中，
将至少两个基于金属的电极定位成比所述出口部分更靠近所述入口部分，以及在与所述至少一组基于金属的电极接触之前，所述流动的液体与所述至少两个形成等离子体的、基于金属的电极接触。
31.权利要求21所述的装置，其中，所述至少一个沟槽元件包括：线形、“Y形”和“ψ形”中的至少一种。
32.一种用于对至少一种流动的液体进行连续改性的装置，包括：
至少一个沟槽元件，所述至少一个沟槽元件包括至少一个入口部分和至少一个出口部分；
至少一个形成等离子体的电极，将所述至少一个形成等离子体的电极定位成比所述出口部分更靠近所述入口部分；
至少一组基于金属的电极，将所述至少一组基于金属的电极定位成比所述入口部分更靠近所述出口部分，其中在与所述至少一组基于金属的电极接触之前，所述流动的液体与所述至少一个形成等离子体的电极接触。
33.权利要求32所述的装置，其中，所述至少一个沟槽元件包括：线形、“Y形”和“ψ形”中的至少一个。
34.权利要求32所述的装置，还包括：至少一个气氛控制装置，所述气氛控制装置设置在所述至少一个形成等离子体的、基于金属的电极周围。
35.权利要求32所述的装置，还包括：至少一个控制装置，所述至少一个控制装置用于调节选自由所述至少一个形成等离子体的电极和所述至少一组基于金属的电极组成的组中的至少一个元件的高度。
36.权利要求33所述的装置，其中，所述至少一个控制装置通过维持跨接在所述至少一个元件上的基本上恒定的电压来调整所述高度。
37.权利要求32所述的装置，其中，第一形成等离子体的电极位于多组基于金属的电极的上游。
38.权利要求32所述的装置，其中，至少两个形成等离子体的电极都位于多组基于金属的电极的上游。
39.权利要求37所述的装置，其中，至少一个气氛控制装置围绕所述第一形成等离子体的电极。
40.权利要求32所述的装置，其中，
所述至少一种液体包括水，
所述至少一个形成等离子体的电极包括：选自由铂、钛、锌、银、铜、金及其合金和混合物组成的组中的至少一种材料，以及
所述至少一组基于金属的电极包括：选自由铂、钛、锌、银、铜、金及其合金和混合物组成的组中的至少一种材料。
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