CN110036275B - 用于低噪声颗粒计数的复合吸芯 - Google Patents

Abstract

多个实施方案包括用于超低噪声凝聚颗粒计数器(CPC)的复合吸芯。在一个实施方案中，复合吸芯包含具有第一孔密度的第一多孔材料，其中所述第一多孔材料还具有第一表面和相反的第二表面。第二多孔材料与第一多孔材料流体连通并且具有面积与第一多孔材料的第一表面的面积基本上相同的第一表面。第二多孔材料的第一表面基本上接触第一多孔材料的第一表面。第二多孔材料具有与第一材料的第一孔密度不相似的孔密度。第一材料和第二材料配置成向基于流体的颗粒计数器提供来自液体的蒸气。公开了其他装置。

Description

用于低噪声颗粒计数的复合吸芯

要求优先权

本专利申请要求于2016年10月31日提交的题为“用于低噪声颗粒计数的复合吸芯(Composite Wicks for Low Noise Particle Counting)”的美国临时申请序列第62/415,333号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请涉及空中颗粒计数器的技术领域，并且在具体实施方案中涉及减少凝聚颗粒计数器中的伪颗粒计数的装置。

背景技术

在许多空中颗粒测量研究中，使用凝聚颗粒计数器(CPC，也称为凝聚核计数器，CNC)来检测受监测环境中的颗粒；所述颗粒太小而不能散射足够的光而通过常规检测技术(例如，光学颗粒计数器中的激光束的光散射)来检测。小颗粒通过来自CPC内的工作流体在颗粒上形成的凝聚而生长至更大的尺寸。即，每个颗粒充当工作流体的成核点；使蒸气在颗粒上凝聚以使颗粒更大。在由于工作流体蒸气在颗粒上凝聚而实现颗粒的生长之后，CPC以如下方式与光学颗粒计数器类似地运行：然后单个液滴穿过激光束的焦点(或焦线)，产生呈散射光形式的闪光。将每个闪光计为一个颗粒。

尽管它们在检测极小颗粒方面具有优势，但是已知CPC产生高的伪计数率。随着体积样品流量(即，采样速率)增加，排入流动路径的任何工作流体都具有产生气泡或其他形式的小液滴的趋势。然后小液滴生长成被CPC内的光学颗粒检测器检测到的大颗粒。由于这些计数是在CPC内部产生的，并非由来自受监测环境的实际颗粒引起的，因此内部产生的计数被视为伪颗粒计数，并且即使当颗粒计数器对通常干净的、经HEPA过滤的无颗粒空气(例如，从高效微粒空气(HEPA)过滤器接收的经过滤的空气)进行采样时也会发生。

在一些应用中，与基于其他类型的工作流体的CPC(例如，使用例如异丙醇或丁醇的基于醇的CPC)相比，由CPC产生的伪计数率在基于水的CPC中可能通常更普遍。由于CPC通常用于测量较高浓度的颗粒，因此在大多数应用中，高的伪计数率并不是问题。然而，对于测量如在例如其中发生电子制造过程的环境和洁净室中存在的低颗粒浓度而言，高的伪计数率是值得注意的问题。随着洁净室CPC中存在的样品流量(通常为每分钟2.83升(约每分钟0.1英尺³))的增加，高的伪计数率变得更加关键。CPC的性能通过特定时间段内伪计数的数目来评价。例如，在该流量下，半导体洁净室可能要求每小时少于6个伪计数。

先前各制造商开发具有低的伪计数率的高流量CPC以用于洁净室应用的尝试是不成功的。虽然一些方法最初产生良好的伪计数率，但是这些方法都不能在显著长的时间内维持低的伪计数率。

因此，通常，伪计数的数目越少，仪器越好。所公开的主题描述了减少或消除CPC中的伪颗粒计数的技术和设计。

附图说明

图1示出了根据多个实施方案的插入吸芯保持器中的复合吸芯的截面；

图2A是将单个多孔塑料吸芯与具有内部尼龙膜吸芯的复合多孔塑料吸芯进行比较的半对数图；以及

图2B是将单个多孔塑料吸芯与具有内部尼龙膜吸芯的复合多孔塑料吸芯进行比较的图2A的半对数图的二维线性变体。

具体实施方式

凝聚颗粒计数器的科学和仪器的复杂性在于使蒸气凝聚在颗粒上的技术。当包围颗粒的蒸气达到特定的过饱和度时，蒸气开始在颗粒上凝聚。过饱和的大小决定了CPC的最小可检测颗粒尺寸。通常，仪器内的过饱和曲线受到严格控制。

虽然存在可以用于产生凝聚生长的几种方法，但是广泛使用的技术是连续层流法。连续层流CPC具有比其他类型CPC更精确的温度控制，并且其具有比使用湍流(混合流)的仪器更少的颗粒损失。在层流CPC中，将样品连续地抽吸穿过经蒸气饱和的调节器区域，并使样品达到热平衡。接着，样品被引入发生凝聚的区域。相比之下，在基于醇(例如异丙醇或丁醇)的CPC中，调节器区域处于温暖的温度下，并且凝聚区域(饱和器)相对更冷。水具有非常高的蒸气扩散性，因此具有冷的凝聚区域的基于水的层流CPC在热力学上不起作用。在基于水的层流CPC中，调节器区域是冷的，并且凝聚区域相对更暖。

基于水的CPC与基于醇的CPC相比具有几个优点。水无毒、环境友好并且容易获得。然而，水也具有一些缺点。通常，水的液体纯度不如从化学品供应商处购买的醇那样受到严格控制。水中的杂质可能在用于向载有颗粒的样品流供应工作流体的吸芯中积累，并最终导致吸芯材料变得失效。为了抵消这种杂质影响，经常利用蒸馏水或高纯水。另外，吸芯经常可由最终用户现场替换。在一些预期存在极低颗粒计数的环境(例如，半导体制造设施)中，最终用户可以使用特别制备和包装用于正相液相色谱法(NPLC)的水。NPLC水是具有低紫外(UV)吸光度的超纯水，其经常通过例如0.2微米(μm)过滤器过滤，并且包装在经溶剂清洗的琥珀色玻璃瓶中并在惰性气氛(例如氮气)下密封。使用NPLC水可以有助于减少或消除来自通常可能存在于水中的污染物(例如，离子、颗粒或细菌)的伪颗粒计数。

如上所述，同时期基于水的凝聚颗粒计数器(CPC)中报告的计数率通常由于高的伪颗粒计数率而不为洁净室应用所接受。目前的洁净室要求(例如，在半导体工业中)规定在每分钟2.83升的空气采样流量下每小时少于6个计数的严格伪计数率。典型的CPC具有比该值高几个数量级的伪计数，并且这些计数倾向于包括随时间推移的散发性“爆发”计数。这种伪计数“噪声”可能无法区分于测试下的环境中的实际颗粒计数。本文中描述的本发明的主题的多个实施方案解决了CPC中一直以来的问题，即必须控制空气/气溶胶穿过生长室的流动，同时还必须管理工作流体在该室的所有内表面上的凝聚，使得经凝聚的液体不会成珠、形成液滴和产生噪声颗粒。此外，CPC必须具有进入系统中的新鲜液体流，所述新鲜液体流必须被分散而不产生噪声颗粒。通常，吸芯用于此目的。

本文中公开的多个实施方案包括特别开发以减少或消除由各种因素例如水泡或空水滴(例如，检测到的“颗粒”不包含充当成核点的实际颗粒)引起的伪计数的技术和设计。在一个实例中，用于复合吸芯的材料的组合提供了允许所测量的颗粒按预期生长而不添加“噪声颗粒”(即，由CPC内部产生并因此不表示受监测环境中的实际颗粒情况的颗粒情况)的液体管理、长寿命和蒸发表面。

在一个实施方案中，本文中公开的洁净室CPC使用至少两个多孔介质“层”以形成吸芯。各“层”可以具有一些重叠部分并且厚度基本上均匀或变化。在实施方案中，层的厚度在约0％至约10％的厚度变化内被认为基本上均匀。在实施方案中，层的厚度在约10％至约20％的厚度变化内被认为基本上均匀。此外，每个层可以包含相同材料或不同材料。此外，如以下更详细描述的，每个层可以具有均匀或变化的孔(例如，开口)尺寸和均匀或变化的孔密度。孔可以包括在各材料内的一种或更多种形状的开口，例如圆形的、细长的、截面变化(面积和形状二者)的开口；相邻纤维之间的开口；及其各种组合；或者如本领域技术人员可以理解的一些其他形状以及恒定或变化的尺寸。此外，各种开口可以通过例如本领域技术人员独立已知的机械和/或化学手段或其他方法形成。

多孔介质用于将工作流体抽吸至包围进入的载有颗粒的气溶胶样品流动路径的区域。多孔介质，也称为吸芯，可以包含所述的一种或更多种各种类型的材料。在本文中公开的本发明的主题中，各种类型的材料可以是亲水的或疏水的。在一个具体实施方案中，使用亲水材料和疏水材料二者以形成复合吸芯。在又一个实施方案中，使用的两种材料都是疏水的。在又一个实施方案中，两种材料都是亲水的。多孔介质包围气溶胶流动路径的至少一部分并且可以包含从CPC的样品入口至光学颗粒检测器处或其附近的连续材料，所述光学颗粒检测器用于在颗粒由于包围颗粒的凝聚工作流体的形成而尺寸生长时立即检测颗粒。在多个实施方案中，复合吸芯可从CPC移除以用于CPC的运输和维护。相比于本发明的主题，常规吸芯由多孔材料例如模制/烧结聚乙烯、吸墨纸等组成。使用工作流体(例如水)的流入使这些吸芯保持湿润。这些单一材料的吸芯具有来自以下的伪计数的问题：冲入的液体；所夹带的气泡破裂；以及液体在表面上凝聚，其形成周期性下落、飞溅或未被完全吸收回到吸芯中的液滴。

为了解决这些进一步的问题，本发明的实施方案公开了改善的吸芯设计，所述吸芯设计用于在长时间段(大于30天)内始终如一地产生超低噪声计数(可以为在2.83lpm下每分钟小于0.02个计数-远低于半导体洁净室要求的每小时6个计数)的高流量水CPC。在一个实施方案中，本发明的主题采用比所有其他单独的吸芯表现更好的双材料吸芯设计。在另一个实施方案中，可以对单吸芯材料进行改性以产生减少伪颗粒计数的组成结构。例如，以例如适当的高速加工吸芯的内表面或者以化学方式对其进行处理可以使内表面具有更小的孔，类似于本文中所讨论的有衬里的吸芯。

虽然随后的说明书主要集中于与烧结塑料层复合的Nytran^TM材料的组合，但是本发明的主题也可以容易地与其他的材料组合一起使用。例如，烧结金属或陶瓷、或者形成有约亚微米尺寸的孔的其他材料也可以用于形成复合吸芯。此外，虽然随后的说明书描述了包含两种材料的复合吸芯，但是在阅读和理解本文中提供的说明书时，本领域技术人员将认识到可以利用多于两个层的材料。一种或更多种复合材料可以包含亲水材料以帮助将工作流体抽吸至CPC的饱和区中。因此，为了便于理解本发明的主题，本说明书的剩余部分将集中于两种材料——Nytran^TM和烧结塑料的使用。

最初，对衬有几种长度的Nytran^TM的塑料吸芯的吸芯变体进行测试，结果计数没有得到显著改善。在多个实施方案中，将Nytran^TM层延伸至其他表面上以收集凝聚物并防止液滴形成。随后在具有两个变体的总共五个单元中构建和测试该设计，所述两个变体基于Nytran^TM衬里在塑料吸芯的顶部上方突出的距离，如参照下图1所示和所述的。复合设计允许吸芯层突出至其中流体发生凝聚的不规则空间中，从而防止成问题的水滴积累。在测试中，由具有Nytran^TM衬里的模制烧结塑料组成的复合吸芯具有任意吸芯中的最佳整体性能以及具有合理成本的优点(目前，Nytran^TM比典型的塑料吸芯贵约50倍)。在实施方案中，Nytran^TM层向上突出至空间顶部处的锥形区域中以提供从其上发生凝聚的无孔表面至吸芯材料的平滑过渡。这种过渡防止大液滴在材料边界上聚集并生长直到它们滴落并引起例如颗粒的爆发。

复合吸芯由多孔烧结塑料层组成，其通过毛细管作用允许水从注入源自由地流过整个吸芯并且均匀地流过，同时保持内部Nytran^TM吸芯湿润并允许水(或其他工作流体)蒸气进入空气流。Nytran^TM防止颗粒在塑料吸芯中润湿时产生气泡或不规则性的问题。薄的Nytran^TM层足够柔韧以延伸至可以发生凝聚的塑料吸芯上方的表面，并允许水流回至吸芯中而不形成导致伪计数的大水滴。Nytran^TM层还有助于将凝聚的工作流体(例如水)抽吸至吸芯管中。另外，如以下所讨论的，烧结塑料与Nytran^TM材料的组合在保持作为时间的函数的伪计数的减少或最小化以及形成复合吸芯的方面提供了帮助。以下将对复合吸芯的这些和其他优点进行更详细地描述。

在以下详细描述中参照附图，附图形成伪颗粒减少技术的一部分，并且其中通过示例的方式示出了具体实施方案。可以利用另一些实施方案，并且例如，在不脱离本公开内容的范围的情况下可以做出各种热力学、机械或物理变化。因此，将以示例性意义而非限制性意义来理解以下详细描述。

现在参照图1，示出了插入吸芯保持器中的复合吸芯的截面100。吸芯保持器示出为包括管状区101和锥形区103。如所示的，管状区101具有沿其长轴的钻孔、模制或以其他方式形成的孔。管状区101的内表面可以允许一些过量的工作流体返回至储存器。管状区101可以由不可透过工作流体的多种材料形成，包括铝、黄铜、不锈钢、陶瓷和各种类型的塑料以及其他材料。虽然没有示出，但是管状区101可以形成为具有圆形、椭圆形、细长矩形或其他截面形状(如沿着管状区101的纵轴观察的)。

锥形区103可以由与管状区101相同或相似的材料形成。锥形区103的内表面通常形成为具有轻微的表面纹理，所述表面纹理防止水在表面上成珠，而是将其散布在润湿的表面上使得其可以返回至吸芯而不会形成可能滴落或飞溅的大液滴。在一个具体实施方案中，锥形区103由绝热材料(例如乙酰基-均聚物树脂)形成。可以用作形成锥形区103的材料的一种乙酰基-均聚物材料可以是例如可得自美国特拉华州威明顿市北市场街1007号的E.I.du Pont de Nemours and Company(DuPont^TM)的

选择绝缘材料以在冷的管状区101与上方的光学元件(未示出但本领域技术人员理解)之间提供热障。绝热材料防止水在通向光学元件的路径中的凝聚或使其最小化。此外，提供锥形区103以引导流进入较小的管状区中，以准备引导流穿过与光学元件中的激光束对准的小直径喷嘴。激光束为通过激光束的每个液滴提供闪光。这种闪光通常由将光信号转换成电脉冲的光检测器检测。

复合吸芯形成在管状区101的孔内。在实施方案中，单一材料的两个或更多个“层”可以形成复合吸芯。在一个具体实施方案中，复合吸芯可以由两种或更多种不相似的材料形成。如图1中所示，复合吸芯由第一多孔材料105(例如烧结塑料材料)和第二多孔材料107(例如衬里材料)形成。材料是多孔的以允许工作流体(例如水或醇)通过(轴向和纵向二者)整个材料。如以上所讨论的，第一多孔材料105和第二多孔材料107各自可以具有彼此不相似(例如，不同)的孔密度和孔径分布。此外，吸芯材料可以包括均匀分布的孔密度和孔径分布、窄分布的孔密度和孔径分布、宽分布的密度和尺寸分布、或其各种组合。孔还可以包括例如纤维或纤维质材料、织造或非织造材料二者、各种海绵状材料、织物、玻璃纤维或其各种组合。

在多个实施方案中，较小的孔径允许工作流体被芯吸至比用较大孔径可以达到的更大的高度。孔可以具有微米或亚微米尺寸的尺寸(例如，直径或其他特征尺寸)。在一个具体实施方案中，平均孔尺寸可以是Nytran^TM材料中的直径(或其他特征尺寸)为约0.45μm，并且烧结塑料材料中的直径为约50μm。在另一些实施方案中，衬里平均孔尺寸可以是直径大至约1μm或更大。在又一些实施方案中，衬里平均孔直径可以为约0.2μm或更小。在这些相同的实施方案中，烧结塑料平均孔直径或其他特征尺寸范围可以在直径为从约25μm或低于25μm至直径为约100μm或高于100μm的范围内。在又一些实施方案中，孔直径或其他特征尺寸范围可以包括以上讨论的许多尺寸或所有尺寸。通常测试的多孔塑料吸芯的孔尺寸标称为50μm。然而，已经发现标称25μm和75μm的孔尺寸也工作良好。

在一个具体实施方案中，第一多孔材料105的总长度D₁为约240mm(约9.5英寸)并且厚度为约1mm至2mm(约0.040英寸至0.080英寸)。假设插入有第一多孔材料105的管状区具有圆形截面，则第一多孔材料105的外径D₃为约12mm(约1/2英寸)，并且内径D₂为约10mm(约3/8英寸)。第二多孔材料107形成为延伸至锥形区103中约2.5mm(约0.1英寸)的距离D₅，所述距离D₅至少部分地取决于形成在锥体的内部上的角。第二多孔材料107以高于第一多孔材料105约1mm(约0.040英寸)的距离D₄形成在底部边缘上。距离D₄至少部分地基于第二多孔材料107(如果有的话)向锥形区103中的延伸。如图1中所示，第二多孔材料107突出至锥体中并与锥体的表面牢固接触，以使来自锥体表面的经凝聚的液体能够被吸收至材料中而不在过渡表面中的小间隙上成珠。在另一些实施方案中，突出不是必需的。例如，基于特定管和锥体(如果使用的话)的物理几何结构，可以不需要突出。第二多孔材料107的厚度可以为约50μm至100μm(约0.002英寸至0.004英寸)。第一多孔材料105和第二多孔材料107可以具有基本上相同或相似的表面积(例如，具有10％至20％范围内的表面积)。然而，提供这些尺寸和其他数量中的每一者以更清楚地说明具体实施方案，以及本发明的主题的一般性质。无论如何，基于阅读和理解本文中提供的公开内容，本领域普通技术人员将认识到可以基于气溶胶流量、所选吸芯材料的工作流体传输特性、系统的热力学和对特定CPC的其他考虑而容易地确定其他尺寸。

在多个实施方案中，并且如以下更详细描述的，第一多孔材料105具有大的孔尺寸，并且第二多孔材料107为更密实的材料(即，具有更小的孔尺寸)。大的孔尺寸比密实材料中的小的孔尺寸允许工作流体更自由地移动并且更均匀地分布，而密实的内部材料使气泡减少并抑制由诸如填充阀移动和其他因素的情况引起的压力波动。具有单独的材料层还缓冲以下影响：由例如CPC的物理移动引起的进水注入包含波动以及包含将引起颗粒和噪声的任何液滴。

在一些实施方案中，第一多孔材料105和第二多孔材料107中的任一者或两者可以被制造成包含表面活性剂。表面活性剂用于降低工作流体与多孔材料之间的表面张力。然而，在某些应用中，并且取决于表面活性剂的化学组成，表面活性剂可能流出或以其他方式从多孔材料脱位。在这样的情况下，表面活性剂可以通过本领域技术人员独立已知的手段以化学方式除去、剥离、洗涤或用其他方式消除或减少。基于本文中讨论的多个实施方案，以及如以下更详细讨论的，典型吸芯的伪颗粒计数率通过使用本文中所述的复合吸芯降低了几个数量级。例如，在采用复合吸芯进行的测试中，伪颗粒计数在30天或更长时间保持为零或非常接近零。

在一个实施方案中，第一多孔材料105和第二多孔材料107中的一者或两者可以包含烧结塑料。在另一些实施方案中，多孔材料中的一者或两者可以包含吸墨纸或相似的多孔材料。在又一些实施方案中，以及如以下更详细讨论的，多孔材料可以包含例如烧结金属和烧结陶瓷。

用作例如第二多孔材料107的一种合适的多孔材料是商品名被称为Nytran^TM(可得自Sigma-Aldrich，公司办公室位于密苏里州圣路易斯市云杉街3050号，或者可得自GEHealthcare Life Sciences，公司办公室位于马萨诸塞州马尔堡市Results路100号，二者均位于美利坚合众国)的尼龙膜。Nytran^TM是中值孔尺寸尺度为约0.45μm的多孔材料。在另一些形式中，Nytran^TM的中值孔尺寸尺度为约0.2μm。Nytran^TM是在支撑基体的两侧基本上均匀地浇铸的尼龙膜，从而表现出从材料的第一表面(例如，第一面)至第二相反表面的对称性以及基本上一致的膜形态。Nytran^TM的结合能力大于600μg/cm²。

第二多孔材料107(例如Nytran^TM)为各种原因的伪计数来源提供屏障。例如，由于在Nytran^TM材料的制造期间形成的小的孔尺寸，气泡(例如，包含被水或其他工作流体包围的空气)不能穿过Nytran^TM。

然而，当将第二多孔材料选择为如在上述具体实施方案中使用的Nytran^TM时，可能需要考虑其他机械特性。例如，Nytran^TM在润湿时溶胀，从而增加了移除吸芯(接着用新的吸芯进行后续替换)的难度，特别是当在现场进行这样的替换操作时(除非在吸芯替换之前给予足够的时间来使该材料完全干燥)。因此，通过将Nytran^TM与另外的材料(例如烧结塑料)复合，与使用Nytran^TM材料自身相比，可以减少或消除来自溶胀的影响。此外，Nytran^TM较难以形成为给定的形状。因此，第一多孔材料105可以选自容易成形的材料(例如，烧结塑料或烧结金属)，特别是当第一多孔材料105形成在Nytran^TM材料周围时。

如以上一些实施方案中所述，形成复合吸芯(由第一多孔材料105和第二多孔材料107组成)使得每种材料基本上为单层(例如，轧制的)，其中在会合边缘上稍微重叠。然后将复合吸芯压配合在孔内。在另一些实施方案中，通过化学粘合剂在几个地方或作为连续的粘合剂层将复合吸芯保持在适当的位置。然而，在一段时间之后，化学粘合剂可能劣化。在又一些实施方案中，可以通过本领域技术人员独立已知的机械手段(除压配合之外的)将复合吸芯保持在适当的位置。

现在参照图2A，示出了将单个多孔塑料吸芯与具有内尼龙膜吸芯的复合多孔塑料吸芯(在该实施方案中，选择Nytran^TM用于内吸芯)进行比较的半对数图。将测试下的基于水的CPC的入口连接至绝对过滤器(例如，本领域已知的HEPA过滤器或ULPA过滤器)，使得被每个CPC检测到的任何“颗粒”都是内部产生的。因此，示出的所有计数都表示伪计数。横坐标表示测试运行的时间(以天计)。纵坐标表示作为时间的函数的每分钟颗粒的对数计数。第一曲线201表示仅利用多孔塑料的单一材料吸芯的持续增加的每分钟计数。如图2A中所示，来自多孔塑料吸芯的颗粒计数在第一个20天持续增加，此时包含多孔塑料吸芯的CPC的测试是不连续的。

然而，如第二曲线203所示，并且回想纵坐标轴以对数示出，具有内尼龙膜吸芯的复合多孔塑料吸芯显示每分钟约0.03个计数(即每小时少于2个)的总最大计数率(即，伪计数率)。参照图2B(其为图2A的半对数图的二维线性变体)，可以更容易地看到接近零的伪计数率，并且还对单个多孔塑料吸芯与具有内尼龙膜吸芯的复合多孔塑料吸芯进行比较。

在又一系列的测试中，本文中所述的复合吸芯的一个实施方案用于对除水之外的工作流体进行的测试。测试确认了在其中使用Nytran^TM材料作为内吸芯给经加工的塑料吸芯加衬里的基于丁醇的系统中，给吸芯的内壁加衬里(例如，复合芯吸设计)将伪计数率改善了近250倍。在一个运行12小时时间段的测试中，单个层的吸芯(即没有内衬里)的伪计数率为每小时162个计数。在使用内衬里进行的后12小时时间段期间，同一吸芯表现出每小时仅0.667个伪计数(即，约每分钟0.01个伪计数)。因此，本文中所述的复合吸芯可以容易地与各种工作流体(除了水之外，包括其他常见流体例如丁醇、醇，等等)一起使用。

为了验证与传统的单一材料塑料吸芯相比时复合吸芯的效力，对仅使用塑料吸芯的多个基于水的CPC进行了另外的测试。在另外的测试之一中，总的伪颗粒计数率增加至接近每分钟14个计数(每小时840个计数)，此时由于伪颗粒计数持续增加而终止了测试。然而，在进行的所有测试中，仅使用塑料吸芯的基于水的CPC表现出计数远超过(即，超过几个数量级)对于半导体洁净室的要求(在2.83lpm的每小时6个计数)。

以上说明书包括体现所公开主题的示例性实例、设备和装置。在说明书中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的主题的多个实施方案的理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，本发明的主题的多个实施方案可以在没有这些具体细节的情况下实施。此外，没有详细地示出公知的结构、材料和技术，以免使各种示例的实施方案模糊。

如本文中所使用的术语“或”可以以包含或排除的含义来解释。另外，虽然本文中讨论的各种示例性实施方案集中于结合具体材料的特定复合吸芯的设计，但是本领域普通技术人员在阅读和理解所提供的公开内容时将理解其他实施方案。此外，在阅读和理解本文中提供的公开内容时，本领域普通技术人员将容易理解，本文中提供的技术和实例的多种组合可以全部以多种组合应用。

虽然多个实施方案是单独讨论的，但是这些单独的实施方案并不旨在被视为独立的技术或设计。如上所示，各种部分各自可以是相互关联的，并且各自可以单独使用或与本文中讨论的其他复合吸芯形成技术和材料组合使用。

此外，虽然给出了本文中讨论的各种参数的具体值、值的范围、尺寸和技术，但是提供这些值和技术仅是为了帮助本领域普通技术人员理解本文中公开的设计和技术的某些特征。在阅读和理解所提供的公开内容时，本领域普通技术人员将认识到这些值、尺寸和技术仅作为实例呈现，并且可以采用许多其他值、值的范围、尺寸和技术，同时仍然受益于所讨论的可以用于生产复合吸芯的新设计。因此，装置的各种示例旨在提供对多个实施方案的结构和设计的一般理解，并不旨在提供对可以利用本文中所述的结构、特征和设计的装置的所有要素和特征的完整描述。

在阅读和理解本文中提供的公开内容时，对本领域普通技术人员显而易见的是可以做出许多修改和变化。除本文中列举的方法和装置之外，在本公开内容的范围内的功能上等同的方法和装置将基于前述描述而对本领域普通技术人员是显而易见的。例如，虽然本文中提供的公开内容严格地集中于由两种材料构成的复合吸芯以便于理解本发明的主题，但是本领域技术人员将认识到可以使用多于两种材料来形成复合吸芯。一些实施方案的部分和特征可以包括在另一些实施方案的部分和特征中，或者被其替代。在阅读和理解所提供的描述时，许多其他实施方案对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。这样的修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。因此，本公开内容仅受所附权利要求的条款以及这些权利要求有权保护的等同方案的全部范围的限制。还应理解，本文中使用的术语仅是为了描述特定实施方案，并不旨在是限制性的。

提供本公开内容的摘要以使读者快速确定技术公开内容的性质。摘要按以下理解而提交：其不用于解释或限制权利要求。此外，在前述的具体实施方式中可以看出，为了简化本公开内容，可以在单个实施方案中将多个特征组合在一起。公开内容的该方法不应被解释为限制权利要求。因此，以下权利要求由此并入具体实施方式中，每项权利要求独立作为单独的实施方案。

Claims (32)

1.一种复合吸芯装置，所述装置包括：

吸芯保持器，所述吸芯保持器具有管状区和锥形区，所述管状区具有沿所述管状区的长轴形成在其中的孔，所述管状区和所述锥形区各自由至少一种不能透过工作流体的材料形成，所述管状区和所述锥形区由至少一种不能透过的材料形成以允许至少一部分过量的所述工作流体返回至流体储存器；

具有第一孔密度的第一多孔材料，所述第一多孔材料还具有第一表面和相反的第二表面；

第二多孔材料，所述第二多孔材料与所述第一多孔材料流体连通并且具有面积与所述第一多孔材料的第一表面的面积相同的第一表面，所述第二多孔材料的第一表面接触所述第一多孔材料的第一表面，所述第二多孔材料具有与所述第一孔密度不相似的第二孔密度，所述第一多孔材料和所述第二多孔材料配置成向基于流体的颗粒计数器提供来自所述工作流体的蒸气，所述第一多孔材料和所述第二多孔材料被配置成至少置于所述吸芯保持器的所述管状区内，所述第二多孔材料被配置成包围进入的载有颗粒的气溶胶样品流动路径。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二多孔材料与所述第一多孔材料同轴。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多孔材料的所述相反的第二表面接触所述吸芯保持器的内部。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述锥形区的纵轴沿所述管状区的所述长轴布置。

5.根据权利要求1所述的装置，其中至少所述第二多孔材料部分地延伸至所述锥形区中以使所述工作流体的凝聚液滴能够被至少所述第二多孔材料吸收。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述锥形区具有在所述锥形区的内表面上的表面纹理。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述锥形区包含绝热材料以提供相对于所述管状区的热障。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多孔材料包含烧结塑料材料，所述第二多孔材料包含尼龙膜。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多孔材料和所述第二多孔材料中的至少一者包含亲水材料。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多孔材料和所述第二多孔材料中的至少一者包含疏水材料。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一多孔材料和所述第二多孔材料中的至少一者包含选自包括烧结金属和多孔陶瓷在内的材料中的至少一种材料。

12.一种复合吸芯装置，所述装置包括：

第一多孔材料层，所述第一多孔材料层具有第一表面和相反的第二表面；

与所述第一多孔材料层流体连通的第二多孔材料层，所述第二多孔材料层具有面积与所述第一多孔材料层的第一表面的面积相同的第一表面，所述第二多孔材料层的第一表面接触所述第一多孔材料层的第一表面并且在所述第一多孔材料层内同轴地形成，所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层用于向基于流体的颗粒计数器提供来自工作流体的蒸气，所述第一多孔材料和所述第二多孔材料被配置成至少置于吸芯保持器的管状区内，所述第二多孔材料被配置成包围进入的载有颗粒的气溶胶样品流动路径，所述管状区具有沿所述管状区的长轴形成在其中的孔并且由至少一种不透过所述工作流体的材料形成，所述管状区由所述至少一种不透过所述工作流体的材料形成以允许至少一部分过量的所述工作流体返回至流体储存器。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层具有第一孔密度，所述第二多孔材料层具有第二孔密度。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层具有第一孔密度和孔尺寸分布，所述第二多孔材料层具有第二孔密度和孔尺寸分布，所述第一孔密度和孔尺寸分布不同于所述第二孔密度和孔尺寸分布。

15.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层中的至少一者的厚度是均匀的。

16.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层中的至少一者的厚度是变化的。

17.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层各自包含不同的材料。

18.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层各自包含相同的材料。

19.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层中的至少一者具有变化的孔密度。

20.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一多孔材料层和所述第二多孔材料层中的至少一者具有变化的孔尺寸分布。

21.一种吸芯装置，包括彼此流体连通并且彼此同轴地形成的复数个多孔材料层，所述复数个多孔材料层用于向基于流体的颗粒计数器提供来自工作流体的蒸气，所述复数个多孔材料层的内部被配置成包围进入的载有颗粒的气溶胶样品流动路径，所述复数个多孔材料层中的至少一者的中值孔特征尺寸大于所述复数个多孔材料层的余者中的至少一些的中值孔特征尺寸，所述复数个多孔材料层被配置成至少置于吸芯保持器的管状区内，所述管状区具有沿所述管状区的长轴形成在其中的孔并且由至少一种不透过所述工作流体的材料形成，所述管状区由所述至少一种不透过所述工作流体的材料形成以允许至少一部分过量的所述工作流体返回至流体储存器。

22.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层的至少一者中的孔尺寸具有小于1微米的特征尺寸。

23.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层的至少一者中的孔尺寸具有大于1微米的特征尺寸。

24.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层的至少一者包含表面活性剂材料。

25.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自包含相似的材料。

26.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层中的至少一些包含与所述复数个多孔材料层的余者不相似的材料。

27.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自下述至少一种材料：所述至少一种材料选自包括织造材料和非织造材料的材料。

28.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自纤维质材料。

29.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自纤维。

30.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自海绵状材料。

31.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自织物。

32.根据权利要求21所述的吸芯装置，其中所述复数个多孔材料层各自选自玻璃纤维。

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