CN107206346A - 利用激光的纳米粒子制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而提高纳米粒子的生产收率，得到节能效果的利用激光的纳米粒子制备方法，本发明用于改善在现有利用激光的纳米粒子制备方法中生产收率较低的问题，通过对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而通过催化气体提高纳米粒子的生产收率，尤其，本发明为了改进在现有纳米粒子的制备过程中由于纳米粒子的生产收率较低而产生未反应的有毒原料气体以导致破坏环境，并且，在回收废弃的原料气体而再次使用时，系统复杂，需要高费用的问题，通过对原料气体和催化气体的混合气体照射吸收高能量的波长的激光来提高原料气体的反应率，得到节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用激光的纳米粒子制备方法，更详细地，涉及对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而提高纳米粒子的生产收率，得到节能效果的利用激光的纳米粒子制备方法。
背景技术
纳米技术是21世纪科技的核心技术，不仅通过与传统制造产业结合而引发技术创新，而且是通过与IT、BT、CT等先进技术融合来进一步提升未来核心战略事业的基础技术，其被认为下一代增长引擎。应用于上述先进技术的纳米材料的制备方法包括激光加热法、液相合成法和固相合成法等。液相合成方法主要通过间歇法进行合成，由于不可避免地与各种溶剂和异物接触而含有杂质，因此难以合成高纯度的纳米粒子，而在激光加热法的情况下，具有与杂质毫不接触且可以连续制备纳米粒子的优点。
根据通过激光加热法的纳米粒子制备装置，利用CO2激光热分解法的纳米粒子合成装置具有如图1和图2所示的一般结构(参照“在利用CO2激光热分解法合成硅纳米粒子时H2流量对于纳米粒子特性的影响”[Seong-bum Kim等，韩国材料学会杂志，23(2013)5])，由激光照射部10、反应室20、收集部30、真空泵40、以及包括用于向所述反应室20内供给如甲硅烷(SiH4)等原料气体的原料气体供给喷嘴50a和用于供给如氦(He)等载体气体的载体气体供给喷嘴50b的注入部50构成。对使用所述装置的纳米粒子制备过程进行说明如下。从激光照射部10照射的激光束通过反光镜和镜头被照射到反应室20内，此时，通过注入部50的原料气体供给喷嘴50a注入到反应室20内的如甲硅烷(SiH4)等原料气体被激光束进行热分解，以形成纳米粒子60。针对在反应室20内均匀生长的纳米粒子，通过真空泵40在反应室20内部形成负压，以便活化从反应室20出来的纳米粒子的动作，从而通过收集部30回收纳米粒子。
根据关于利用如上所述的激光加热法的纳米粒子制备方法的现有技术，韩国公开专利公报第10-2013-0130284号(公开日为2013年12月2日)“利用激光的纳米粒子合成装置及方法”中作为利用激光的纳米粒子制备方法公开了对向膛室内供给的硅、锗、硅-锗合金、3-5组半导体化合物和金属氧化物基化合物等原料气体照射激光来合成纳米粒子的方法，WO专利公开号2012/006071(公开日为2013年11月25日)“硅/锗纳米粒子油墨、用于合成纳米粒子的激光热解反应器及相关方法”中公开了用于通过激光热分解制备硅/锗纳米粒子的合成方法，韩国授权专利第10-1363478号(授权日为2014年2月10日)“利用气相分子的激光分解的锗纳米粒子的制备方法”中公开了包括对四甲基锗气体照射脉冲激光来进行光分解的步骤的锗纳米粒子的制备方法，其中，锗纳米粒子的收率为70至80％，韩国授权专利第10-0840622号(授权日为2008年6月17日)“纳米粒子制备系统及利用其的方法”公开了对包括选自锗锑碲系、碲铋碲系、锗锑硒系，锗铋硒系、铟锑碲系、铟铋碲系、铟锑硒系、铟铋硒系、铟锑锗石系、镓锑碲系、镓铋碲系、镓硒碲系、镓锑硒系、镓铋硒系、锡锑碲系、锡铋碲系、锡锑硒系及锡铋硒系硫族化物中的至少一种的块状靶材照射激光束来制备纳米粒子的方法。
通过现有技术中已知的所述激光加热方法制备纳米粒子的方法具有能够生产高纯度的纳米粒子的优点，但纳米粒子的生产收率很低，从而，如果未反应的有毒原料气体作为副产物被丢弃，则环境受损，并且，在回收废弃的原料气体而再次使用时，具有系统复杂、需要高费用的问题。
发明内容
(技术问题)
本发明用于改善在现有利用激光的纳米粒子制备方法中生产收率较低的问题，其目的在于提供通过对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而通过催化气体提高纳米粒子的生产收率的利用激光的纳米粒子制备方法。
尤其，本发明的另一目的在于，为了改进在现有纳米粒子的制备过程中由于纳米粒子的生产收率较低而产生未反应的有毒原料气体以导致破坏环境，并且，在回收废弃的原料气体而再次使用时，系统复杂，需要高费用的问题，提供通过对原料气体和催化气体的混合气体照射吸收高能量的波长的激光来提高原料气体的反应率，得到节能效果的利用激光的纳米粒子制备方法。
(解决问题的方案)
本发明的技术解决方案为一种利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，通过对向反应室内供给的原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体的混合气体照射激光而制备纳米粒子。
所述混合气体通过将100体积份的原料气体和20～40体积份的六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成，并且，所述混合气体通过相对于100体积份的原料气体混合100～400体积份的氢(H2)而成，以便控制所产生的纳米粒子的特性。
而且，所述激光由CO2激光发生器生成并照射，且以波长为10.6μm的连续波的线光束(Line Beam)形式进行照射，且所述反应室的内部压力为100～500torr。
此外，所述原料气体包括选自硅化合物和锗化合物中的至少一种。
发明的效果
本发明用于改善在现有利用激光的纳米粒子制备方法中生产收率较低的问题，通过对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而通过催化气体提高纳米粒子的生产收率，尤其，本发明为了防止在现有纳米粒子的制备过程中由于纳米粒子的生产收率较低而大量废弃高价的原料气体，且用于断开原料气体分子间键合的大部分能量作为热能损失，通过选择吸收高能量的波长并对原料气体和催化气体的混合气体照射上述波长的激光来提高纳米粒子的生产收率，得到节能效果。
附图说明
图1为示出通过激光加热的纳米粒子合成装置的一般结构的示意图。
图2为示出用于说明根据本发明的优选实施例的纳米粒子的制备过程的装置的示意图。
图3为扩大图2的装置中A部分的激光热分解设置的示意图。
图4为示出根据催化气体(SF6)和氢(H2)气体流量条件的气体的固体转化率的图表。
图5为示出由于激光热分解的反应火焰的数码图像照片。
图6为示出图5的反应火焰发光光谱和扩大光谱的图表。
图7为根据催化气体(SF6)的气体流量条件(sccm)所产生的硅纳米粒子的形状的TEM照片。
图8为硅纳米粒子的基于拉曼分析(Raman spectroscopy)的定性分析结果图表。
图9为示出硅纳米粒子尺寸分布的图表。
图10为根据催化气体(SF6)的气体流量条件(sccm)所产生的锗纳米粒子的形状的TEM照片。
图11为硅-锗纳米粒子的形状的TEM照片。
具体实施方式
以下，参照附图说明根据本发明的优选实施例的利用激光的纳米粒子制备方法，简略说明或省略详细的说明内容中本领域的技术人员能够容易地理解的部分的说明内容，且以与本发明关联的部分为中心进行图示并说明。
根据本发明的优选实施例的利用激光的纳米粒子制备方法，使用如图1所示具有一般结构的利用激光的纳米粒子制备装置来对向反应室20内供给的原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体的混合气体照射激光而制备纳米粒子(Nanoparticles，NPs)。
本发明的基本原理的特征在于，基于以下想法完成了本发明：为了防止在通过对原料气体照射激光来制备纳米粒子时用于断开原料气体分子间键合的大部分能量作为热能损失，通过选择吸收高能量的波长并对原料气体和催化气体的混合气体照射上述波长的激光来提高纳米粒子(Si-NPs)的生产收率，得到节能效果。即，根据本发明，为了改善在现有利用激光的纳米粒子(Si-NPs)制备过程中，虽然用于断开原料气体分子的键合的能量相对小，但激光不是仅作为用于断开原料气体分子的Si-H键的能量源被使用100％，而大部分能量被转换为热能丢弃的问题，采用催化气体并选定激光的适当波段来制备纳米粒子(Si-NPs)。
在本发明中，所述混合气体通过将100体积份的原料气体和20～40体积份的六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成。
首先，在将混合气体和载体气体同时供给反应室中的同时，使向混合气体照射的CO2激光的波长与如甲烷硅(SiH4)、四氯化硅(SiCl4)、锗烷(GeH4)、四氯化锗(GeCl4)或四甲基锗[Ge(CH3)4]等的原料气体的吸收截面积相符，从而使原料分子容易地吸收CO2激光，激活如甲烷硅或四甲基锗等的分子，通过如甲烷硅或四甲基锗等的分子的强烈振动断开甲烷硅分子的Si-H键或四甲基锗分子的Ge-CH3键，从而将甲烷硅分子或四甲基锗分子分别分解为娃自由基或锗自由基的形式。通过均匀成核(homogeneous nucleation)将如此生成的娃自由基或锗自由基形成为娃纳米粒子核(nuclei)或锗纳米粒子核(nuclei)，且娃纳米粒子核或锗纳米粒子核与周围的娃自由基或锗自由基键合而逐渐生长(growth)。因此，娃自由基或锗自由基的周围环境、娃纳米粒子核或锗纳米粒子核能够停留在反应部中的停留时间等是控制娃纳米粒子(Si-NPs)或锗纳米粒子(Ge-NPs)的大小和特性的重要因素。其中，作为催化气体的六氟化硫(SF6)起使作为原料气体的甲硅烷(SiH4)或四甲基锗[Ge(CH3)4]等在热分解中混入并传达由于分子之间碰撞产生的能量来提高原料气体的纳米粒子(NPs)转换率的作用。
若在所述混合气体中催化气体的混合量小于上面限定的混合量，则通过原料气体反应的分解速度降低，导致纳米粒子的生产收率减少，而若催化气体的混合量大于上面限定的混合量，则在甲硅烷(SiH4)和六氟化硫(SF6)的反应过程中由于爆炸现象而纳米粒子(Si-NPs)的生产收率降低，且在纳米粒子的制备工艺中存在风险。
并且，所述原料气体可以使用能够根据通过激光而施加的能量使原料气体分解、反应并生成纳米粒子的所有材料作为所述纳米粒子的原料物质，具体包括硅化合物和锗化合物中的至少一中，更具体地，优选包括选自甲硅烷(SiH4)、四氯化硅(SiCl4)、锗烷(GeH4)、四氯化锗(GeCl4)及四甲基锗[Ge(CH3)4]中的至少一种。
并且，在上文具体说明了用于制备根据本发明的一实施例的纳米粒子的原料气体，但其并不限于上文列举的化合物的种类，可以使用能够借助激光的热而分解的所有种类的化合物。
而且，为了控制所产生的纳米粒子的特性，所述混合气体通过相对于100体积份的原料气体混合100～400体积份的控制气体而成，并供给到反应室中。若控制气体的混合量小于上面限定的混合量，则在甲硅烷(SiH4)和六氟化硫(SF6)的反应过程中无法正确控制爆炸现象，而若控制气体的混合量大于上面限定的混合量，则所产生的纳米粒子的结晶率降低，且生产收率减少。在上面，作为能够延缓爆炸反应的控制气体，除了氢气体之外，还可使用选自氮、氩及氦中的至少一种。
而且，所述激光由CO2激光发生器生成并照射，且以波长为10.6μm的连续波的线光束(Line Beam)形式进行照射。本发明中使用的CO2激光发生器优选为具有50～60W最大功率的CO2激光发生器，但可以根据纳米粒子制备装置的规模或想要生产的纳米粒子的量而进行适当的调节，例如，可以使用最大功率为约6，000W的CO2激光发生器。
并且，所述反应室的内部压力优选为100～500torr。若反应室的内部压力小于上述限定范围，则具有原料气体的分解过程反应不充分从而纳米粒子的生产率降低的忧虑，而若反应室的内部压力超过上述限定范围，则纳米粒子会凝结在一起，从而引起纳米粒子的质量降低的问题。
如上所述，参照图2和图3，以使用甲硅烷(SiH4)作为原料气体制备硅纳米粒子(Si-NPs)的过程为例对根据本发明的优选实施例的利用激光的纳米粒子制备方法进行说明如下。本发明的图2和图3为示出甲硅烷(SiH4)气体被激光束照射并分解从而产生为纳米粒子60的过程的附图，其中，六氟化硫(SF6)气体在10.6μm的波长能够有效吸收能量，使所吸收的能量更有效地传达到甲硅烷(SiH4)，以断开Si-H键，结果成为产生更多硅纳米粒子(Si-NPs)的背景。在用作原料气体的甲硅烷(SiH4)气体未反应而被废弃时带来很多问题，其中，第一个问题是，由于有毒气体严重影响环境，第二个问题在于成本方面。若将未反应的气体分离并再循环来使用，则引起系统复杂，需要高费用的问题。然而，本发明涉及在使用甲硅烷(SiH4)作为原料气体来制备硅纳米粒子(Si-NPs)的过程中提高生产收率的方法，甲硅烷(SiH4)气体和六氟化硫(SF6)气体实际上是当从外部接受能量而处于激活状态时可产生急剧爆炸反应的反应气体，即，若外部给出能够进行反应的能量，则产生爆炸反应，反应过程如下反应式1所示。
(反应式1)
3SiH4+2SF6→2S+3SiF4+2HF+5H2
由所述反应式1的反应可知未产生硅纳米粒子(Si-NPs)。在上述反应中，若六氟化硫(SF6)接受过高的能量，则开始分解，从而所分解的高反应性分子引起这种爆炸反应，由于反应是连锁反应，而导致爆炸。因此，控制六氟化硫(SF6)不受过高的能量是很重要的，作为上述控制方法，有减少激光的功率或降低反应气体能量的方法。在此，若减少功率，则有可能影响到硅纳米粒子(Si-NPs)的产生量，因此，作为其他方法，优选使用使反应气体和其他气体进行稀释或降低压力的方法。即，如图4所示的图表示出当将原料气体和催化气体相混合而成的反应气体和氢气体进行稀释时的硅纳米粒子(Si-NPs)生产收率(Gas-to-solidconversion rate)。在图4中，黑色实线(比较例3)表示在不使用氢(H2)气体并实际同时投入甲硅烷(SiH4)气体和六氟化硫(SF6)气体时的收率，若投入六氟化硫(SF6)气体，则虽然生产收率急剧上升，但在供给一定量以上时，很容易引起爆炸反应，结果有可能降低生产收率，且使纳米粒子的制备工艺过程很危险。并且，如橙色实线所示，若同时供给氢(H2)气体与作为反应气体的甲硅烷(SiH4)气体和六氟化硫(SF6)气体，则能够显着抑制这种爆炸反应。作为如上能够延迟爆炸反应的气体，除了氢气体之外，可以使用氮气、氩气及氦气等气体。
以下，通过下面的实施例具体说明根据本发明的利用激光的纳米粒子制备方法，但本发明不一定限于下面的实施例。
1.纳米粒子的制备装置
在本实施例中，为制备纳米粒子而使用的制备装置为由如图1所示照射在最大功率为60W的CO2激光发生器所产生的激光的激光照射部10、反应室20、收集部30、真空泵40以及包括用于向所述反应室20内供给原料气体的原料气体供给喷嘴50a和用于供给载体气体的载体气体供给喷嘴50b的注入部50构成的一般纳米粒子制备装置。
2.纳米粒子的制备
以下，作为在本发明中使用的单位的每分钟的标准立方厘米(StandardCubicCentimeters Per Minute，sccm)表示流量单位。
(实施例1)
通过原料气体供给喷嘴50a向内部压力为100torr的反应室20内供给将作为原料气体的25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及5sccm(20体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体。此时，通过激光照射部10对供给到反应室20内部的混合气体以波长为10.6μm的连续波的线光束(Line Beam)形式照射从CO2激光发生器产生的激光1小时，从而，如图2和图3所示，产生硅纳米粒子60，然后使用真空泵40通过收集部30进行回收。在本实施例1中，粒度大小为10～30nm的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率为52.4％。
(实施例2)
通过原料气体供给喷嘴50a向内部压力为500torr的反应室20内供给将作为原料气体的25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及10sccm(40体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体。此时，通过激光照射部10对供给到反应室20内部的混合气体以波长为10.6μm的连续波的线光束(Line Beam)形式照射从CO2激光发生器产生的激光3小时，从而，如图2和图3所示，产生硅纳米粒子60，然后使用真空泵40通过收集部30进行回收。在本实施例2中，粒度大小为10～30nm的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率为97.1％。
(实施例3)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的锗烷(GeH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及5sccm(20体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体之外，其余按照与所述实施例1相同的方法制备出粒子，制得的锗纳米粒子(Ge-NPs)的粒度大小为20～100nm，生产收率为53.7％。
(实施例4)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的锗烷(GeH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及10sccm(40体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体之外，其余按照与所述实施例2相同的方法制备出粒子，制得的锗纳米粒子(Ge-NPs)的粒度大小为20～100nm，生产收率为90.3％。
(实施例5)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的锗烷(GeH4)和25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及10sccm(40体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体之外，其余按照与所述实施例2相同的方法制备出粒子，制得的硅-锗纳米粒子(SiGe-NPs)的粒度大小为20～100nm，生产收率为79.5％。
(比较例1)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)和作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)混合而成的混合气体，而未使用六氟化硫(SF6)催化气体之外，其余按照与所述实施例1相同的方法制备出硅纳米粒子(Si-NPs)。在本比较例1中，粒度大小为10～30nm的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率为9.4％。
(比较例2)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)、作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)及15sccm(60体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体之外，其余按照与所述实施例2相同的方法制备出硅纳米粒子(Si-NPs)。在本比较例2中，粒度大小为10～30nm的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率为16.3％。
(比较例3)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的甲硅烷(SiH4)和5sccm(20体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体，而未使用作为控制气体的氢(H2)之外，其余按照与实施例1相同的方法制备出硅纳米粒子(Si-NPs)。在本比较例3中，粒度大小为10～30nm的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率为75.0％。
(比较例4)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的锗烷(GeH4)和作为控制气体的100sccm(400体积份)的氢(H2)混合而成的混合气体，而未使用六氟化硫(SF6)催化气体之外，其余按照与实施例3相同的方法制备出粒子，制得的锗纳米粒子(Ge-NPs)的粒度大小为50～80nm，生产收率为1.7％。
(比较例5)
除了使用将作为原料气体的25sccm(100体积份)的锗烷(GeH4)和5sccm(20体积份)的六氟化硫(SF6)催化气体混合而成的混合气体，而未使用作为控制气体的氢(H2)之外，其余按照与实施例3相同的方法制备出粒子，制得的锗纳米粒子(Ge-NPs)的粒度大小为20～100nm，生产收率为62.6％。
3.纳米粒子制备方法的评价
对通过上述2的方法制备的纳米粒子的制备方法进行评价，结果，如图4的图表所示，确认到实施例1至5的硅纳米粒子(Si-NPs)或锗纳米粒子(Ge-NPs)的生产收率显著高于比较例1至5。
虽然实施例1、2及比较例2都混合使用作为原料气体的甲硅烷(SiH4)气体、作为控制气体的氢(H2)气体和六氟化硫(SF6)催化气体，但确认到实施例1、2的硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率高于比较例2，并且，在比较例1的情况下，可以确认由于未使用六氟化硫(SF6)催化气体并仅混合使用氢(H2)气体和甲硅烷(SiH4)气体而硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率最低。然而，在比较例3的情况下，如图4的图表所示，虽然可以确认纳米粒子的生产收率显著高于实施例1，但由于在比较例3中仅混合使用甲硅烷(SiH4)气体和六氟化硫(SF6)催化气体并未使用氢(H2)气体，因而在纳米粒子的制备过程，硅纳米粒子(Si-NPs)的生产收率急剧上升，但在甲硅烷(SiH4)气体和六氟化硫(SF6)催化气体的反应过程中产生的爆炸现象导致纳米粒子(Si-NPs)的生产收率降低，且出现纳米粒子的制备工艺存在风险的问题。而且，使用锗烷(GeH4)作为原料气体的实施例3和实施例4的生产收率高于未使用六氟化硫(SF6)催化气体或作为控制气体的氢(H2)的比较例4和比较例5。
作为参考，本发明的图4为示出根据催化气体(SF6)和氢(H2)气体流量条件的气体的固体转化率的图表。而且，本发明的图5为示出由于激光热分解的反应火焰的数码图像照片，图6为示出图5的反应火焰发光光谱和扩大光谱的图表。图5的(a)部分至(d)部分的数码图像照片为示出在硅纳米粒子(Si-NPs)的制备过程中由于热分解产生的反应火焰的数码图像照片，即，分别为拍照在按照如下甲硅烷(SiH4):氢(H2):催化气体(SF6)的气体流量条件(sccm)混合来进行光热分解时所形成的反应火焰的数码照片：(a)25:100:0、(b)25:100:10、(c)25:100:15、(d)25:100:60、(e)0:100:60。根据图5的数码图像照片，关于反应火焰的显著变化，随着催化气体(SF6)的气体流量增加，在通过激光热分解制备纳米粒子时产生的反应火焰的颜色变得亮白并火焰的大小增加，如此通过反应火焰可以确认爆炸反应的根据。并且，如图6所示，可对在图5中观察到的反应火焰进行光谱分析。由于催化气体和硅烷气体之间反应的爆炸反应现象可在反应火焰光谱中以周期性峰值来表征。这种周期性峰值起因于由于爆炸反应所产生的HF分子，其与抑制爆炸反应的光谱明确有区别。可知在由于限制爆炸反应而硅纳米粒子的收率较高的工艺中，光谱没有上述周期性峰值，只有火焰的强度增加，且这些反应火焰的光谱与照片中观察到的图5的光谱非常一致。
作为参考，图7为根据催化气体(SF6)的气体流量条件(sccm)所产生的硅纳米粒子的形状的TEM照片，其中，参照(a)部分至(d)部分的TEM照片，比较例1的(a)部分的TEM照片使用25sccm甲硅烷和100sccm氢且未用催化气体的状态下的形状。(b)部分的TEM照片为(a)部分的照片的高倍TEM照片，示出一般硅纳米粒子的形状。一般硅纳米粒子的形状如下，即，整体上，看见相当部分具有在10～30nm粒子的内部排列有硅晶体原子的图案，该晶体比起单晶更接近多晶，并可看到相当部分的非晶。实施例1的(c)部分的TEM照片为使用25sccm甲硅烷、100sccm氢和10sccm催化气体并收率达到约97.2％的样品的纳米粒子照片。(d)部分的TEM照片为(c)部分的高倍照片，结晶很发达，且大部分结晶呈单晶的形状。因此，图7的TEM照片的(a)部分至(d)部分所示，可以确认使用催化气体来制备的硅纳米粒子的结晶度很高，且大部分结晶为单晶。该结晶度可以通过硅纳米粒子的拉曼分析(Ramanspectroscopy)进行定性分析，如图8所示。通常，结晶硅的拉曼测定结果在520波数显示非常尖锐的信号，非晶硅的拉曼测定结果以480波数为中心显示广泛的信号。如图7所示，在没有催化气体的硅纳米粒子，不仅在520波数显示尖锐的信号，而且以480波数为中心显示广泛的信号，且广泛的信号比尖锐的信号更优势，但在投入催化气体的硅纳米粒子的情况下，相对在520波数显示很明显的信号，从而可以确认使用催化气体制备的硅纳米粒子的结晶度很高。并且，如图9所示的硅纳米粒子的尺寸分布中，可知使用催化气体而制备的纳米粒子的分布更均匀。并且，如图10中的锗纳米粒子的TEM照片所示，不难看出所产生的锗纳米粒子为尺寸为约20～100nm、观察到很明显的结晶图案的独立的结晶纳米粒子。作为参考，图11为硅-锗纳米粒子的形状的TEM照片。
上文描述了根据本发明的优选实施例的利用激光的纳米粒子制备方法并根据描述示出了附图，但这仅用于举例说明，本领域的普通技术人员能够理解，在不脱离本发明的技术思想的范围内，可以进行各种变化和变更。
实施方式
本发明的用于实施发明的方式为一种利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，通过对向反应室内供给的原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体的混合气体照射激光而制备纳米粒子。
所述混合气体通过将100体积份的原料气体和20～40体积份的六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成，并且，所述混合气体通过相对于100体积份的原料气体混合100～400体积份的氢(H2)而成，以便控制所产生的纳米粒子的特性。
而且，所述激光由CO2激光发生器生成并照射，且以波长为10.6μm的连续波的线光束(Line Beam)形式进行照射，且所述反应室的内部压力为100～500torr。
并且，所述原料气体包括选自硅化合物和锗化合物中的至少一种。
工业适用性
本发明用于改善在现有利用激光的纳米粒子制备方法中生产收率较低的问题，通过对将原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成的混合气体照射激光束而制备纳米粒子，从而通过催化气体提高纳米粒子的生产收率，尤其，本发明为了防止在现有纳米粒子的制备过程中由于纳米粒子的生产收率较低而大量废弃高价的原料气体，且用于断开原料气体分子间键合的大部分能量作为热能损失，通过选择吸收高能量的波长并对原料气体和催化气体的混合气体照射上述波长的激光来提高纳米粒子的生产收率，得到节能效果，因此预计将在工业上被广泛使用。
Claims (6)
1.一种利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，通过对向反应室内供给的原料气体和六氟化硫(SF6)催化气体的混合气体照射激光而制备纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，所述混合气体通过将100体积份的原料气体和20～40体积份的六氟化硫(SF6)催化气体相混合而成。
3.根据权利要求2所述的利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，所述混合气体通过相对于100体积份的原料气体混合100～400体积份的氢(H2)而成，以便控制所产生的纳米粒子的特性。
4.根据权利要求1所述的利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，所述激光由CO2激光发生器生成并照射，且以波长为10.6μm的连续波的线光束形式进行照射。
5.根据权利要求1所述的利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，所述反应室的内部压力为100～500torr。
6.根据权利要求2或3所述的利用激光的纳米粒子制备方法，其特征在于，所述原料气体包括选自硅化合物和锗化合物中的至少一种。
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