01  火花烧蚀气溶胶法可匹配多种收集颗粒的方式，灵活性强

02  更灵活的纳米颗粒尺寸

由于快速动力学，连续气相方法通常会产生由难以分开的初级颗粒（通常被认为是颗粒可以具有的最小尺寸）组成的团聚体。因此，之前的许多工作都集中在如何避免这些颗粒在沉积或固定之前发生碰撞。例如，在火花放电中，可以通过使用高空间电荷密度来减少团聚，但这可能是该技术实现可扩展性的限制因素。

在火花烧蚀技术中，金属蒸气是通过放电进行局部材料烧蚀而产生的。蒸气被可变温度的惰性气流穿过骤冷，从而冷凝产生颗粒。由于快速淬灭的蒸气达到的过饱和度非常高，临界尺寸被推低至原子尺度。因此，粒子-粒子碰撞控制的生长可以被认为是从原子尺度开始的。但这种简化仅在点源排放的蒸气快速熄灭的情况下有效。

如果像大多数气相纳米粒子的生产方法一样，骤冷流量较低（冷却速率相当低），则需要更复杂的模型来描述粒子形成和生长。即使在室温下，该过程早期阶段形成的原子簇和最小的纳米粒子也是液体状的。因此，当彼此碰撞时，会完全合并成单线态并生长到临界尺寸。如果超过该尺寸在选定的操作温度下仅部分发生或停止聚结，这标志着颗粒团聚的开始，从而导致非球形或团聚颗粒。在急剧淬火的过程中，颗粒生长阶段的温度可以与局部汽化分离，并且可以设置保证完全聚结的值。与其他高温气溶胶合成方法相比，该特征在控制所得纳米颗粒的尺寸方面提供了极大的灵活性。

大气压下材料烧蚀形成单线态和团聚气溶胶纳米粒子的示意图

 

原则上，通过火花烧蚀（以及任何其他类似的气相过程）产生的单线态粒子的 GMD 可以通过仔细改变气体流速 Q 和质量生产率来实现；通过改变火花能量 E 和火花重复频率 F 以此实现从原子团簇调整到任何所需的尺寸。在这一过程中，必须选择足够高的操作温度和高纯度的载气以达到完全聚结。

 

03  总结

 

在本文中，我们介绍了在纳米尺寸甚至更低尺寸范围内连续气相合成单线态粒子的一般概念。通过在颗粒生长区域使用超纯载气和足够高的温度来促进聚结，这一概念已经在合成小于约 100 nm 的金纳米颗粒的实验中进行了测试。

 

 

结合连续气相工艺的各种优点，包括其可扩展性、颗粒纯度高和多功能性（即火花烧蚀能够实现生成几乎任何无机成分或混合物的颗粒），这里用作示例的方法（火花烧蚀）在超纯单线态的高通量生产方面表现出巨大的灵活性，特别是在尺寸范围低于 10 nm 的情况下，而其他连续可扩展方法几乎不存在。因此，该技术促进了 ENP 合成的进步，并为工业规模高效经济地应用新型纳米材料铺平了道路。

 

 

Nano Spark 系列

 

Nano Spark 系列聚焦火花烧蚀技术制备纳米材料的研究，并将不断介绍该技术的相关进展与应用。欢迎大家关注我们了解更多关于火花烧蚀技术的信息。垂询电话：400 857 8882。

 

VSParticle 是一家专注于纳米技术的荷兰公司，其联合创始人为火花烧蚀气溶胶技术的发明人：Andreas Schmidt Ott 教授。专注于气溶胶技术，致力推广火花烧蚀技术，促进交叉学科的发展，为纳米研究带来变革型技术。最新推出的 VSP-P1 纳米印刷沉积系统可实现具有独特性能的无机纳米结构材料的打印直写。