CN1957105A - 用于传输纳米微粒的传输系统以及用于运行该系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于传输干燥的纳米微粒(18b)的传输系统。按照本发明规定，为了传输，对纳米微粒(18b)进行磁化或充电并在传输通道中借助于场发生器(20a、20b)产生磁场或电场，在该磁场或电场中纳米微粒(18b)运动通过传输通道(12)。纳米微粒可以例如通过喷出口(13)喷出，由此实现计量。为了防止纳米微粒(18b)结块或粘附到内壁(26)上，可以借助于压电执行元件(28)使内壁涂层(27)震动，该震动传递到纳米微粒(18b)上。通过所述传输系统，有利地实现了干燥纳米微粒的传输，由此不必将该纳米微粒加工成悬浮状。

Description

用于传输纳米微粒的传输系统以及 用于运行该系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于传输纳米微粒的传输系统。可以将具有在纳米范围内尺寸规格的最小颗粒理解为干燥的纳米微粒，这样的微粒分别由多个原子或分子组成。如果这种微粒是干燥的，则其构成了纳米弥散的粉末，也就是说，不采用流体的载运介质来传输纳米微粒。
背景技术
从德国专利申请文件DE19632393A1可以得知，这种所谓的纳米粉末不能顺畅地喷洒，因此例如在物理蒸发沉积(PVD)过程中从外部输入物料是有困难的。所以规定，不能采用纳米粉末作为在PVD-过程中供入的原料，而是相反地当场在PVD-过程之中制造纳米微粒。为了制造纳米微粒必须在PVD-过程中供入适合此目的的原料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于纳米微粒的传输系统，利用该传输系统可以实现纳米粉末的传输。
按照本发明，上述问题通过一种用于干燥的被磁化的纳米微粒的传输系统得以解决，该传输系统具有用于纳米微粒的传输通道和用于产生磁场的场发生器，该场发生器相对于所述传输通道这样设置，使得能够在传输通道中不均匀地产生具有基本沿传输通道的走向取向的磁力线的磁场。在此有利地充分利用了下述效应，即，通过在传输通道内部的非均匀磁场将一个沿该磁场的磁力线取向的力在磁感应增大的方向上施加到已磁化的纳米微粒上。
本发明所要解决的技术问题可选地通过一种用于传输干燥的带电的纳米微粒的传输系统得以解决，该传输系统具有用于传输纳米微粒的传输通道以及用于产生电场的场发生器，该场发生器相对于所述传输通道这样地设置，使得能够产生具有至少基本上沿传输通道的走向取向的电力线的电场。在这种可选方案中在带电的纳米微粒中利用下述效应，即，对电场中的纳米微粒施加一个沿电力线方向的作用力。
在按照本发明的用于传输纳米微粒的传输系统中利用了下述效应，即，纳米微粒基于其极微小的质量就能够由于微小的力作用而运动，由此对纳米微粒进行轻微的磁化或充电对于在传输通道中的传输就已经是足够的。也就是说，业已表明，纳米微粒在其传输的过程中表现出了一种与通常的具有在微米范围内的颗粒规格的粉末颗粒的特性极其不同的特性。也就是说，纳米微粒基于其微小的粒度在传输时表现出用作零散的载流子、如离子的特性。
本发明传输系统的优选实施方式规定，所述用于产生磁场的场发生器由电磁线圈构成，该线圈设计成围绕着所述传输通道的绕组。在线圈的区域内在传输通道中产生均匀的磁场，该磁场随着离线圈越来越远而在传输通道内减弱。因此，磁化的纳米微粒被朝线圈的方向加速。用于产生电场的场发生器例如可以具有电容器。
本发明的一项独特的设计规定，所述传输通道汇入到一个用于排出所述纳米微粒的喷出口中。由此，所述传输系统也可以有利地用作喷嘴，从而可以借助于该喷嘴例如将纳米微粒均匀地分布到一个表面上或者一个空间体积内。带有喷出口的传输系统例如可以应用在如电弧蒸发条件下的PVD工艺中，以便可以将纳米微粒均匀地添加到PVD涂层中。
按照一项独特的设计，所述传输通道的内壁可相对于传输通道的走向沿径向运动以及这样安装执行元件，即，使得该执行元件可以引起所述内壁垂直于壁面的运动。由此可以有利地减少或甚至杜绝纳米微粒附着在传输通道的内壁上。因此场发生器使得纳米微粒更易于传输、尤其能够防止传输通道堵塞。因此，可以确保，即便在具有极微小直径的通道中也能传输纳米微粒，所述微小直径处于纳米微粒的颗粒直径的三至五倍之间。尤其有利的是，所述执行元件由压电执行元件构成，该压电执行元件例如可以引起所述内壁在超声波范围内的震动。
另外，本发明还涉及一种用于运行传输纳米微粒的传输系统的方法。与此相关地，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于运行传输纳米微粒的传输系统的方法，通过所述传输系统可以最佳地将纳米微粒的传输与各种用途相适应。
这一技术问题按照本发明是通过一种方法得以解决的，在该方法中，在传输通道内产生静态场，在需要连续输送纳米微粒期间，该静态场一直保持存在。这不仅对于借助于适当的磁场磁化的纳米微粒、而且对于借助于电场或者还可以借助于电场与磁场的叠加充电的纳米微粒在纳米微粒具有适合特性时都是可以实现的。由此将场发生器用于传输纳米微粒的传输机构中，只要该场发生器产生一个作用场。
上述技术问题的另一种解决方案在于一种用于运行传输纳米微粒的传输系统的方法，在该方法中，在传输通道内产生脉动场，其中，通过调节脉冲进行对纳米微粒的计量。可以相应地根据对计量的要求调整脉动场的场强随时间的改变。这种改变可以通过脉冲长度、脉冲幅度、脉冲间距以及脉冲形状等的变化来影响。与在传输通道内的每个限定时间的喷出或传输有关地进行纳米微粒的计量。
附图说明
下面借助于附图阐述本发明的细节。在附图中相同或对应的元件以各自相同的附图标记标注，以及各附图之间的相同之处仅阐述一次。附图中：
图1简略地表示按照本发明具有场发生器的传输系统的实施方式；
图2简略地表示按照本发明具有用于电场的场发生器的传输系统的实施方式；
图3以剖视图表示所述传输系统作为喷嘴的实施方式；
图4简略地表示具有图3所示的喷嘴的PVD涂层设备。
具体实施方式
按照图1表示出了传输系统11a，该传输系统具有传输通道12，传输通道12终止于一个喷出口13。另外，在喷出口13的区域内设有由电磁线圈15和电源16组成的场发生器14a。线圈15在喷出口13处环形地围绕所述传输通道12，使得在喷出口13的区域内在传输通道12内部产生均匀的磁场(以磁力线17a表示)。而在线圈15之外沿传输通道12的其他示出的走向形成的磁场是不均匀的，同时，磁感应随着远离线圈而减弱。
传输通道12的走向基本上沿着所产生磁场的确定的磁力线走向，由此可以实现传输通道的弯曲。另外，也可以选择将传输通道设计成直的(未示出)，因为沿着线圈15的对称轴看磁场随着逐渐远离线圈而减弱。已磁化的(例如由象铁那样的铁磁性材料构成的)纳米颗粒18a在由线圈15产生的均匀磁场内取向以及在传输通道12内沿具有逐渐增大的磁感应的磁场区域方向、亦即朝线圈15方向加速。在线圈15的内部存在均匀的磁场，使得纳米颗粒在通过该区域时不再继续加速。随后，纳米颗粒从喷出口13喷出并在自由的空间内基于现在变弱的磁场又开始减速。而在此处可以通过PVD-过程中的颗粒流来检测(参见图4)。
最后，在传输通道12上设置带有阀门的压缩空气接头24，通过该压缩空气接头可以将压缩空气脉冲输入到传输通道内。压缩空气接头也可以以未示出的方式具有多个通入到传输通道12内的入口，以便将压缩空气均匀地分配到传输通道的侧壁上。通过吹入压缩空气可以防止纳米微粒18a粘附到传输通道12的侧壁上。
按照图2的传输通道11b将两个容器19相互连接起来，在这两个容器之间要交换带电荷的纳米微粒18b。为此，传输通道12在其端部处装有环形电极20a、20b，这些环形电极与一个电控制单元21一起共同构成一个设计为电容器的用于在传输通道12内部产生电场的场发生器14b(电场的电力线17b)。借助于控制单元21可以控制所述用于产生电场的环形电极20a、20b。在传输通道12内的电场将力施加到位于传输通道内的带电荷的纳米微粒18b上，使得可以将这些纳米微粒从一个容器19交换到另一个容器19中。通过传输通道12的传输的方向变换可以通过控制单元21对环形电极20a、20b的极性变换来实现。
另外，与容器19内传输通道12的入口22相对地在容器19的侧壁中集成构造有附加电极23a、23b，使得也能够在容器中已经建立电场，该电场使纳米微粒18b更易于进入到传输通道12中或从中排出。
按照图3，表示出了一传输系统11c，该传输系统具有设计为喷嘴的带有喷出口13的传输通道12。该传输通道在其背向所述喷出口13的端部处汇入到用于纳米微粒18b的存储器25中。存储器25以及传输通道12的内壁26由可以为传输系统11c承担不同功能的涂层27构成。这可以达到对环形电极20a、20b进行电绝缘。另外，可以在涂层27上对纳米微粒18b施加静电，使得纳米微粒带电。最后，将涂层27设计为弹性的，使得该涂层可例如垂直于内壁26的壁面运动。将若干压电执行元件作为产生该运动的执行元件嵌入到传输通道12和存储器25的壁材料中。为了清楚起见，未表示出压电执行元件28和所述同样嵌装到壁材料中的环形电极20a、20b的通电触点接通情况。
例如，可以由压电执行元件产生通过涂层27作用到纳米微粒18b上的震动。由此防止纳米微粒粘附到内壁26上。另外，通过激发环形电极20a、20b可以促使纳米微粒18b从传输通道12中喷出。通过对环形电极20a、20b施加直流电压例如可以产生连续的纳米微粒18b流。但是也可以对纳米微粒18b进行计量，为此，对环形电极20a、20b施加一个脉动的或者甚至是交变的电流。在这种情况下，随时间变化的由环形电极20a、20b产生的静电场同样有助于防止纳米微粒附着在内壁26上。当然也可以在按照图1的线圈装置中采用所述可实现的用于控制环形电极20a、20b的方法。
在图4中表示出了PVD涂层设备29，在该设备中例如可以采用一组连接在存储器25上的带有喷出口13的传输通道12，以便将零散的纳米微粒应用到PVD涂层工艺中。所述PVD涂层设备主要由真空室30构成，在该真空室中与一个待涂敷的基底32相对地安置一个靶31。基底32位于一个中性的底座33上，而靶31设置在一个设计为阳极的支座34上。真空室30的室壁构成相应的阴极。
借助于真空泵35可以将真空室抽真空，从而可以从一个存储容器36中将反应气体导入到该真空室中。借助于该反应气体可以在真空室30内点燃等离子体，该等离子体从所述靶31中分解出用于沉淀到基底32上的粒子。借助于传输通道12将纳米微粒引入到该粒子流中，由此将纳米微粒添加到涂层中。也可以将纳米微粒供给到电弧蒸发设备的电弧中(未示出)。

Claims (9)

1.一种用于传输干燥的磁化的纳米微粒的传输系统，其具有
-用于传输纳米微粒的传输通道(12)以及
-用于产生磁场的场发生器(14a)，该场发生器相对于所述传输通道这样设置，使得能够在传输通道中不均匀地产生具有基本上沿传输通道的走向取向的磁力线的磁场。
2.按照权利要求1所述的传输系统，其特征在于：所述用于产生磁场的场发生器(14a)具有电磁线圈(15)，该线圈(15)设计成围绕着所述传输通道(12)的绕组。
3.一种用于传输干燥的带电的纳米微粒的传输系统，其具有
-用于传输纳米微粒的传输通道(12)，以及
-用于产生电场的场发生器(14b)，该场发生器相对于所述传输通道(12)这样设置，使得能够产生具有至少基本上沿传输通道的走向取向的电力线的电场。
4.按照权利要求3所述的传输系统，其特征在于：所述用于产生电场的场发生器(14b)具有电容器(20a、20b)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的传输系统，其特征在于：所述传输通道(12)汇入到用于排出所述纳米微粒的喷出口(13)中。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的传输系统，其特征在于：所述传输通道(12)的内壁(26)可相对于传输通道的走向沿径向运动并这样安装执行元件，即，使得该执行元件可以引起所述内壁(26)垂直于壁面的运动。
7.按照权利要求6所述的传输系统，其特征在于：所述执行元件是压电执行元件(28)。
8.一种用于运行按照权利要求1至7中任一项所述的传输系统的方法，其特征在于：在传输通道(12)内产生静态场，在需要连续输送纳米微粒期间，该静态场一直保持存在。
9.一种用于运行按照权利要求1至7中任一项所述的传输系统的方法，其特征在于：在传输通道(12)内产生脉动场，其中，通过调节脉冲进行对纳米微粒的计量。
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