專利名稱：用于傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)以及用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)?？梢詫⒕哂性诩{米范圍內(nèi)尺寸規(guī)格的最小顆粒理解為干燥的納米微粒，這樣的微粒分別由多個(gè)原子或分子組成。如果這種微粒是干燥的，則其構(gòu)成了納米彌散的粉末，也就是說(shuō)，不采用流體的載運(yùn)介質(zhì)來(lái)傳輸納米微粒。
背景技術(shù)：
從德國(guó)專利申請(qǐng)文件DE19632393A1可以得知，這種所謂的納米粉末不能順暢地噴灑，因此例如在物理蒸發(fā)沉積(PVD)過(guò)程中從外部輸入物料是有困難的。所以規(guī)定，不能采用納米粉末作為在PVD-過(guò)程中供入的原料，而是相反地當(dāng)場(chǎng)在PVD-過(guò)程之中制造納米微粒。為了制造納米微粒必須在PVD-過(guò)程中供入適合此目的的原料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于納米微粒的傳輸系統(tǒng)，利用該傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)納米粉末的傳輸。
按照本發(fā)明，上述問(wèn)題通過(guò)一種用于干燥的被磁化的納米微粒的傳輸系統(tǒng)得以解決，該傳輸系統(tǒng)具有用于納米微粒的傳輸通道和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器，該場(chǎng)發(fā)生器相對(duì)于所述傳輸通道這樣設(shè)置，使得能夠在傳輸通道中不均勻地產(chǎn)生具有基本沿傳輸通道的走向取向的磁力線的磁場(chǎng)。在此有利地充分利用了下述效應(yīng)，即，通過(guò)在傳輸通道內(nèi)部的非均勻磁場(chǎng)將一個(gè)沿該磁場(chǎng)的磁力線取向的力在磁感應(yīng)增大的方向上施加到已磁化的納米微粒上。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題可選地通過(guò)一種用于傳輸干燥的帶電的納米微粒的傳輸系統(tǒng)得以解決，該傳輸系統(tǒng)具有用于傳輸納米微粒的傳輸通道以及用于產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器，該場(chǎng)發(fā)生器相對(duì)于所述傳輸通道這樣地設(shè)置，使得能夠產(chǎn)生具有至少基本上沿傳輸通道的走向取向的電力線的電場(chǎng)。在這種可選方案中在帶電的納米微粒中利用下述效應(yīng)，即，對(duì)電場(chǎng)中的納米微粒施加一個(gè)沿電力線方向的作用力。
在按照本發(fā)明的用于傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)中利用了下述效應(yīng)，即，納米微粒基于其極微小的質(zhì)量就能夠由于微小的力作用而運(yùn)動(dòng)，由此對(duì)納米微粒進(jìn)行輕微的磁化或充電對(duì)于在傳輸通道中的傳輸就已經(jīng)是足夠的。也就是說(shuō)，業(yè)已表明，納米微粒在其傳輸?shù)倪^(guò)程中表現(xiàn)出了一種與通常的具有在微米范圍內(nèi)的顆粒規(guī)格的粉末顆粒的特性極其不同的特性。也就是說(shuō)，納米微?；谄湮⑿〉牧６仍趥鬏敃r(shí)表現(xiàn)出用作零散的載流子、如離子的特性。
本發(fā)明傳輸系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式規(guī)定，所述用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器由電磁線圈構(gòu)成，該線圈設(shè)計(jì)成圍繞著所述傳輸通道的繞組。在線圈的區(qū)域內(nèi)在傳輸通道中產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨著離線圈越來(lái)越遠(yuǎn)而在傳輸通道內(nèi)減弱。因此，磁化的納米微粒被朝線圈的方向加速。用于產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器例如可以具有電容器。
本發(fā)明的一項(xiàng)獨(dú)特的設(shè)計(jì)規(guī)定，所述傳輸通道匯入到一個(gè)用于排出所述納米微粒的噴出口中。由此，所述傳輸系統(tǒng)也可以有利地用作噴嘴，從而可以借助于該噴嘴例如將納米微粒均勻地分布到一個(gè)表面上或者一個(gè)空間體積內(nèi)。帶有噴出口的傳輸系統(tǒng)例如可以應(yīng)用在如電弧蒸發(fā)條件下的PVD工藝中，以便可以將納米微粒均勻地添加到PVD涂層中。
按照一項(xiàng)獨(dú)特的設(shè)計(jì)，所述傳輸通道的內(nèi)壁可相對(duì)于傳輸通道的走向沿徑向運(yùn)動(dòng)以及這樣安裝執(zhí)行元件，即，使得該執(zhí)行元件可以引起所述內(nèi)壁垂直于壁面的運(yùn)動(dòng)。由此可以有利地減少或甚至杜絕納米微粒附著在傳輸通道的內(nèi)壁上。因此場(chǎng)發(fā)生器使得納米微粒更易于傳輸、尤其能夠防止傳輸通道堵塞。因此，可以確保，即便在具有極微小直徑的通道中也能傳輸納米微粒，所述微小直徑處于納米微粒的顆粒直徑的三至五倍之間。尤其有利的是，所述執(zhí)行元件由壓電執(zhí)行元件構(gòu)成，該壓電執(zhí)行元件例如可以引起所述內(nèi)壁在超聲波范圍內(nèi)的震動(dòng)。
另外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)的方法。與此相關(guān)地，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于運(yùn)行傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)的方法，通過(guò)所述傳輸系統(tǒng)可以最佳地將納米微粒的傳輸與各種用途相適應(yīng)。
這一技術(shù)問(wèn)題按照本發(fā)明是通過(guò)一種方法得以解決的，在該方法中，在傳輸通道內(nèi)產(chǎn)生靜態(tài)場(chǎng)，在需要連續(xù)輸送納米微粒期間，該靜態(tài)場(chǎng)一直保持存在。這不僅對(duì)于借助于適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)磁化的納米微粒、而且對(duì)于借助于電場(chǎng)或者還可以借助于電場(chǎng)與磁場(chǎng)的疊加充電的納米微粒在納米微粒具有適合特性時(shí)都是可以實(shí)現(xiàn)的。由此將場(chǎng)發(fā)生器用于傳輸納米微粒的傳輸機(jī)構(gòu)中，只要該場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)作用場(chǎng)。
上述技術(shù)問(wèn)題的另一種解決方案在于一種用于運(yùn)行傳輸納米微粒的傳輸系統(tǒng)的方法，在該方法中，在傳輸通道內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)場(chǎng)，其中，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖進(jìn)行對(duì)納米微粒的計(jì)量?？梢韵鄳?yīng)地根據(jù)對(duì)計(jì)量的要求調(diào)整脈動(dòng)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)隨時(shí)間的改變。這種改變可以通過(guò)脈沖長(zhǎng)度、脈沖幅度、脈沖間距以及脈沖形狀等的變化來(lái)影響。與在傳輸通道內(nèi)的每個(gè)限定時(shí)間的噴出或傳輸有關(guān)地進(jìn)行納米微粒的計(jì)量。


下面借助于附圖闡述本發(fā)明的細(xì)節(jié)。在附圖中相同或?qū)?yīng)的元件以各自相同的附圖標(biāo)記標(biāo)注，以及各附圖之間的相同之處僅闡述一次。附圖中圖1簡(jiǎn)略地表示按照本發(fā)明具有場(chǎng)發(fā)生器的傳輸系統(tǒng)的實(shí)施方式；圖2簡(jiǎn)略地表示按照本發(fā)明具有用于電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器的傳輸系統(tǒng)的實(shí)施方式；圖3以剖視圖表示所述傳輸系統(tǒng)作為噴嘴的實(shí)施方式；圖4簡(jiǎn)略地表示具有圖3所示的噴嘴的PVD涂層設(shè)備。
具體實(shí)施例方式
按照?qǐng)D1表示出了傳輸系統(tǒng)11a，該傳輸系統(tǒng)具有傳輸通道12，傳輸通道12終止于一個(gè)噴出口13。另外，在噴出口13的區(qū)域內(nèi)設(shè)有由電磁線圈15和電源16組成的場(chǎng)發(fā)生器14a。線圈15在噴出口13處環(huán)形地圍繞所述傳輸通道12，使得在噴出口13的區(qū)域內(nèi)在傳輸通道12內(nèi)部產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)(以磁力線17a表示)。而在線圈15之外沿傳輸通道12的其他示出的走向形成的磁場(chǎng)是不均勻的，同時(shí)，磁感應(yīng)隨著遠(yuǎn)離線圈而減弱。
傳輸通道12的走向基本上沿著所產(chǎn)生磁場(chǎng)的確定的磁力線走向，由此可以實(shí)現(xiàn)傳輸通道的彎曲。另外，也可以選擇將傳輸通道設(shè)計(jì)成直的(未示出)，因?yàn)檠刂€圈15的對(duì)稱軸看磁場(chǎng)隨著逐漸遠(yuǎn)離線圈而減弱。已磁化的(例如由象鐵那樣的鐵磁性材料構(gòu)成的)納米顆粒18a在由線圈15產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)內(nèi)取向以及在傳輸通道12內(nèi)沿具有逐漸增大的磁感應(yīng)的磁場(chǎng)區(qū)域方向、亦即朝線圈15方向加速。在線圈15的內(nèi)部存在均勻的磁場(chǎng)，使得納米顆粒在通過(guò)該區(qū)域時(shí)不再繼續(xù)加速。隨后，納米顆粒從噴出口13噴出并在自由的空間內(nèi)基于現(xiàn)在變?nèi)醯拇艌?chǎng)又開(kāi)始減速。而在此處可以通過(guò)PVD-過(guò)程中的顆粒流來(lái)檢測(cè)(參見(jiàn)圖4)。
最后，在傳輸通道12上設(shè)置帶有閥門的壓縮空氣接頭24，通過(guò)該壓縮空氣接頭可以將壓縮空氣脈沖輸入到傳輸通道內(nèi)。壓縮空氣接頭也可以以未示出的方式具有多個(gè)通入到傳輸通道12內(nèi)的入口，以便將壓縮空氣均勻地分配到傳輸通道的側(cè)壁上。通過(guò)吹入壓縮空氣可以防止納米微粒18a粘附到傳輸通道12的側(cè)壁上。
按照?qǐng)D2的傳輸通道11b將兩個(gè)容器19相互連接起來(lái)，在這兩個(gè)容器之間要交換帶電荷的納米微粒18b。為此，傳輸通道12在其端部處裝有環(huán)形電極20a、20b，這些環(huán)形電極與一個(gè)電控制單元21一起共同構(gòu)成一個(gè)設(shè)計(jì)為電容器的用于在傳輸通道12內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器14b(電場(chǎng)的電力線17b)。借助于控制單元21可以控制所述用于產(chǎn)生電場(chǎng)的環(huán)形電極20a、20b。在傳輸通道12內(nèi)的電場(chǎng)將力施加到位于傳輸通道內(nèi)的帶電荷的納米微粒18b上，使得可以將這些納米微粒從一個(gè)容器19交換到另一個(gè)容器19中。通過(guò)傳輸通道12的傳輸?shù)姆较蜃儞Q可以通過(guò)控制單元21對(duì)環(huán)形電極20a、20b的極性變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另外，與容器19內(nèi)傳輸通道12的入口22相對(duì)地在容器19的側(cè)壁中集成構(gòu)造有附加電極23a、23b，使得也能夠在容器中已經(jīng)建立電場(chǎng)，該電場(chǎng)使納米微粒18b更易于進(jìn)入到傳輸通道12中或從中排出。
按照?qǐng)D3，表示出了一傳輸系統(tǒng)11c，該傳輸系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)為噴嘴的帶有噴出口13的傳輸通道12。該傳輸通道在其背向所述噴出口13的端部處匯入到用于納米微粒18b的存儲(chǔ)器25中。存儲(chǔ)器25以及傳輸通道12的內(nèi)壁26由可以為傳輸系統(tǒng)11c承擔(dān)不同功能的涂層27構(gòu)成。這可以達(dá)到對(duì)環(huán)形電極20a、20b進(jìn)行電絕緣。另外，可以在涂層27上對(duì)納米微粒18b施加靜電，使得納米微粒帶電。最后，將涂層27設(shè)計(jì)為彈性的，使得該涂層可例如垂直于內(nèi)壁26的壁面運(yùn)動(dòng)。將若干壓電執(zhí)行元件作為產(chǎn)生該運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件嵌入到傳輸通道12和存儲(chǔ)器25的壁材料中。為了清楚起見(jiàn)，未表示出壓電執(zhí)行元件28和所述同樣嵌裝到壁材料中的環(huán)形電極20a、20b的通電觸點(diǎn)接通情況。
例如，可以由壓電執(zhí)行元件產(chǎn)生通過(guò)涂層27作用到納米微粒18b上的震動(dòng)。由此防止納米微粒粘附到內(nèi)壁26上。另外，通過(guò)激發(fā)環(huán)形電極20a、20b可以促使納米微粒18b從傳輸通道12中噴出。通過(guò)對(duì)環(huán)形電極20a、20b施加直流電壓例如可以產(chǎn)生連續(xù)的納米微粒18b流。但是也可以對(duì)納米微粒18b進(jìn)行計(jì)量，為此，對(duì)環(huán)形電極20a、20b施加一個(gè)脈動(dòng)的或者甚至是交變的電流。在這種情況下，隨時(shí)間變化的由環(huán)形電極20a、20b產(chǎn)生的靜電場(chǎng)同樣有助于防止納米微粒附著在內(nèi)壁26上。當(dāng)然也可以在按照?qǐng)D1的線圈裝置中采用所述可實(shí)現(xiàn)的用于控制環(huán)形電極20a、20b的方法。
在圖4中表示出了PVD涂層設(shè)備29，在該設(shè)備中例如可以采用一組連接在存儲(chǔ)器25上的帶有噴出口13的傳輸通道12，以便將零散的納米微粒應(yīng)用到PVD涂層工藝中。所述PVD涂層設(shè)備主要由真空室30構(gòu)成，在該真空室中與一個(gè)待涂敷的基底32相對(duì)地安置一個(gè)靶31?；?2位于一個(gè)中性的底座33上，而靶31設(shè)置在一個(gè)設(shè)計(jì)為陽(yáng)極的支座34上。真空室30的室壁構(gòu)成相應(yīng)的陰極。
借助于真空泵35可以將真空室抽真空，從而可以從一個(gè)存儲(chǔ)容器36中將反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空室中。借助于該反應(yīng)氣體可以在真空室30內(nèi)點(diǎn)燃等離子體，該等離子體從所述靶31中分解出用于沉淀到基底32上的粒子。借助于傳輸通道12將納米微粒引入到該粒子流中，由此將納米微粒添加到涂層中。也可以將納米微粒供給到電弧蒸發(fā)設(shè)備的電弧中(未示出)。
權(quán)利要求
1.一種用于傳輸干燥的磁化的納米微粒的傳輸系統(tǒng)，其具有-用于傳輸納米微粒的傳輸通道(12)以及-用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器(14a)，該場(chǎng)發(fā)生器相對(duì)于所述傳輸通道這樣設(shè)置，使得能夠在傳輸通道中不均勻地產(chǎn)生具有基本上沿傳輸通道的走向取向的磁力線的磁場(chǎng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器(14a)具有電磁線圈(15)，該線圈(15)設(shè)計(jì)成圍繞著所述傳輸通道(12)的繞組。
3.一種用于傳輸干燥的帶電的納米微粒的傳輸系統(tǒng)，其具有-用于傳輸納米微粒的傳輸通道(12)，以及-用于產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器(14b)，該場(chǎng)發(fā)生器相對(duì)于所述傳輸通道(12)這樣設(shè)置，使得能夠產(chǎn)生具有至少基本上沿傳輸通道的走向取向的電力線的電場(chǎng)。
4.按照權(quán)利要求3所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述用于產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)發(fā)生器(14b)具有電容器(20a、20b)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸通道(12)匯入到用于排出所述納米微粒的噴出口(13)中。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸通道(12)的內(nèi)壁(26)可相對(duì)于傳輸通道的走向沿徑向運(yùn)動(dòng)并這樣安裝執(zhí)行元件，即，使得該執(zhí)行元件可以引起所述內(nèi)壁(26)垂直于壁面的運(yùn)動(dòng)。
7.按照權(quán)利要求6所述的傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行元件是壓電執(zhí)行元件(28)。
8.一種用于運(yùn)行按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的傳輸系統(tǒng)的方法，其特征在于在傳輸通道(12)內(nèi)產(chǎn)生靜態(tài)場(chǎng)，在需要連續(xù)輸送納米微粒期間，該靜態(tài)場(chǎng)一直保持存在。
9.一種用于運(yùn)行按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的傳輸系統(tǒng)的方法，其特征在于在傳輸通道(12)內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)場(chǎng)，其中，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖進(jìn)行對(duì)納米微粒的計(jì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳輸干燥的納米微粒(18b)的傳輸系統(tǒng)。按照本發(fā)明規(guī)定，為了傳輸，對(duì)納米微粒(18b)進(jìn)行磁化或充電并在傳輸通道中借助于場(chǎng)發(fā)生器(20a、20b)產(chǎn)生磁場(chǎng)或電場(chǎng)，在該磁場(chǎng)或電場(chǎng)中納米微粒(18b)運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳輸通道(12)。納米微?？梢岳缤ㄟ^(guò)噴出口(13)噴出，由此實(shí)現(xiàn)計(jì)量。為了防止納米微粒(18b)結(jié)塊或粘附到內(nèi)壁(26)上，可以借助于壓電執(zhí)行元件(28)使內(nèi)壁涂層(27)震動(dòng)，該震動(dòng)傳遞到納米微粒(18b)上。通過(guò)所述傳輸系統(tǒng)，有利地實(shí)現(xiàn)了干燥納米微粒的傳輸，由此不必將該納米微粒加工成懸浮狀。
文檔編號(hào)B65G54/02GK1957105SQ200580016590
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者詹斯·D·詹森, 厄休斯·克魯格, 沃爾克馬·盧森, ?？恕はＭ?申請(qǐng)人:西門子公司