TWI641556B - 用於奈米粒子之合成的連續流動反應器 - Google Patents

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Abstract

本發明闡述一種用於具有高結晶度、均勻粒子大小及遍及晶體之均質化學計量之奈米粒子之有效合成之連續流動反應器。所揭示之實施例包含流動反應器，其具有用於前體之迅速成核之能量源，其後係用於使核生長之單獨加熱源。可提供分段流以促進該等前體之混合及均勻能量吸收，且與控制系統通信之生產後品質測試允許對生產參數之自動即時調整。成核能量源可係單模態、多模態或多變數頻率微波能量且經調諧以允許不同前體實質上同時成核，藉此產生實質上均質奈米粒子。亦可提供外殼施加系統以允許一或多個外殼層形成至每一奈米粒子上。

Description

用於奈米粒子之合成的連續流動反應器 相關申請案的交叉參考
本申請案主張於2013年3月14日申請之美國臨時專利申請案序列號61/783,753；61/783,911；61/784,107；61/784,257；61/784,306；61/784,358及61/784,183之優先權，該等專利申請案之所有揭示內容據此以引用方式併入。
本發明係關於用於包含金屬奈米粒子及奈米結晶量子點之均勻大小奈米粒子之有效及連續生產之系統及方法。
本章節提供關於本發明之未必係先前技術之背景資訊。
生產可被分類為奈米結晶材料、奈米晶、奈米晶體、量子點及量子點材料之奈米粒子並將其用於多種應用。舉例而言，半導體奈米晶發射跨窄範圍波長之可見光並用於發光二極體及類似者之製作中。
用於生產奈米結晶量子點材料之基本步驟、材料及程序在美國專利號6,179,912；6,322,901；6,833,0198,101,021及8,420,155；美國專利申請公開案號US2012-0315391，以及日本專利申請公開案號2006-188666中闡述，該等專利案之揭示內容據此以引用方式併入。用於生產奈米粒子之此等及其他已知生產及合成系統及方法出現數個問題，包含(但不限於)低效率生產、不良粒子品質、不一致粒子大小 及/或用於形成粒子之原材料之過度浪費。
本發明係關於奈米粒子之生產所需之系統及化學品。本發明亦係關於適用於大規模生產具有均勻且可重複大小及大小分佈之奈米結晶量子點的系統及化學品，該大規模生產既經濟又高效。此外，本發明係關於放置於核心奈米結晶量子點上方之一或多個外殼之間所需之化學品及程序，以便增強奈米結晶量子點之電子及/或光學性質以及亦改良此等材料之耐久性。
20‧‧‧系統/奈米粒子生產系統
22‧‧‧連續流動路徑/流動路徑
32‧‧‧前體
34‧‧‧前體
35‧‧‧額外前體
40‧‧‧管/流動路徑管
41‧‧‧托架
42‧‧‧反應惰性氣體
43‧‧‧傳熱線圈
50‧‧‧能量源
60‧‧‧熱源
61‧‧‧補充熱源/熱源
70‧‧‧奈米粒子
72‧‧‧控制系統/奈米粒子品質測試系統/品質測試系統
72’‧‧‧第二品質測試系統/測試系統
80‧‧‧控制系統
82‧‧‧前體遞送系統
84‧‧‧反應惰性氣體遞送系統
86‧‧‧淬滅系統
100‧‧‧生產後外殼施加系統/外殼製作系統
110‧‧‧計量泵
120‧‧‧分段流
122‧‧‧前體部分
150‧‧‧脫氣步驟
160‧‧‧室
162‧‧‧通氣口
170‧‧‧前體
172‧‧‧前體
174‧‧‧前體
176‧‧‧前體
180‧‧‧連續流動迴路
300‧‧‧閥
310‧‧‧可插入且可移動擋板
400‧‧‧界限清晰之結晶結構
402‧‧‧經不規則界定之結晶結構
本文中闡述之圖式係僅出於說明選定實施例且並非所有可能實施之目的，且其不意欲限制本發明之範疇。
圖1係根據本發明之較佳實施例之用於奈米粒子之生產之四個區連續流動單元反應器之等角示意性視圖。
圖2係圖1之四個區連續流動單元反應器之示意性視圖，其展示用於製作奈米粒子上之外殼層之選用外殼製作器。
圖3係圖1之連續流動反應器之區1之示意性視圖，其展示前體之引入及可能的分段流。
圖4A係圖1之連續流動反應器之區3之示意圖，其展示使用加熱源之奈米粒子生長階段，該加熱源允許跨穿過其進入之多個線之精密溫度控制。
圖4B係接納於圖4A之加熱源內之托架之俯視圖，其允許針對將發生之反應之生長階段具有為此系統定製之可能的可變長度之流線。
圖4C係圖4B之多個托架之等角視圖，其展示在圖4A之加熱源內之可能的堆疊配置。
圖5A係將多個線引入至區3之生長階段熱源中之可能的替代加熱系統之示意圖。
圖5B係至圖5A中之區3之生長階段熱源中之多個線中之一個線的放大圖。
圖6展示圖1中之連續流動路徑之放大剖視圖，其展示經由在其中分段之諸如氮、氬及類似者之反應惰性氣體之前體之可能的分段流。
圖7展示用於在製作程序之生長階段(區3)及外殼形成階段之前分離奈米粒子與反應惰性氣體之分離器之示意圖。
圖8展示系統佈置之示意圖，該系統佈置具有放置於關鍵位置處之閥，以便允許系統中具有冗餘，藉此允許製作在系統中之任一個組件出故障之情況下繼續。
圖9展示有關兩個不同前體之成核時間及溫度或能量級之範例反應圖表。
圖10展示可能的擋板系統之示意圖，該擋板系統用於將微波能量重定向至次級生長加熱器，藉此改良系統之能量效率。
圖11A(先前技術)展示藉由不同前體在不同時間成核形成之非均質奈米粒子之結晶結構之略圖。使用熱分批程序產生CuInSe2材料，該程序產生富Cu核心，In稍後圍繞該富Cu核心沈積，從而產生CuInSe2非均質奈米粒子。
圖11B展示藉由不同前體同時成核形成之均質奈米粒子之概略可能的均質結晶結構。使用微波流動單元反應器產生CuInSe2奈米粒子，其中Cu與In以相同速率成核，從而產生具有界限清晰之結構之均質奈米粒子。
圖12A(先前技術)係圖11A之結晶結構之使用透射電子顯微術(TEM)獲得之實際影像。
圖12B係圖11B之結晶結構之使用TEM獲得之實際影像。
在所有圖式之數個視圖中，對應元件符號指示對應部件。
現在將參考隨附圖式更充分地闡述實例性實施例。根據此揭示實施例，詳細闡述用於合成諸如量子點等之奈米粒子之程序。
在圖1至圖10、圖11B及圖12B中展示用於量子點及其相關組分之生產之連續流動單元反應器生產系統。
程序概述
奈米粒子生產系統20之概念圖在圖1及圖2中示意性地展示並提供該系統之一特定實例。系統20包含通過至少四個區(分別地，1至4)之連續流動路徑22。在區1中，計量兩個或兩個以上前體32、34並將其混合在一起，且通過管40，其中諸如氮、氬及類似者之反應惰性氣體42可插入至管40中以在混合物傳遞至下一個區時提供該混合物之分段流。舉例而言，在一項所揭示之實施例中，兩個前體32、34可係還原劑及一或多個陽離子前體。另一選擇係，兩個前體32、34可係一或多個陰離子前體及一或多個陽離子前體。
在區2中，由較佳地藉由使用選自單模態、多模態或多變數頻率之微波烘箱之能量源50迅速地賦能前體混合物，其中前體32、34迅速地且均勻地成核。經成核前體之流然後傳遞至區3，其中熱源60允許經成核前體進入生長階段。該程序在區4中中止，且所得之奈米粒子70與反應惰性氣體42分離。
可在中止之後提供奈米粒子品質測試系統72，其測試由系統20連續地生產之奈米粒子70的品質。品質測試系統72可與控制系統80連通，控制系統80亦可操作地連接至前體遞送系統82、反應惰性氣體遞送系統84、區2中之能量源50、區3中之熱源60及淬滅系統86，以根據需要調變前體32、34之體積、氣體注入、時間、溫度、能量級以及穿過能量源50及熱源60之流動速率以基於正被生產之粒子之所偵測品質而自動地即時最佳化奈米粒子品質。
如在圖2中展示，可在區4之後提供外殼製作系統100，以允許在每一奈米粒子70上方形成一或多個外殼層。
生產線之複數個還原劑元件可具備之個別前體及奈米粒子流動路徑，其可與閥或類似者互連以在一個組件變得不可操作之情況下允許流動路徑穿過替代組件之重定向，如在圖8中所展示。
在下文中更詳細地論述此等區中之每一者及其較佳相關組件。
區1-前體計量及混合
在區1中，至少一個前體32且較佳地至少兩個前體32、34自其各別貯器計量並以適當比例計量至延伸穿過區2至4之連續流動路徑22中。流動路徑22較佳地係具有在1/16英吋至1英吋之間且更佳地在¼英吋與½英吋之間的內徑之管40。
使用計量泵110(注射泵、蠕動泵、隔膜泵，作為實例)將所要濃度或大於初始要求之濃度之前體引入至流動路徑22中，以將所要量之材料(前體)分配至流動路徑中。在其中該濃度高於反應所要之濃度之情形中，稀釋可藉由在線內的同時計量所要溶劑以將前體溶解至所要濃度而進行。
用於反應之前體/組分之混合可使用諸如T型混合器之靜態混合器而進行，以確保反應之前體/組分之完全混合。另一選擇係，可使用不同類型之混合器(諸如，主動攪拌器)，使得在離開前體之混合區之後形成均質溶液。前體較佳地引入至界定穿過系統20之流動路徑22的管40中，且然後在進入區2之前藉助於混合器混合。另一選擇係，前體可首先混合在一起且然後傳遞至界定穿過區2之流動路徑的管。前體流之總和形成程序流動速率。亦可提供一或多個額外前體35(圖2)。
在行進至流動路徑22中之區2之前，引入不與反應物流體混溶之反應惰性氣體42(諸如，氮、氬或類似者)之插入器，以產生穿過流動 路徑22之分段流120，如在圖1、圖2及圖6中最佳展示。分段流之引入具有兩個目的：(1)在流之前體部分122內引入紊流混合(抵靠壁之流由於摩擦力而比管中間之流慢，從而產生紊流)，及(2)減少沈積於側壁上之材料。後一情形透過流、紊流及表面張力之組合而發生，以消除材料在側壁上之任何沈積，該沈積會允許發生成核之位點(非所要效應)。必要時，前體之混合可藉由含有前體之混合物之管之內表面上之表面粗糙度而進一步增強。
如在圖3中所展示，複數個流動路徑22管40可用以增加奈米粒子之生產速率。多個線用以將兩個不同前體32、34一起引入，將其混合，且然後藉由將氮氣、氬氣或類似者引入至反應線中而引入分段流120。
區2-成核
流動路徑22穿過之此區係用於成核之起始。藉助於能量源50迅速地增加前體32、34之能量級將流動路徑管40中之溶液及/或前體快速帶至前體將成核且經歷1分鐘內(較佳地等於或小於10秒、更佳地在小於3秒內且甚至更佳地在小於2秒內)之動力學生長所處之能量級(包含溫度)。
此能量級增加可使用數個不同方法(諸如，微波/電介質加熱、超聲波處理、藉由感應或對流之熱式加熱，或甚至透過雷射之輻射之鍵斷裂)而完成。此係前體至形成可大於初始前體但比所關注之奈米粒子或量子點小得多之核之反應組分的迅速分解。核之形成迅速地終止，以便維持大小控制。流動單元反應器之區2中之反應的持續時間係短的，小於1分鐘，較佳地等於或小於10秒，且更佳地在小於3秒內且甚至更佳地在小於2秒內。
對透過應用來自能量源之能量之流動單元前體材料至給定溫度之迅速溫度平衡之需要係必要的，以便維持對所得之奈米粒子大小之 嚴格控制。藉由短成核時段，其通常在大於生長溫度之溫度下進行，可在於奈米粒子形成之生長(區3)階段期間不形成新核之情形下執行所得核的生長。若延長成核時段，則核在整個此時段期間形成。另外，由於生長亦可在此步驟處發生(在此時其係非所要特徵，且透過使用短成核時間而最小化)，因此在區2中迅即形成之核將大於趨於區2之端部形成之核。
較佳地，能量源50均勻地加熱或激發通過其之所有前體32、34(或增加其能量級)。已證明微波在實現均勻加熱以使前體成核上係尤其有用的。微波可以三種不同方式實施，此取決於流動單元反應器內之實施。單模態波形(其中透過駐波之相消/相長干擾效應獲得高Q因數)對於產生迅速地加熱流動單元反應器內之反應溶液之高強度(高能量密度)微波峰值而言係有益的。然而，此技術之限制係使用此方法不能有效地加熱多個線。第二方法係使用多模態微波，其中使用單個波長之微波(通常係915MHz、2.45GHz或5.8GHz)，但不形成駐波。代之，擋板系統用以透過多個角度路由微波，從而允許遍及整個流動單元反應器腔之均勻能量曝露。此允許穿過反應器腔之多個流動單元管的均勻加熱。此方法之缺點係流動單元反應器腔內之較低強度(較低能量密度)微波輻射。最後，可使用多變數頻率微波，其中不同頻率(通常介於5.8GHz與7.0GHz之間)的微波一小步一小步地(0.01至0.1)迅速循環，以藉由形成給定頻率之多個駐波產生穿過微波流動單元腔之均勻加熱。
選擇微波遍及之前體之流動速率、前體之濃度、含有前體混合物之管之直徑、曝露於微波能量之管之長度及所使用之微波之功率，以提供混合物之成核之最佳時間及能量曝露。
此外，微波之頻率可跨大範圍迅速地振盪約數微秒。當在加熱腔中使用振盪多模態或多變數頻率微波時，產生附加的加熱效應。儘 管在所產生之波型樣中存在諸多穀部及峰值，但用於處理之實體窗變得比使用單模態微波頻率大得多。此允許具有額外樣本大小及活動餘地(latitude)以用於將單元放置於流動單元反應器中。
此外，由於分子中針對旋轉、振動及彎曲之每一躍遷係頻率相依的，因此使用多變數頻率微波允許複數個模式之不同分子之立即激發。此增加微波之加熱效率，此乃因諸多分子在特定頻率下將具有極低俘獲截面。
另外，微波可經選擇或調諧以激發兩個或兩個以上不同前體，使得其同時成核。如在圖9中展示，不同前體趨向於在針對實質上恆定溫度之不同時間處成核。藉由調變微波接合前體所處之頻率及/或經施加功率，兩個不同前體之間的成核時間可係實質上相同的。當兩個不同前體同時成核時，產生的所得之奈米粒子係均質的，如圖11B中界限清晰之結晶結構400所展示。使用透射電子顯微術(TEM)獲得之均質結構之實際影像在圖12B中展示。頻率及/或經施加功率之調變允許調諧及/或最佳化不同前體之間的成核時間，以便允許其實質上同時成核。
相比之下，若傳統恆定加熱方法用以使前體成核，則其將不同時一致地成核，如在圖9中針對範例前體InP用虛線所展示，從而形成如在圖11A(先前技術)中展示之經不規則界定之結晶結構402。在圖12A(先前技術)中展示使用TEM獲得之經不規則界定之結構之實際影像。
作為實例，當藉由分批程序或非微波起始之程序生產時，CuInSe2產生在性質上係非均質的(批次材料內或奈米粒子本身中之富Cu或富In區域)之材料，諸如在圖11A(先前技術)及圖12A(先前技術)中展示。當恰當地設定微波條件時，由於In具有比Cu大之d軌道系統，且由此其更易發生偏振，因此其比Cu更快地吸收能量，從而增 加其反應速率，使所引起之反應能夠產生諸如在圖11B及圖12B中展示之均質材料。
此實例提供本發明之實施例之說明性概念，亦即，形成如在圖11B中展示具有高結晶度、均勻粒子大小、遍及晶體之均質化學計量、批次至批次可重複性之奈米粒子材料之能力，以及如在圖2中展示大規模地生產此等材料之能力。可透過數種技術或使用多種技術來驗證此等性質，該等技術諸如：大小量測：透過使用標準技術之SAX(小角度X射線散射)、TEM(透射電子顯微術)以及XRD(X射線繞射)之使用之變異係數(COV)之判定。然後將COV定義為：COV=((粒子大小之標準偏差)/(粒子大小之平均值))*100%
其中在單個運行內COV<15%論證均勻粒子大小，且自批次至批次COV<15%論證可重複性。
結晶度及均質化學計量：結晶相(如在圖11A及圖11B中展示)之結晶度或純度可藉由TEM使用繞射散射圖案及執行傅立葉變換分析以判定材料之結晶結構來判定。可用以判定此之另一技術係XRD，其中所得之繞射圖案可匹配至已知晶體結構庫且關於是非均質(來自不同晶體之多個貢獻因素)還是均質(匹配所要晶體結構之一個貢獻圖案繞射)而經驗證。在XRD及/或TEM中缺少繞射圖案指示非晶材料，從而指示不良或不存在晶體結構。
均質化學計量及均勻粒子大小：使用吸收光度法或光致發光發射獲得此資訊。藉由透過光譜獲得之FWHM(半峰全寬，其中判定所關注之半峰值高度處之吸收或光致發光峰值之寬度)判定奈米粒子之吸收及光致發光特性。FWHM之增加意指可發生諸如以下之多個效應中之一者：大粒子大小分佈(COV>15%)；不足結晶度，其引起具有不同於高度結晶奈米粒子之能量之陷獲狀態；及材料之非均質性， 引起自奈米粒子或奈米粒子批次內之多個區域之多個激發或發射。具有高結晶度、均質化學計量及單分散性之奈米粒子將引起以下之吸收及/或光致發光峰值：自400nm至700nm之<50nm FWHM、自700nm至2000nm之<150nm FWHM、自2000nm至10000nm之<300nm FWHM。
在金屬奈米粒子之情形中，代替第一激子激發及發射，可觀察到表面電漿共振。使用上文提供之相同論據，具有高結晶度之金屬奈米粒子當在表面電漿共振頻率下激發時(當在400nm與700nm之間激發時)將具有<50nm FWHM，且當在近紅外線範圍(700nm至2000nm)內激起時(當在表面電漿共振頻率下激發時)將具有<150nm FWHM。
亦可選擇微波操作之一或多個頻率，以在不激發諸如黏合劑或類似者之其他材料之情形下激發程序中之特定材料。微波頻率介於300MHz(1.24μeV)至300GHz(1.24meV)之間的範圍內，此在能量上係充分低的以使得其不會藉由離子化而化學上改變物質。此等能量當被此等物種吸收時影響分子之旋轉及雙旋轉能量。此等吸收度對每一類型之彎曲躍遷、旋轉躍遷及雙旋轉躍遷係獨有的；由此，可選擇具體地與每一躍遷互相作用之能量。此性質允許選擇所要微波頻率來與流動單元反應器中之特定反應物相互作用之能力，而這又會達成數種能力。
舉例而言，此允許克服與固體之沸點相關聯之溫度限制。藉由選擇性地僅活化與奈米粒子合成相關聯之前體，可顯著地增加溶劑選擇以允許原本通常情況下無法使用之前體之可溶性。另外，前體之溫度可實際上比溶劑之溫度大得多，藉此允許無法透過溶劑之傳統加熱允許之反應。
載送前體32、34穿過能量源50之管40可構形有冷卻系統，諸如 環繞管且載送冷卻液體之管。此允許藉由微波或類似者將管內之前體加熱至足夠高能量級以促進成核而不過度加熱管本身及損害其結構極限。
同時，可形成使用傳統膠態奈米粒子合成技術不可得之奈米粒子。舉例而言，形成GaN奈米粒子所需之能量大至足以超過可用於合成技術之任何溶劑的沸點。因此，僅透過高能量密集及昂貴沈積系統(諸如，原子層沈積(「ALD」))完成此等奈米粒子之形成。如此做係因為在本發明之微波起始之反應中僅加熱形成GaN奈米粒子所需之前體。
此外，在一或多個反應途徑係可能的之情形中，微波頻率之選擇性施加允許所要反應途徑之活化。舉例而言，若給定反應係受熱力學支配的，則選擇性微波活化之使用允許動力學產物之形成。選擇性地標定反應中哪些物種將吸收微波能量之能力擴展了連續流動單元反應器傳送產物之能力，而此等產物原本在通常情況下係以微波連續流動單元反應器能夠傳送之成本所無法傳送的。
經由選擇性頻率微波處理之可能益處之另一實例涉及用以合成金屬鹽類之奈米粒子之多元醇法之使用。在此方法中，金屬(Ni、Co、Ag及其混合物)鹽類(乙酸鹽、氯化物、氟化物、硝酸鹽)溶於1.0mmol至3.0mmol乙二醇或聚丙二醇(或類似多元醇)中。在2.45GHz下，溶劑非常強烈地吸收微波輻射，將溶劑加熱至其然後充當用於金屬前體之還原劑的點，從而允許金屬奈米粒子之形成。可如下所述以符號方式展示此等類型之反應：Ni(O2CCH3)2+丙二醇 → Ni(0)奈米粒子
AgNO3+乙二醇 → Ag(0)奈米粒子
另一實例係針對PbS奈米粒子之合成之前體之微波吸收。PbS之合成可依以下方式完成。將1.5mmol之油酸鉛溶於1-十八烯中，其中 添加3.0mmol至12.0mmol之油酸。1.4mmol之雙(三甲基矽烷基)硫醚(TMS2S)先前溶於1-十八烯中。選擇2.45GHz之微波頻率，此乃因油酸及1-十八烯兩者在此頻率下具有極低吸收截面。另一方面，TMS2S及油酸鉛兩者在此頻率下具有相對大吸收截面，從而允許藉由此等材料之吸收及選擇性活化。可如下所述以符號方式展示此範例反應。
Pb(油酸)2+TMS2S → PbS(油酸)奈米粒子
區3-生長
此係生長區。此時，核經歷以下兩個程序中之一者：(1)與其他核組合以形成恰當核心大小之奈米粒子/量子點，或(2)與未反應前體組合以形成磊晶生長系統，從而允許以嚴格受控步調形成奈米粒子/量子點。允許材料保持在生長區中達其生長至特定所要核心大小所需之時段，在此之後，材料移動穿過區4。
一般而言，在生長階段中，該等核較佳地在熱源60中以比其在成核期間面對之能量級低之能量級經加熱較長時間段(諸如，大於100秒)。此允許熱力學生長及奧斯特瓦爾德熟化。此加熱可使用數個不同系統完成，該等系統包含(但不限於)砂浴、對流烘箱、強迫空氣加熱、感應烘箱、油浴及柱加熱器。較佳地，此熱源60與用於成核之能量源50間隔開且係定製的以提供核之最佳生長。選擇延伸穿過熱源之流動路徑管40之長度、管之直徑、熱源之溫度、管內之熱之均勻分佈及穿過熱源之核流動速率，以最佳化在此階段期間之核之生長(如在圖4A至圖4C及圖5A至圖5B中展示)，藉此提供所生產之奈米粒子間的均勻形態學及大小。
參考圖4A至圖4C，流動管40可以螺旋形配置而配置於可接納於熱源60內之托架41內。複數個托架可如在圖4C中所展示彼此上下地堆疊，藉此在最佳化熱源60內之空間的同時允許至流管40之有效熱分佈。可能的替代配置在圖5A及圖5B中展示，其中個別流管盤繞以界 定傳熱線圈43，其中複數個傳熱線圈接納於熱源60內。
區4-中止
流動路徑通過區3繼續至區4，其中反應透過使用淬滅系統86(諸如，淬滅浴或類似者)之溫度下降而立即終止。在中止奈米粒子70的生長之後，透過脫氣步驟150(圖7)去除分段，以允許引入更多材料以用於外殼生長及便於執行線內分析。
若需要，則增加流動路徑22中之壓力可增加用於程序中之溶劑之沸點，藉此允許系統在較高溫度及能量級下操作。增加流動路徑中之壓力的一種可能方式涉及在中止階段之下游將限制流量閥插入至流動路徑中。可調整穿過閥之流量，以便增加閥之上游之管中的壓力，藉此增加穿過區2及區3(在其中活化前體及核及使其生長)之管中的壓力。
較佳地且如在圖7中最佳展示，反應惰性氣體42亦與奈米粒子70分離。流動路徑22延伸至室160中，其中核向下滴落且自下面退出，同時氣體在上面自通氣口逸出且被收集。另一選擇係，反應惰性氣體可根據需要在流動路徑下游之前置點處分離。
即時品質測試及系統最佳化
如在圖1中所展示，可在奈米粒子生產之後提供測試所生產之奈米粒子之品質的測試系統72。舉例而言，動態光散射(「DLS」)可用於測試所生產之粒子之性質。其他可能的線內測試系統包含光度法，其包含UV、VIS及IR光譜、螢光測定法及折射率之量測。
測試結構可與控制系統80通信，該控制系統80監測來自測試系統72之結果且可根據需要較佳地即時調變區1至區4中之以最佳化所生產之奈米粒子的品質。舉例而言，可藉由控制系統根據需要調整個別前體之流量、時間及穿過區2及區3施加之溫度加熱激發能量以及分段至區1中之流動路徑中之反應惰性氣體的量，以最佳化所生產之奈米 粒子之所偵測品質。
取決於有多少外殼引入至核心材料(在區1至區4中生產)之表面上，可使用一組不同材料(前體/組分)重複區1、區3及區4以形成核心/外殼、核心/外殼/外殼及核心/外殼/外殼/外殼型結構。
外殼製作系統
可在如在圖1中展示之奈米粒子之生產之後提供生產後外殼施加系統100。如在圖2中所展示，外殼製作系統可包括用於供應一或多個額外前體(此處展示前體170、172、174及176)之結構及用於自其下游加熱之補充熱源61。可提供連續流動迴路180，其中前體之任何組合可施加至任何給定外殼層且通過熱源61，藉此允許多個外殼層形成在每一奈米粒子上。可在每一外殼層施加之後提供第二品質測試系統72'。藉助於此測試系統72'及與控制系統80可操作通信之外殼製作系統之組件，控制系統80可根據需要提供外殼製作系統之即時調變以最佳化所生產之每一奈米粒子上之外殼層的品質。
圍繞核心奈米粒子材料之外殼架構之目的係雙重的。首先，藉由緊密匹配核心材料之晶格參數，可添加第一外殼，其在曝露於光時增加所得之奈米粒子之量子產率。此係藉由鈍化奈米粒子核心表面且消除有助於無輻射重組情況之懸鍵而完成。同時，藉由晶格匹配奈米粒子核心與第一外殼之材料，應變效應減小，此亦引起所得之奈米粒子之量子產率之增加。
此第一外殼亦可具有以下之附加益處：提供抵抗環境退化效應之障壁，該等環境退化效應諸如光致漂白及/或核心材料之氧化，其將引起經發射光之藍移，或提供有效及所要電子性質之減小之多個陷獲位點。然而，在不藉由第一外殼提供此之情形中，可提供第二及/或第三外殼，其在用於應用中時將增加奈米粒子材料之使用壽命。除非此等第二及第三外殼與和受激狀態中之奈米粒子相關聯之波函數相 互作用，否則此等第二及第三外殼不必係晶格匹配的以增強光學性質。第二及第三外殼之主要目的係藉由提供對奈米粒子核心/外殼之保護以使其免受環境效應(包括但不限於：氧化、光致漂白及溫度極限)提供增加之使用壽命。
可藉由在第一外殼已放置至奈米粒子之核心上之後量測奈米粒子之量子產率來驗證第一外殼完整性。藉由第一外殼之不良覆蓋率或藉由第一外殼之不良晶格匹配將引起低量子產率(<50%)，而藉由第一外殼之良好覆蓋率及第一外殼與核心材料之間的良好晶格匹配將引起大量子產率(>50%)。
可藉由曝露於光(較佳地介於250nm與700nm之間)並量測隨時間而變之光致發光回應來評估材料之壽命。藉由包含第二外殼及或許第三外殼而達成的此等奈米粒子之使用壽命增加及穩定性增強將展示在標準大氣條件下以連續曝露方式而曝露於最小5mW光源達兩個星期之時段，溶劑中10重量%材料之小於5%光降解。
系統冗餘及可重定向流動路徑
如在圖8中所展示，生產線之複數個還原劑元件(諸如，兩個能源50及兩個熱源60)可具備冗餘組之個別前體32、34及奈米粒子流動路徑22，其可與閥300或類似者互連以在一個組件變得不可操作之情況下允許流動路徑22穿過替代組件之重定向。
過量微波能量之保存
如圖10中示意性地展示，在區2中之能量源50係微波烘箱之情形中，可引導過量微波能量以輔助加溫區3中之生長區加熱源60。舉例而言，一系列鏡或類似者可指向諸如橡膠或類似者之聚集過量微波並將其保存以用以加熱之散熱器。
可透過可插入且可移動擋板310控制進入生長室之微波能量，該擋板310可衰減進入生長區加熱源之微波能量的量。可藉由控制系統 72監測生長區加熱源之溫度，該控制系統72根據需要調變擋板位置以維持生長室中之所要溫度。
可在此流動單元反應器中尤其佳地工作之範例前體組合包含選自在下文「群組A」中發現之前體之第一前體與選自下文「群組B」或「群組C」之第二前體，其使用習用週期表命名法。
群組A-前體
H2X
其中X=O、S、Se、Te
R3P=X
其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'
n=3-18
R'=-(CH2)m-CH3，-CH(CH3)2，-C(CH3)3
m=0-17
X=Se、Te
R3N=X
其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3
n=0-4
X=S、Se、Te
((CH3)3Si)2X
其中X=S、Se、Te
(((CH3)3Si)2N)2X
其中X=S、Se、Te
H-X-(CH2)n-CH3
其中X=O、S、Se、Te
n=1至18，較佳地n=4至12，更佳地n=8至10
HO-CH2-(CH(OH))n-CH3
n=1至50，較佳地n=1至25；更佳地n=1至5
HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH
n=1至50，較佳地n=1至25，更佳地n=1至5
H2NNH2
NaBH4
NaCNBH3
以及其混合物， 包含陰離子前體及/或還原劑
群組B-前體
M(配位體)y
當y=1時，M=TI、Ag、Cu
當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni
當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe
配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-
CH=CH-(CH2)o-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3
n=2至24，較佳地n=8至20，更佳地n=12至16
m及o=1至15，較佳地n及o=12至16，更佳地n及o=7至9
R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'
p=0至18
R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3
或其混合物。
群組C-前體
M(配位體)y
當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu
當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、Cu、Ni
當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、 Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au
當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd
配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3
或其混合物。
在上文及隨附圖式中參考多種構形揭示本發明。然而，本發明服務之目的係提供有關本發明之各種特徵及概念之實例，而不欲限制本發明之範疇。熟習相關技術者將認識到可在不脫離如由隨附申請專利範圍定義之本發明之範疇下對如上所闡述之構形做出眾多變化及修改。

Claims (44)

  1. 一種用於生產均勻大小奈米粒子之方法，其包括：將至少一第一前體與至少一第二前體摻合在一起以形成在連續流動路徑中沿著管向下行進之前體混合物，該管包含1/16英吋至1英吋的直徑；使該連續流動路徑延伸穿過第一能量源，該第一能量源加熱該前體混合物以在第一能量級下均勻地活化該管內之該前體混合物達第一持續時間，藉此允許該前體混合物均勻成核；使該連續流動路徑延伸穿過處於受控溫度下之加熱源達第二持續時間，從而允許圍繞先前形成之核進行均勻熱力學生長以形成所要核心大小之奈米粒子；及，淬滅該等奈米粒子之該生長。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含以下步驟：在該流動路徑進入該第一能量源之前，將加壓氣體提供至該連續流動路徑中，以便致使在定位於該前體混合物之區段之間的該管內進行氣體分割，藉此允許區段內之該前體混合物在其在該管內沿著該流動路徑向下行進時進行混合。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一能量源包含微波能量源，其中該氣體係惰性的且對微波能量、該等前體及該等奈米粒子無反應性。
  4. 如請求項3之方法，其中該氣體係選自由氮及氬組成之群組。
  5. 如請求項1之方法，其中該第一持續時間係小於或等於60秒。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一持續時間係小於或等於10秒。
  7. 如請求項1之方法，其中該第一持續時間係小於或等於3秒。
  8. 如請求項1之方法，其中該第一持續時間係小於或等於2秒。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含控制系統，其可操作地連接至感測器、致動器及電腦系統，該等感測器監測所生產之奈米粒子之品質且該控制系統回應於所生產之該等奈米粒子之該所偵測品質而調變該等致動器以調整該第一持續時間、第一能量級、第二持續時間及溫度之一或多者。
  10. 如請求項3之方法，其中來自群組B及群組C且具有不同微波吸收截面之兩個或兩個以上前體之混合物以一方式與該微波相互作用，其中此等前體與以實質上相同速率行進穿過該能量源之群組A之前體一起形成核，其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑；其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物；其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、 Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  11. 如請求項10之方法，其中該第一前體與該第二前體以該第一持續時間之該成核產生實質上均質奈米粒子。
  12. 如請求項1之方法，其進一步包含以下步驟：使用連續程序來將該等奈米粒子曝露於來自本文中群組A之至少一第三前體與來自本文中群組B或群組C之第四前體之混合物；及，在熱源中加熱該等經曝露奈米粒子以圍繞該奈米粒子形成第一外殼；其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑；其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物； 其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包含以下步驟：使用連續程序來將該等奈米粒子曝露於至少一第五前體與第六前體之至少一混合物；及，在加熱源內加熱該經曝露奈米粒子以形成第二外殼，從而圍繞該奈米粒子具有兩個層。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含以下步驟：使用連續程序來將該等奈米粒子曝露於來自本文中群組A之第五前體與來自本文中群組B或群組C之第六前體之至少一混合物；及，用補充熱源加熱該經曝露奈米粒子以形成外殼，從而圍繞該奈米粒子具有兩個層。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含以下步驟：使用連續程序來將該等奈米粒子曝露於來自本文中群組A之第七前體與來自本文中群組B或群組C之第八前體之至少一混合物；及，在加熱源內加熱該經曝露奈米粒子以形成外殼，從而圍繞該奈米粒子具有三個層。
  16. 如請求項2之方法，其進一步包含以下步驟：在淬滅該奈米粒子之該生長之後分離該氣體與該等奈米粒子。
  17. 如請求項1之方法，其中該管具有介於¼英吋至½英吋之間的內徑。
  18. 如請求項1之方法，其進一步包括：將該等奈米粒子曝露於第三前體與第四前體之混合物；及，將熱量施加至該第三前體與該第四前體之該混合物以圍繞該奈米粒子形成外殼層。
  19. 如請求項1之方法，其中該第一前體係選自由群組A成員組成之群組，其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑。
  20. 如請求項19之方法，其中該第二前體係選自由群組B成員及群組C成員組成之群組，其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物；其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  21. 如請求項20之方法，其中該第三前體係選自由群組A成員組成之群組且第四前體係選自由群組B成員及群組C成員組成之群組。
  22. 如請求項3之方法，其中該微波能量在致使該第一前體及該第二前體實質上同時成核之頻率下操作，藉此產生實質上均質奈米粒子。
  23. 一種連續流動單元反應器，其包括：混合器，其用於將至少一第一前體與第二前體一起混合成混合物，並使該混合物沿著連續流動路徑向下延伸，該連續流動路徑包含一具有1/16英吋至1英吋之直徑之管；氣體插入器，其用於將惰性氣體插入至該流動路徑中以提供沿著該流動路徑之該混合物之分段流；能量源，其用於在該流動路徑延伸穿過該能量源時使該混合物成核，藉此產生核；加熱源單元，其用於在該流動路徑延伸穿過該加熱源單元時使該等核生長，藉此將該等核生長成奈米粒子；淬滅器，其用於在該流動路徑延伸穿過該淬滅器時冷卻該等奈米粒子，藉此停止奈米粒子之該生長；及，分離器，其用於分離該惰性氣體與該等奈米粒子。
  24. 一種藉由使用如請求項1之方法形成之奈米粒子，其中第一前體係選自群組A成員且第二前體係選自由群組B成員及群組C成員組成之群組，其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m- CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑；其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物；其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  25. 如請求項24之奈米粒子，其中產生核心/外殼結構，其中該外殼由以下組成：選自群組A成員之第三前體以及選自由群組B成員及群組C成員組成之群組之第四前體。
  26. 如請求項25之奈米粒子，其中獲得核心/外殼/外殼結構，其中第二外殼由以下組成：選自群組A成員之第五前體以及選自由群組B成員及群組C成員組成之群組之第六前體。
  27. 如請求項26之奈米粒子，其中獲得核心/外殼/外殼/外殼結構，其中第三外殼由以下組成：選自群組A成員之第七前體以及選自由 群組B成員及群組C成員組成之群組之第八前體。
  28. 一種在生產運行中藉由使用如請求項1之方法生產之奈米粒子群組，每一奈米粒子由至少兩個前體之成核形成，該奈米粒子群組具有選自以下性質之至少一個性質：小於15%變異係數(COV)，其係由小角度X射線散射、高解析度透射電子顯微術或動態光散射判定；小於50奈米(nm)半峰全寬(FWHM)，藉以判定所關注之半峰值高度處之吸收或光致發光峰值之寬度，其係由在針對介於400nm至700nm之間且包含400nm與700nm之可見發射材料以第一激子或更高能量激發時之光致發光發射所判定；小於150nm FWHM，其係由在針對介於700nm至2000nm之間且包含700nm與2000nm之近紅外線發射材料以該第一激子或更高能量激發時之光致發光發射所判定；小於300nm FWHM，其係由在針對介於2000nm至5000nm之間且包含2000nm與5000nm之中紅外線發射材料以該第一激子或更高能量激發時之光致發光發射所判定；小於300nm FWHM，其係由在針對介於5000nm至10000nm之間且包含5000nm與10000nm之長紅外線發射材料以第一激子或更高能量激發時之光致發光發射所判定；當在介於400nm至700nm之間且包含400nm與700nm之可見範圍內以金屬奈米粒子之表面電漿共振頻率激發時，表面電漿共振發射之小於50nm FWHM；當在介於700nm至2000nm之間且包含700nm與2000nm之近紅外線範圍內以金屬奈米粒子之該表面電漿共振頻率激發時，該表面電漿共振發射之小於150nm FWHM；及，當以第一激子能帶或更高能量照射時，小於50%量子產率。
  29. 如請求項28之奈米粒子群組，其中該奈米粒子群組中之每一奈米粒子係實質上均質的。
  30. 如請求項28之奈米粒子群組，其中該生產運行係穿過能量源以用於成核及穿過單獨間隔開之熱源以用於生長該等奈米粒子之連續流動生產運行。
  31. 如請求項28之奈米粒子群組，其中該至少兩個前體中之一個前體係選自由群組A成員組成之群組，其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑。
  32. 如請求項31之奈米粒子群組，其中該至少兩個前體中之另一前體係選自由群組B成員及群組C成員組成之群組，其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物；其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、 Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  33. 如請求項28之奈米粒子群組，其中該能量源係微波能量。
  34. 一種用於生產均勻大小奈米粒子之方法，其包括：將至少一第一前體與至少一第二前體摻合在一起以形成在連續流動路徑中沿著管向下行進之前體混合物；使該連續流動路徑延伸穿過第一能量源，該第一能量源將能量施加至該前體混合物，該第一能量源包含多變數頻率及多模態微波能量之一或多者，該微波能量經調諧以在不同頻率下激發該第一前體與該第二前體；使該連續流動路徑延伸穿過處於受控溫度下之第二加熱單元達第二持續時間，從而允許圍繞先前形成之核進行均勻熱力學生長以形成奈米粒子；及，淬滅該等奈米粒子之該生長。
  35. 如請求項34之方法，其中該第一持續時間係小於或等於10秒。
  36. 如請求項34之方法，其中該第一持續時間係小於或等於3秒。
  37. 如請求項34之方法，其中該第一持續時間係小於或等於2秒。
  38. 如請求項34之方法，其進一步包含以下步驟：在該流動路徑進入該第一能量源之前，將加壓氣體提供至該連續流動路徑中，以便致使在定位於該前體混合物之區段之間的該管內進行氣體分割，藉此允許區段內之該前體混合物在其在該管內沿著該流動路徑向下行進時進行混合。
  39. 如請求項38之方法，其中該氣體係惰性的且對微波能量、該等前體及該等奈米粒子無反應性。
  40. 如請求項39之方法，其中該氣體係選自由氮及氬組成之群組。
  41. 如請求項34之方法，其進一步包含控制系統，其可操作地連接至感測器、致動器及電腦系統，該等感測器監測所生產之奈米粒子之品質且該控制系統回應於所生產之該等奈米粒子之該所偵測品質而調變該等致動器以調整該第一持續時間、第一能量級(在該能量級下以施加該第一能量源)、該第二持續時間及於該第二持續時間之受控溫度之一或多者。
  42. 如請求項34之方法，其中來自群組B及群組C且具有不同微波吸收截面之兩個或兩個以上前體之混合物以一方式與該微波相互作用，其中此等前體與以實質上相同速率行進穿過該第一能量源之群組A之前體一起形成核，其中群組A包含：H2X，其中X=O、S、Se、Te；R3P=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-C6H5、-C6H4-R'，n=3-18，R'=-(CH2)m-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3，m=0-17，X=Se、Te；R3N=X，其中R=-H、-(CH2)n-CH3、-Si(CH3)3，n=0-4，X=S、Se、Te；((CH3)3Si)2X，其中X=S、Se、Te；(((CH3)3Si)2N)2X，其中X=S、Se、Te；H-X-(CH2)n-CH3，其中X=O、S、Se、Te，n=1至18；HO-CH2-(CH(OH))n-CH3，其中n=1-50；HO-CH2-(CH(OH))n-CH2-OH，其中n=1-50；H2NNH2；NaBH4；NaCNBH3；以及其混合物，包含陰離子前體及/或還原劑；其中群組B包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=TI、Ag、Cu；當y=2時，M=Zn、Cd、Hg、Cu、Pb、Ni；當y=3時，M=Al、Ga、B、In、Bi、Fe；配位體=-(O2C-(CH2)n-CH3)、-(O2C-(CH2)m-CH=CH-(CH2)O-CH3)、-S-(CH2)n-CH3、-PR3、-OPR3，n=2-24，m及o=1-15，R=-(CH2)PCH3、-C6H5、-C6H4-R'，p=0-18，R'=-(CH2)P-CH3、-CH(CH3)2、-C(CH3)3；及其混合物； 其中群組C包含：M(配位體)y，其中當y=1時，M=Na、K、Rb、Cs、Ag、Cu；當y=2時，M=Mg、Ca、Sr、Ba、Pd、Pt、Cu、Ni；當y=3時，M=La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Au；當y=4時，M=Ti、Zr、Hf、Pt、Pd；配位體=-O2C-CH3、-CI、-F、-NO3；及其混合物。
  43. 如請求項42之方法，其中該第一前體與該第二前體以該第一持續時間之該成核產生實質上均質奈米粒子。
  44. 如請求項1之方法，其中該第一前體包含一或多個族III元素，且其中該第二前體包含一或多個族V元素。
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