PT1031639E - Aparelho para vaporização de fluxo de gás - Google Patents

Description

PE1031639 1 DESCRIÇÃO "APARELHO PARA VAPORIZAÇÃO DE FLUXO DE GÁS" A invenção refere-se a um aparelho para a produção de partículas de nano-dimensão através da vaporização de materiais sólidos, como definido no prefácio da Reivindicação 1. A vaporização ocorre através da ablação do material obtido através da aplicação de um campo eléctrico e a consequente geração de uma descarga eléctrica entre dois eléctrodos onde pelo menos um deles contém o material a ser vaporizado.

Como se sabe, a ablação é a remoção dos átomos de superfície de um sólido, seguindo-se a transferência localizada de um impulso de energia para uma área da mesma, donde resulta em vaporização local de tal região.

Normalmente a transferência de energia ocorre de uma forma suficientemente rápida, assim, a transformação da porção de material em questão pode ser considerada como ocorrência sob condições adiabáticas, ou seja, sem o material remanescente seja afectado pelo calor e de tal forma que o mesmo seja mantido sob uma temperatura muito mais baixa que a temperatura de ebulição.

Do ponto de vista da aplicação, a localização do 2 ΡΕ1031639 processo de ablação possibilita tratamentos de superfícies de alta precisão (litografia, corte, perfuração, gravação de matrizes ou outros).

Para além disso, a partir do momento que os átomos da superfície sozinhos estão sujeitos à ablação, a extracção de material dos sólidos ocorre sem que se corra o risco de possível refundição do material submetido à ablação.

Para além disso, a característica adiabática do processo possibilita a vaporização de materiais altamente refractários como o grafite, o molibdénio e o tungsténio.

Este aspecto é de relevância particular para a síntese do estado gasoso de uma grande variedade de materiais: metais, óxidos, carbono, carbonetos e nitretos.

Também se sabe que para a produção de nano-partículas não somente a vaporização de materiais sólidos deve ser realizada, mas também a condensação das partículas de nano-dimensão do material sólido vaporizado. Este arrefecimento ocorre através de um banho térmico ou de um elemento de arrefecimento que consiste geralmente de um gás inerte. 0 impulso de energia que causa a ablação é transmitido ao sólido para ser vaporizado através de dois modos de alternativa mútua: através da geração de uma 3 PE1031639 descarga eléctrica ou de radiação laser.

Relativo ao segundo método, sabe-se que fontes ou vaporizadores para a produção de nano-partículas através de radiação laser, são compostas de um laser Excimer que gera um pulso laser. O pulso é dirigido de forma que incida sobre o alvo para vaporizar uma pequena porção do mesmo.

Uma desvantagem destas fontes ou vaporizadores é a que se segue: os lasers não podem transferir uma intensidade de energia a um alvo a qual possa ser suficiente para qualquer aplicação, ou seja, que possa ser suficiente para qualquer tipo de material a vaporizar.

Para além disso, para o controlo da secção e do grau de concentração no alvo do raio laser, é necessária a utilização de sistemas ópticos muito delicados fabricados com materiais especiais de alta qualidade.

Para além disso, os referidos lasers para vaporização são por si sós sistemas muito caros e de complicada gestão e baixa eficiência.

Eles também são de difícil ajuste, isto é, eles podem ser difíceis de adaptar a diferentes tipos de produção ou níveis de trabalho.

Com relação ao primeiro método, ou seja, a transferência de energia através da aplicação de um campo eléctrico, as fontes de vaporização por arco eléctrico são, 4 ΡΕ1031639 ao contrário, utilizadas, nas quais a ablação do material sólido ocorre através de uma descarga eléctrica entre os eléctrodos.

Através de um circuito de alimentação adequado, uma diferença de potencial é na verdade aplicada aos dois eléctrodos, assim o arco voltaico é criado entre eles: A descarga eléctrica causa uma pequena ablação de material por um dos dois eléctrodos.

Os dois eléctrodos estão inseridos num bloco de material não condutor, de forma que a faisca da descarga eléctrica esteja sempre restrita ao espaço entre os dois eléctrodos. Um impulso de gás também é restrito a correr pelo canal delimitado pelos dois eléctrodos. 0 gás de alta pressão que passa durante a descarga tem a função de remover o material que sofreu a ablação o qual pode, deste modo, ser utilizado para a produção de nano-partículas e possivelmente a formação de feixes moleculares. As desvantagens deste tipo de fonte estão representadas por uma baixa estabilidade do mesmo e a necessidade de frequentes manutenções por causa dos mecanismos de ablação que causam a formação de uma acumulação no eléctrodo que está de frente para aquele do qual o material é extraído e/ou as paredes do canal no qual os eléctrodos estão inseridos, isto envolve uma modificação continua e progressiva do espaço entre os eléctrodos (e, como resultado, a instabilidade e a vida útil curta) até 5 ΡΕ1031639 que ocorra um curto circuito.

Num aparelho conhecido através do Journal of Applied Physics (Jornal de Fisica Apicada), 1 Nov. 1998, AIP, USA, Vol. 84, N°. 9, páginas 5.270-5.276, XP-002139847, ISSN: 0021-8979, num artigo de T. Hihara e K. Sumiyama, para a formação e o controle da dimensão de um cluster de Ni pela condensação de gás plasma, o fluxo de gás é injectado na frente do cátodo e a área de crescimento do cluster situa-se do mesmo lado do cátodo, enquanto que a vaporização do plasma ocorre do outro lado do cátodo. Este aparelho, portanto, necessita de grandes sistemas de bombeamento diferencial para a extracção de feixes do material vaporizado. A patente US-A-5 591 313 descreve um aparelho para emissão de iões localizados e revestimento de superfícies por partículas que derivam de um cátodo, no qual o gás, quando faz pressão basicamente perpendicularmente contra o mesmo, é ionizado e causa um bombardeio da superfície do cátodo para remover os átomos a partir deste ponto. Os átomos removidos afastam-se do cátodo em direcções aleatórias, assim, somente uma parte deles alcança a superfície a ser revestida e a eficiência é praticamente mínima. 0 mesmo documento também sugere dirigir o gás tangencialmente à superfície do cátodo. O trabalho técnico que fundamenta a presente invenção é, portanto, para fornecer um aparelho para a produção de partículas de nano-dimensão capaz de superar 6 PE1031639 as desvantagens presentes nos sistemas já conhecidos.

No campo de aplicação deste trabalho técnico, isto é um objectivo importante da invenção para criar um aparelho dotado de características tais como a estabilidade e a intensidade, as quais são cruciais do ponto de vista da aplicação.

Outro objectivo importante é a criação de um aparelho de fabricação simples e de baixo custo. O trabalho técnico mencionado e os objectivos especificados são alcançados por um aparelho e um processo para a produção de partículas de nano-dimensão através da vaporização de materiais sólidos, como reivindicado nas Reivindicações 1 e 8 respectivamente.

As concretizações preferidas da invenção estão especificadas nas Reivindicações dependentes. As caracteristicas e vantagens do aparelho e do processo da invenção são enfatizadas pela seguinte descrição das concretizações preferidas do mesmo, ilustrada a título de exemplos não restritivos dos desenhos anexos, nos quais: -Fig. 1 mostra o aparelho da invenção considerado de modo geral; -Fig. 2 mostra a operação do aparelho na Fig. 1, na sua área de vaporização; - Fig. 3 é uma vista parcial em perspectiva em corte 7 ΡΕ1031639 de uma parte do aparelho na Fig. 1; e - Fig. 4 é uma vista parcial em perspectiva em corte de uma representação alternativa da Fig. 3;

Com referência particular à Fig. 1, o aparelho da invenção é composta basicamente de um vaporizador 1 delimitado por um corpo 2, preferencialmente de material cerâmico, dentro do qual uma cavidade 3 de forma cilíndrica, com seu eixo principal 3a, é formada.

Somente como indicação, na aplicação descrita a título de exemplo a cavidade 3 é um cilindro com um volume de aproximadamente dois centímetros cúbicos ou mais.

Pelo menos dois eléctrodos constituídos de pelo menos um ânodo 4, pelo menos um cátodo 5 que têm como destino a cavidade. Preferencialmente o cátodo 5 tem a forma de uma barra cilíndrica com um diâmetro de alguns milímetros e um comprimento de alguns centímetros por exemplo, e tem uma extensão do eixo 5a estendido longitudinalmente. Paralelamente ao eixo de extensão do eixo 5a ele é dotado de uma superfície lateral 5b na qual ocorre a ablação, como especificado de seguida. 0 cátodo 5 é feito de material a vaporizar pela ablação. A título de exemplo, o cátodo 5 muitas vezes é feito de carbono, um material usado para revestimento de eléctrodos em aplicações electroquímicas, ou para o revestimento de cátodos emissores de electrões para efeito PE1031639 de campo em ecrãs planos para computadores. O ânodo 4 pode ser posicionado em vários lugares e o seu eixo 4a pode ser alinhado com a extensão do eixo 5a do cátodo ou colocado transversalmente ao mesmo. No caso mostrado na Fig. 1, os eixos 4a e 5a estão alinhados.

Por exemplo, o ânodo 4 e o cátodo 5 têm como destino a cavidade 3 através dos respectivos orifícios 24 e 25, formados no corpo 2 e estão ligados por fios eléctricos adequados 401 e 501 à fonte de energia de alta-tensão e alta-corrente 6.

Para gerar uma descarga eléctrica, à fonte de energia 6 é adaptada para aplicar uma diferença de potencial contida entre 500 e 2000V para os eléctrodos, para gerar uma corrente que varia de 500 a 2000A, para além de um tempo de algumas dezenas de micro segundos.

Se observarmos a Fig. 1, um elemento em forma de disco 7 foi colocado do lado esquerdo do corpo 2 e da cavidade 3, e o referido elemento tem um orifício de injecção 7a para um fluxo de gás 8. O fluxo de gás 8 é liberado por uma válvula 9 e extraído por meio de um tubo 801 de um cilindro de gás 10. uma Foi colocada uma válvula redutora de pressão 10a imediatamente na saída do fluxo do cilindro de gás 10. O orifício de injecção 7a tem um diâmetro preferencialmente menor que um milímetro. Do lado direito da 9 ΡΕ1031639 cavidade 3 existe um injector de fluxo 11 para um feixe 12 de nano-particulas produzido por vaporização, e de gás. Por exemplo, o injector 11 tem um diâmetro de dois milímetros e um comprimentos de um centímetro. 0 orifício de injecção 7a do elemento 7 e o injector 11 são preferencialmente colocados ao longo do eixo principal 3a da cavidade 3, do lado oposto ao mesmo e o fluxo de gás 8 é pelo menos predominantemente coaxial com a cavidade 3. A válvula 9 extraindo o gás na entrada sob condições estacionárias, é ligada com o controlador 13 para a regulação do fluxo de gás 8 fornecido através de impulsos de duração pré-determinada. 0 gás que vem do cilindro 10 é preferencialmente um gás inerte, por exemplo, hélio. No cilindro 10 o gás tem uma pressão de aproximadamente duzentas atmosferas e a válvula redutora de pressão 10a leva a pressão do gás a aproximadamente oito atmosferas dentro do tubo 801. A válvula 9 é preferencialmente uma válvula solenoide de impulsos (Série 9 da General Valve Corporation) e a duração do impulso a ser considerada é menor que dez milésimos de segundo e preferencialmente na ordem de cinco décimos de milésimo de segundo. O controlador 13 que fornece o impulso de corrente necessário para abrir a válvula solenoide 9, é, por exemplo, o modelo 10 PE1031639

Jota One da General Valve Corporation.

Sob as condições acima especificadas, cada impulso fornece uma quantidade de gás hélio que, somente para indicação, corresponde a aproximadamente uma molécula de um micromole ou um micrograma. O corpo 2 é fechado dentro da primeira câmara 14 na qual o vácuo é criado graças à utilização de uma bomba de vácuo 15, por exemplo, do tipo difusora de óleo.

Somente como indicação, na primeira câmara 14, que comunica-se com a cavidade 3 através do injector 11, é definida uma pressão abaixo de dez milibares (que correspondem a mil Pa) e que preferencialmente correspondem a aproximadamente um centésimo de um milibar.

Pelo efeito dos impulsos de gás fornecidos pela válvula 9, uma pressão é definida na cavidade 3 cujos valores variam localmente de uma forma muito acentuada a depender das áreas consideradas. O ânodo 4 e o cátodo 5 têm uma distância ou espaço entre si muito reduzido em tamanho, por exemplo, de somente um milímetro ou menos, e este espaço é deslocado em relação ao eixo principal 3a e a direcção do fluxo de gás 8 que vem do elemento 7 dessa forma, ele não é atingido pelo mesmo.

Acima de tudo, o cátodo 5 juntamente com o 11 ΡΕ1031639 material a vaporizar pela ablação, aparece transversalmente e recebe o fluxo de ar 8 lateralmente, assim, a sua superfície lateral 5b é directamente atingida pelo referido fluxo de gás.

Perto da porção da superfície lateral 5b do cátodo 5 directamente atingida pelo fluxo de gás 8 a pressão é, portanto, extremamente mais alta que a existente em outras áreas da cavidade 3.

Adjacente à primeira câmara 14 existe uma segunda câmara 16 dentro da qual o vácuo também é criado através da bomba 15, a referida câmara 16 está separada da primeira câmara 14 por uma parede 17 na qual uma abertura 171 é formada para a passagem de um feixe 12 da primeira para a segunda câmara.

As partículas de nano-dimensão formadas na cavidade 3 junto com o gás inerte introduzido na mesma, formam um feixe molecular supersónico que basicamente expandem-se no vácuo através do injector 11.

Por exemplo, um manipulador 18 pode ser inserido na câmara 16 e pode ser preso e retirado para fora da câmara 16 e ele possui um suporte 181 para o substrato 182 no qual a acumulação do feixe 12 do material vaporizado para a aplicação deveria ocorrer, para a acumulação das películas nano-estruturadas. 12 PE1031639 A posição do cátodo 5 relativa ao fluxo de gás 8 que incide na superfície lateral 5b pode ser melhor avaliada na Fig. 2. O espaço entre o ânodo 4 e o cátodo 5 deve ser considerada aproximadamente um milímetro ou menos, cuja distância é perto de, porém menor, que o caminho livre médio de iões no gás injectado na cavidade 3, nos eléctrodos.

Como se sabe, o caminho livre médio de uma partícula de gás é a média das porções rectilíneas cobertas entre uma colisão e a subsequente da referida partícula com outras do mesmo gás.

Este facto (a proximidade entre o ânodo e o cátodo) faz com que a descarga eléctrica seja produzida fora do referido espaço e propagada para a área onde a pressão é maior.

Na área à volta do ponto onde o fluxo de gás 8 atinge o cátodo 5 existe justamente uma pressão de gás maior que a das áreas adjacentes e assim, a descarga eléctrica, ao invés de terminar directamente entre os eléctrodos, termina entre o ânodo 4 e a área atingida pelo fluxo de gás no cátodo 5. O fluxo de gás que atinge o cátodo 5 é, portanto, ionizado pela descarga eléctrica e o material é quase 13 ΡΕ1031639 totalmente removido pela ablação da área do cátodo 5 atingida pelo fluxo de gás ionizado.

Em outras palavras, a descarga eléctrica e o fluxo de gás ionizado actuam juntos na mesma área do cátodo 5. Nesta situação o gás fortemente ionizado pode exercer um intenso bombardeio iónico sobre o cátodo, a ionização do fluxo de gás 8 pode ocorrer de uma forma intensa devido à chamada "avalanche". A avalanche é uma reacção em cadeia bem conhecida, a qual é produzida no gás que entra, por exemplo, num campo magnético e que coloca-se entre os dois eléctrodos. Na presença de um campo eléctrico adequado, os electrões a fluir rapidamente entre os eléctrodos colidem com as partículas do gás neutro a causar a ionização do mesmo: em cada colisão um ião positivo e dois electrões pesados são produzidos.

Se o campo eléctrico é suficientemente intenso, os electrões pesados podem portanto adquirir energia suficiente para causar o novo processo de ionização pela colisão com outras partículas de gás neutro. Consequentemente, no conjunto, a chamada Avalanche é criada.

Na Fig. 2 a descarga eléctrica e o gás ionizado são esquematicamente identificados por 6a na sua borda mais externa, enquanto que a área mais interna da descarga e do plasma é esquematicamente conhecida pela referência numérica 6b. Na verdade, o jacto ionizado tem uma área interna densa 14 ΡΕ1031639 6b e a descarga ocorre proporcionalmente à densidade do jacto ionizado.

Como consequência da solução técnica descrita é obtida uma ablação muito intensa, como explicado, devido ao bombardeio iónico intenso do gás ionizado.

Para além disso, o material removido do cátodo 5 é impedido de acumular-se sobre o ânodo 4 e não pode causar uma modificação indesejável da geometria do eléctrodo e a obstrução do espaço entre o ânodo 4 e o cátodo 5 o que resultaria num curto circuito entre eles. A área de alta pressão no ponto onde o fluxo de gás 8 atinge o cátodo 5 também constitui um excelente banho térmico, o qual é indispensável à condensação do cluster no material removido. Caso a operação prolongue-se no tempo, a ablação do material envolve potencialmente a formação de uma cratera, devido à vaporização do material, no ponto onde o fluxo de gás 8 intercepta o cátodo 5.

Para evitar esta situação, foi criado um sistema mecânico que permite que o cátodo 5 gire ao redor da extensão do seu eixo 5a.

Este sistema mecânico é mostrado na Fig. 3 e é composto de uma haste 19 para suportar o cátodo 5, que gira no sentido da flecha A numa direcção predeterminada devido à acção de um motor eléctrico 20, e do eixo 201 ao qual está acoplada à haste de suporte 19, através de 15 PE1031639 acoplamentos 21 adequados.

Portanto, em virtude deste sistema, a operação do vaporizador 1 pode ser prolongada e a quantidade de material removido pela erosão pode ser aumentada.

Na Fig. 4 é mostrada uma representação alternativa da Fig. 3, na qual o ânodo 4 não está alinhado ao cátodo 5, mas disposto lateralmente e estende-se transversalmente a este último, de forma que encontre-se na posição de frente para a superfície lateral 5b. Além de que, o cátodo 5 passa através da cavidade do corpo 2 com a possibilidade de deslizar através do mesmo na direcção do eixo 5a.

Nesta representação o cátodo 5 pode ser continuamente alimentado por um sistema mecânico que possibilita a rotação do mesmo no sentido da flecha A e a translação no sentido da flecha B de dois modos preestabelecidos. O sistema é composto de um parafuso sem-fim 22 para suportar o cátodo 5, que é accionado através do seu acoplamento com uma porca 23 colocada em rotação pela haste de suporte 19 através da correia de transmissão 24. O movimento da haste de suporte 19 é transmitido através do motor 20 e dos meios de transmissão descritos anteriormente. 16 ΡΕ1031639

Vantajosamente, com uma configuração deste tipo, não é mais necessária uma regulação de distância muito precisa entre o ânodo e cátodo. Para além disso, a ablação do material ocorre numa porção do cátodo 5 que é continuamente renovada também na direcção axial: embora as crateras e os sulcos profundos não sejam produzidos e uma grande estabilidade e durabilidade com o passar do tempo sejam garantidas ao vaporizador. A operação do aparelho ocorre como de seguida.

Através da válvula 9 o fluxo de gás 8 é injectado por impulsos na cavidade 3. Por exemplo, a duração do impulso é na ordem de cinco décimos de milésimo de segundo, como já indicado.

Antes que o gás em expansão tenha alcançado um equilíbrio dentro da cavidade 3, a tensão é aplicada aos dois eléctrodos, ao ânodo 4 e ao cátodo 5, entre os quais a diferença de potencial característica é, como já indicada, que varia entre 500 e 2000V e é gerada uma corrente que varia entre 500 e 2000A. A descarga eléctrica entre o ânodo 4 e o cátodo 5 segue espontaneamente o jacto de gás, onde a pressão é maior, a ionizá-lo. O plasma gerado pela descarga eléctrica vaporiza o cátodo 5, a desgastá-lo numa porção restrita e 17 PE1031639 exactamente onde o fluxo de gás 8 encontra a superfície lateral 5b do cátodo 5.

Esta vaporização é obtida sem o material do qual o cátodo é feito ao alcançar a sua temperatura de ebulição. O material do cátodo 5 assim vaporizado, esfria em contacto com o mesmo gás e condensa dentro das partículas de nano-dimensão, a dar origem a um feixe 12 de agregados de nano-partículas e gás que passam através do injector 11. O volume externo ao vaporizador 1 representado pela câmara 14 é mantido a vácuo por uma bomba 15, sendo assim, o feixe 12 de nano-partículas que sai do injector 11 constitui um jacto molecular e pode ser utilizado no estado gasoso ou as referidas nano-partículas podem ser acumuladas em camadas directamente sobre o substrato 182 posicionado na câmara 16 pela da passagem do feixe 12 através da abertura 171.

Em resumo, um bombardeio iónico é executado e graças a ele a extracção de material das placas sólidas ocorre a seguir uma interacção entre um plasma denso localizado e a superfície sólida.

Soluções técnicas particularmente vantajosas são em primeiro lugar o facto de que o fluxo de gás 8 atinge a superfície lateral 5b do cátodo 5 e o facto de que o jacto de gás entrando na cavidade 3 produz um gradiente de intensidade muito próxima ao cátodo 5. O espaço entre os 18 ΡΕ1031639 eléctrodos é mantido numa largura menor que o caminho livre médio dos iões no gás sob as condições existentes entre os eléctrodos. Isto previne que a descarga seja produzida no espaço entre os eléctrodos, o qual é o percurso mais curto.

Quando - sob estas condições - uma tensão é aplicada aos eléctrodos, o referido gradiente de densidade provoca uma propagação de descarga eléctrica que irá seguir o jacto de gás, a realizar uma ionização muito intensa, com um efeito avalanche e uma consequente intensa ablação.

Num aspecto da presente invenção, os meios de alimentação do fluxo gás são compostos de uma válvula regulada por um controlador através do qual o fluxo de gás pode ser inserido na cavidade em predeterminados impulsos de tempo.

Com uma injecção de impulsos, uma intensa não homogeneidade de gás é obtida sob uma descarga de tensão nos eléctrodos, tal não-homogeneidade causa ainda a prisão da descarga eléctrica e a consequente erosão, da porção do cátodo directamente exposta ao fluxo de gás.

Em outras palavras, a não-homogeneidade de gás é produzida de uma forma particularmente eficiente pela injecção de impulsos de gás e a própria não-homogeneidade produz uma prisão completa do plasma produzido pela descarga eléctrica na porção de gás que está mais próxima do elemento 7. 19 ΡΕ1031639

Pela descrição acima, parece que o aparelho da invenção alcança os objectivos pretendidos. A produção de nano-particulas como consequência da ablação por impulsos de microplasma é muito eficiente e garante fluxos de uma intensidade de algumas ordens de grandeza maiores que as fontes laser conhecidas.

Na verdade, sabe-se que com um aparelho de acordo com a invenção, realizado como descrito previamente, e com um cátodo de base carbónica é possível extrair pelo menos 20 mil biliões (2 x 1016) de átomos de carbono a cada pulso da válvula 9. Este é um valor de aproximadamente cem vezes maior ao valor alcançado pelas fontes laser conhecidas.

Para além disso, a estabilidade em termos de espaço de tempo no qual os parâmetros de trabalho são garantidos é comparável às fontes laser mais estáveis, e portanto, muito maior que a estabilidade de fontes de arco eléctrico conhecidas.

Visto de modo geral, o aparelho é caracterizado por uma alta intensidade e boa estabilidade de um impulso de gás para outro, e isto serve para as configurações nas quais o eléctrodo negativo, o qual é vaporizado, é continuamente alimentado. O aparelho é ideal a todas as aplicações nas quais a área de onde o material é removido deve ser definida com 20 ΡΕ1031639 precisão.

Além de que, o aparelho possibilita superar um inconveniente tipico dos sistemas de arco eléctrico conhecidos, ou seja, a formação de uma acumulação no espaço que separa os dois eléctrodos. A acumulação seria, na verdade, perigosa, uma vez que a sua espessura iria crescer até provocar um curto-circuito, cujo resultado seria a interrupção do trabalho do vaporizador.

Lisboa, 15 de Maio de 2007

Claims (8)

1. ΡΕ1031639 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um aparelho para a produção de partículas de nano-dimensão através da vaporização de materiais sólidos, compreendendo: - pelo menos uma primeira câmara (14), pelo menos uma bomba de vácuo (15) ligada à referida primeira câmara (14), um corpo (2) inserido na referida primeira câmara (14), uma cavidade (3) construída no referido corpo (2), meios (7, 9, 13) para alimentação do fluxo de gás (8) na referida cavidade (3), eléctrodos compreendendo pelo menos um ânodo (4) e pelo menos um cátodo (5) pelo menos parcialmente inserido na referida cavidade (3), o referido cátodo (5) composto pelo material a ser vaporizado, uma fonte de energia (6) para aplicar uma tensão entre o referido ânodo (4) e o referido cátodo (5) e para gerar uma descarga eléctrica entre eles, e um injector (11) que comunicando com a referida cavidade (3) e adaptado para transportar um feixe (12) de partículas compostas pelo material vaporizador do referido cátodo (5), o referido cátodo (5) estando de frente para o referido fluxo de gás (8) de forma a interceptar o referido fluxo (8), e o referido ânodo (4) e o referido cátodo (5) estando posicionados de forma a permitir a propagação da referida descarga eléctrica para o referido fluxo de gás (8) e a 2 PE1031639 ionização do referido gás, - caracterizado por os referidos eléctrodos têm uma distância reciproca o qual é menor que o caminho livre médio dos iões do referido fluxo de gás (8) nos referidos eléctrodos, com os quais a descarga eléctrica é produzida fora do espaço existente entre os referidos eléctrodos e termina entre o referido ânodo (4) e a área do referido cátodo (5) atingida pelo fluxo de gás (8).
2. 2. O aparelho como reivindicado na Reivindicação 1, na qual os meios (7, 9, 13) de alimentação do referido fluxo de gás (8), que compreendem pelo menos uma válvula (9) e um controlador (13) ligado com a referida válvula (9) para a regulação do fluxo de gás (8) liberado através das pulsações do referido gás.
3. 3. O aparelho como reivindicado na Reivindicação 1, na qual o referido cátodo (5) tem uma extensão do eixo (5a) e gira em torno da referida extensão do eixo (5a).
4. 4. O aparelho como reivindicado na Reivindicação 1, na qual o referido cátodo (5) tem uma extensão do eixo (5a), e uma superfície lateral (5b) paralela à referida extensão do eixo (5a), e na qual o referido ânodo (4) prolonga-se transversalmente ao referido cátodo (5) e termina numa posição de frente para a superfície lateral (5b) do referido cátodo (5) . 3 ΡΕ1031639 5. 0 aparelho como reivindicado na Reivindicação 4, na qual o referido cátodo (5) passa através da referida cavidade (3) do referido corpo (2) e pode girar em torno, e deslizar na direcção da referida extensão do eixo (5a). 6. 0 aparelho como reivindicado na Reivindicação 1, na qual a referida câmara (14) compreende um manipulador (18) a jusante do referido injector (11), o referido manipulador (18) que tem um substrato (182) para a acumulação de um feixe (12) do material vaporizado que sai do injector (11) . 7. 0 aparelho como reivindicado na Reivindicação 1, no qual uma segunda câmara (16) é fornecida ao lado da referida câmara (14), e na qual entre as referidas primeira e segunda câmaras (14, 16) uma parede (17) é colocada, na qual existe uma abertura (171) para a passagem do referido feixe (12) que sai do material vaporizado, a referida segunda câmara compreendendo um manipulador (18) que tem um substrato (182) para a acumulação do referido feixe (12) do material vaporizado que sai do referido injector (11).
5. 8. Um processo para a produção de partículas de nano-dimensão através da vaporização de materiais sólidos, compreendendo a produção de um fluxo de gás (8) numa cavidade a vácuo (3) com eléctrodos compreendendo pelo menos um ânodo (4) e pelo menos um cátodo (5), sendo o referido cátodo (5) feito com o material a ser vaporizado, produzindo uma descarga eléctrica entre o referido ânodo (4) e o referido cátodo (5), direccionando o referido fluxo de gás (8) contra 4 ΡΕ1031639 o referido cátodo (5) e propagando a referida descarga eléctrica para o referido fluxo de gás (8) para ionizar o referido fluxo de gás (8). - caracterizado por o referido ânodo (4) do referido cátodo (5) estão colocados a uma distância reciproca menor que o caminho livre médio dos iões do referido fluxo de gás (8) nos referidos eléctrodos, e direccionando o referido fluxo de gás para produzir a referida descarga eléctrica fora do espaço existente entre os referidos eléctrodos e a para fechar a referida descarga eléctrica entre o referido ânodo (4) e a área do referido cátodo (5) atingida pelo fluxo de gás (8) . 9. 0 processo como reivindicado na Reivindicação 8, no qual o referido fluxo de gás (8) é obtido através de uma injecção de impulsos de gás na direcção do referido cátodo (5), e no qual entre o referido ânodo (4) e o referido cátodo (5) é aplicada uma tensão no momento em que a injecção de impulsos forma uma não-homogeneidade do referido gás no referido cátodo (5), e a referida não-homogeneidade causando a prisão da referida descarga eléctrica na porção do referido cátodo (5) directamente exposta ao referido fluxo de gás (8).
6. 10. O processo como reivindicado na Reivindicação 9, na qual a referida injecção de impulsos é composta de impulsos que têm a duração menor que dez milésimos de segundo. 5 PE1031639
7. 11. O processo como reivindicado numa ou mais Reivindicações de 8 a 10, nas quais o referido cátodo (5) gira em torno de uma extensão do eixo (5a) do mesmo para variar as porções do referido cátodo (5) exposto ao referido fluxo de gás (8).
8. 12. O processo como reivindicado numa ou mais Reivindicações de 8 a 11, nas quais o referido cátodo (5) é deslocado na direcção de uma extensão do eixo (5a) do mesmo para variar as porções do referido cátodo (5) exposto ao referido fluxo de gás (8). Lisboa, 15 de Maio de 2007