一种铝纳米粒子制备装置、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及纳米粒子制备及其应用相关技术领域，具体涉及一种铝纳米粒子制备装置、制备方法及其应用。


背景技术：

2.因高纯铝纳米粒子性质活泼，在空气中被快速氧化并易发生爆炸，所以铝纳米粒子的批量制备常常需要钝化处理，即在制备过程中使铝纳米粒子表面提前氧化，以提高使用安全性。但在铝纳米粒子介导超快激光的应用中，需要保持铝纳米粒子的纯净度，即不被氧化。参考文献论文optics & laser technology 48 (2013) 110
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116仅公开说明了即使在入射激光束与铝靶表面倾斜时，铝靶仍将垂直于其表面喷射的问题，这个文献没有提出解决上述问题的方案。目前的技术很难实现在真空环境中铝纳米粒子制备及其应用（介导沉积基底刻蚀）的同步进行的问题。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明设计一种铝纳米粒子制备装置、制备方法及其应用，其目的在于：提供能够实现在真空环境中铝纳米粒子制备及其应用（介导沉积基底激光刻蚀）的同步进行的装置及方法。
4.（二）技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述装置还包括腔体3、密封罩13，所述腔体3上安装有凸透镜玻璃腔1和平面镜玻璃腔2，所述凸透镜玻璃腔1和平面镜玻璃腔2在同一水平面上，该水平面上还安装有第一电动旋转台5和第二电动旋转台11，第一电动旋转台5上设置有第一基底底座6，第二电动旋转台11上设置有第二基底底座10，所述第一基底底座6上设置有铝靶7，第二基底底座10上设置有沉积基底9；所述腔体3上还设置有真空抽孔8。
5.作为上一步的优选方案，所述第一电动旋转台5和第一支架4一端连接，第一支架4另一端和腔体3连接；所述第二电动旋转台10和第二支架12一端连接，第二支架12另一端和腔体3连接。
6.作为上一步的优选方案，所述腔体3安装在支撑架15上，腔体3上端设置有一体成型设计的挡圈16。
7.作为上一步的优选方案，所述挡圈16外侧设置有截面为l型结构的橡胶密封圈14，橡胶密封圈14与密封罩13接触配合连接。
8.一种铝纳米粒子制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：1）、将纯度为99.99%的铝靶7固定在与第一电动旋转台5连接的第一基底底座6上；2）、将沉积基底9固定在与铝靶正对的第二基底底座10上；
3）、通过第一电动旋转台5和第二电动旋转台11调整第一基底底座6和第二基底底座10的相对位置，使两个基底底座正对；4）、接着闭合密封罩13和腔体3，利用真空泵对腔体抽真空，当真空度达到10
‑6torr时，将连续激光光束经凸透镜玻璃腔1引入并聚焦至铝靶表面，铝靶在高能量激光烧蚀下，产生气化溅射，并正对沉积基底溅射，气态铝纳米颗粒在溅射过程中被沉积于石英玻璃的沉积基底9上，完成铝纳米粒子制备。
9.一种铝纳米粒子制备装置的应用方法，其特征在于：实现超快激光对铝纳米粒子沉积基底的纳米级超分辨刻蚀。
10.作为上一步的优选方案，所述应用方法包括如下步骤：通过调节第二电动旋转台11使其与平面玻璃腔2正对，引导超快激光光束经平面玻璃腔2进入真空腔体3，并对铝纳米粒子及其沉积基底9进行离焦辐照，沉积基底9在极大电场作用下产生电离击穿，完成对沉积基底的刻蚀。
11.（三）有益效果本发明提供了一种铝纳米粒子制备装置及其应用方法，具备以下有益效果：（1）、本发明装置可实现铝纳米粒子在真空环境中的制备，解决了铝纳米粒子在空气中被快速氧化并易发生爆炸，提高制备的安全性。
12.（2）、当聚焦激光束轰击铝靶时，铝靶焦点处抛射出等离子羽，等离子羽沉积在基底上，完成铝纳米粒子的制备。
13.（3）、本发明装置可实现在纳米粒子介导超快激光诱导沉积基底电离击穿，本发明技术可以突破光学衍射极限，实现纳米级超分辨刻蚀，在基底纳米级超分辨刻蚀方面有重要意义。
附图说明
14.图1为本发明结构剖视图；图2为本发明密封罩和腔体剖视结构图；其中，1、凸透镜玻璃腔，2、平面镜玻璃腔，3、腔体，4、第一支架，5、第一电动旋转台，6、第一基底底座，7、铝靶，8、真空抽孔，9、沉积基底，10、第二基底底座，11、第二电动旋转台，12、第二支架，13、密封罩，14、橡胶密封圈，15、支撑架，16、挡圈。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施例：如图1、2所示，本发明的腔体3和密封罩13之间为活动连接，腔体3的安装在支撑架15上端，腔体3上端靠近内壁设置有一体成型设计或者无缝焊接的挡圈16，腔体3和挡圈16为不锈钢材质，为了让腔体3和密封罩13之间密封效果更好，本发明在挡圈16的外面设置有一个橡胶密封圈14，橡胶密封圈14的截面为l型结构，l型结构的橡胶密封圈14一面与挡圈
16连接，一面与腔体3上表面连接；本发明的腔体3上还设置有凸透镜玻璃腔1和平面镜玻璃腔2，凸透镜玻璃腔1和平面镜玻璃腔2也为密封连接，凸透镜玻璃腔1和平面镜玻璃腔2的中心在同一水平面上，在同一水平面上还设置有第一电动旋转台5和第二电动旋转台11，第一电动旋转台5和第二电动旋转台11的精度要求较高可以选择纳特光学的nt02ra100精密回转工作台，第一电动旋转台5与第一支架4焊接，第一支架4还与腔体3的内壁焊接，第二电动旋转台11与第二支架12焊接，第二支架12还与腔体3的内壁焊接，第一电动旋转台5上设置有第一基底底座6，第二电动旋转台11上设置有第二基底底座10，第一基底底座6上设置有铝靶7，第二基底底座10上设置有沉积基底9，为了进行抽真空，在腔体3上还设置有真空抽孔8，真空抽孔8与分子泵或真空泵连接，真空抽孔8优先设置在凸透镜玻璃腔1和第二电动旋转台11之间的腔体3上，也可以设置在第一电动旋转台5和第二电动旋转台11之间的腔体3上。
17.具体实施过程：一种铝纳米粒子制备方法，主要包括如下步骤：1）、将纯度为99.99%的铝靶7固定在与第一电动旋转台5连接的第一基底底座6上；2）、将石英玻璃材质的沉积基底9固定在与铝靶正对的第二基底底座10上；3）、通过第一电动旋转台5和第二电动旋转台11调整第一基底底座6和第二基底底座10的相对位置，使两个基底底座正对；4）、接着闭合密封罩13和腔体3，利用真空泵对腔体3抽真空，当真空度达到10
‑6torr时，将连续激光光束经凸透镜玻璃腔1引入并聚焦至铝靶7表面，铝靶7在高能量激光烧蚀下，产生气化溅射，并正对沉积基底溅射，气态铝纳米颗粒在溅射过程中被沉积于石英玻璃的沉积基底9上，完成铝纳米粒子制备。
18.一种铝纳米粒子制备装置的应用方法，包括如下步骤：通过调节第二电动旋转台11使其与平面玻璃腔2正对，引导超快激光光束经平面玻璃腔2进入真空腔体3，并对铝纳米粒子及其沉积基底9进行离焦辐照，铝纳米粒子邻域产生极大的电场，沉积基底9在极大电场作用下产生电离击穿，完成对沉积基底的刻蚀，实现超快激光对铝纳米粒子沉积基底的纳米级超分辨刻蚀。
19.以上达到设计目的。
20.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
21.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。综上，本发明达到预期目的。

技术特征：
1.一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述装置还包括腔体（3）、密封罩（13），所述腔体（3）上安装有凸透镜玻璃腔（1）和平面镜玻璃腔（2），所述凸透镜玻璃腔（1）和平面镜玻璃腔（2）在同一水平面上，该水平面上还安装有第一电动旋转台（5）和第二电动旋转台（11），第一电动旋转台（5）上设置有第一基底底座（6），第二电动旋转台（11）上设置有第二基底底座（10），所述第一基底底座（6）上设置有铝靶（7），第二基底底座（10）上设置有沉积基底（9）；所述腔体（3）上还设置有真空抽孔（8）。2.根据权利要求1所述的一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述第一电动旋转台（5）和第一支架（4）一端连接，第一支架（4）另一端和腔体（3）连接；所述第二电动旋转台（11）和第二支架（12）一端连接，第二支架（12）另一端和腔体（3）连接。3.根据权利要求1或2所述的一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述腔体（3）安装在支撑架（15）上，腔体（3）上端设置有一体成型设计的挡圈（16）。4.根据权利要求3所述的一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述挡圈（16）外侧设置有截面为l型结构的橡胶密封圈（14），橡胶密封圈（14）与密封罩（13）接触配合连接。5.一种铝纳米粒子制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：1）、将纯度为99.99%的铝靶（7）固定在与第一电动旋转台（5）连接的第一基底底座（6）上；2）、将沉积基底（9）固定在与铝靶正对的第二基底底座（10）上；3）、通过第一电动旋转台（5）和第二电动旋转台（11）调整第一基底底座（6）和第二基底底座（10）的相对位置，使两个基底底座正对；4）、接着闭合密封罩（13）和腔体（3），利用真空泵对腔体抽真空，当真空度达到10
‑6torr时，将连续激光光束经凸透镜玻璃腔（1）引入并聚焦至铝靶表面，铝靶在高能量激光烧蚀下，产生气化溅射，并正对沉积基底溅射，气态铝纳米颗粒在溅射过程中被沉积于石英玻璃的沉积基底（9）上，完成铝纳米粒子制备。6.一种铝纳米粒子制备装置的应用方法，其特征在于：实现超快激光对铝纳米粒子沉积基底的纳米级超分辨刻蚀。7.根据权利要求6所述的一种铝纳米粒子制备装置，其特征在于：所述应用方法包括如下步骤：通过调节第二电动旋转台（11）使其与平面镜玻璃腔（2）正对，引导超快激光光束经平面镜玻璃腔（2）进入真空腔体（3），并对铝纳米粒子及其沉积基底（9）进行离焦辐照，沉积基底（9）在极大电场作用下产生电离击穿，完成对沉积基底的刻蚀。
技术总结
本发明公开了一种铝纳米粒子制备装置，包括腔体、密封罩，腔体上安装有凸透镜玻璃腔和平面镜玻璃腔，凸透镜玻璃腔和平面镜玻璃腔在同一水平面上，该水平面上还安装有第一电动旋转台和第二电动旋转台，第一电动旋转台上设置有第一基底底座，第二电动旋转台上设置有第二基底底座，第一基底底座上设置有铝靶，第二基底底座上设置有沉积基底；腔体上还设置有真空抽孔。一种铝纳米粒子制备装置的应用方法，其特征在于：实现超快激光对铝纳米粒子沉积基底的纳米级超分辨刻蚀。本发明装置可实现铝纳米粒子在真空环境中的制备，解决了铝纳米粒子在空气中被快速氧化并易发生爆炸，提高制备的安全性。全性。全性。


技术研发人员：林卿 宋安然 杨扬 刘方方 施允
受保护的技术使用者：宿迁学院
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29