本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)?01280042392.7、申請(qǐng)日為2012年6月29日、發(fā)明名稱為“用于生產(chǎn)均勻尺寸的納米顆粒的方法和設(shè)備”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種用于制備各種形狀的均勻尺寸的納米顆粒的新穎的工藝和設(shè)備。由于能夠生產(chǎn)均勻尺寸的納米顆粒，這些顆粒在液體溶液中顯示獨(dú)特的特性，因?yàn)樗鼈兡軌虮３謶腋≡谌芤褐卸鵁o需表面活性劑或其他穩(wěn)定劑。

背景技術(shù)：

過去二十年間的努力基本上都致力于創(chuàng)建和研究什么是通常所謂的納米顆粒，盡管事實(shí)上已經(jīng)存在了描述什么是所謂的納米顆粒的各種定義。在最寬泛的定義下，測(cè)量尺寸小于100納米(nm)(或<100xl0^-9m)的顆粒都可以被定義為“納米顆?！?，當(dāng)然事實(shí)上該顆粒的其他尺寸可能非常大。即使顆粒的每個(gè)尺寸測(cè)量值都小于100nm，納米顆粒的命名也不能提供涉及顆粒形狀或其基本性質(zhì)的信息，而這些形狀和特性可能與制造該納米顆粒的固體材料的形狀和特性相同或不相同。此外，在納米顆粒這一術(shù)語的廣泛使用之前，非常小的顆粒，其中有些可能符合納米顆粒的標(biāo)準(zhǔn)定義的顆粒通常被稱為膠體，這通常僅僅意味著它們足夠小以呈現(xiàn)出布朗運(yùn)動(dòng)，然而該效果是由顆粒尺寸導(dǎo)致的還是由諸如表面張力等其他特性導(dǎo)致的則很少被說明。

當(dāng)今，符合一種或多種傳統(tǒng)定義的納米顆粒被用在多種工業(yè)、醫(yī)學(xué)或消費(fèi)品中，并且關(guān)于它們的性質(zhì)和生產(chǎn)方法的關(guān)注與日俱增。

用于制造所謂納米顆粒的各種工藝在本領(lǐng)域中是已知的。例如，授權(quán)給becker等人的第5,585,020號(hào)美國(guó)專利教導(dǎo)了一種形成被稱為窄尺寸分布的納米顆粒(例如，顆粒具有73nm的平均直徑并具有23nm的標(biāo)準(zhǔn)差)的方法。該方法在惰性氣體或真空系統(tǒng)內(nèi)使用激光消融小于100微米的初始直徑目標(biāo)顆粒。

第7,374,730號(hào)美國(guó)專利教導(dǎo)了一種在有機(jī)液體媒介中形成納米顆粒的方法并認(rèn)識(shí)到需要使用諸如表面活性劑或涂層劑或能夠阻止納米顆粒聚結(jié)或阻止納米顆粒生長(zhǎng)為更大的實(shí)體的其他碳水化合物材料。

第7,662,731號(hào)美國(guó)專利認(rèn)識(shí)到需要在激光濺射/消融過程中防止氧化，但它是在超流態(tài)氦中執(zhí)行消融來解決該問題的。

皮秒消融提供了更短的脈沖，能夠減少離子形成的時(shí)間并允許方法控制尺寸，盡管皮秒消融的功率輸出通常非常小，限制了用相對(duì)小的消融材料羽流(plumes)生產(chǎn)的材料的量。

納米顆粒的形狀也是重要的特性并且在確定納米顆粒如何動(dòng)作、相互作用、或被作用時(shí)也是必要特性。就它們的均勻形狀和可重復(fù)的特性而言，球形顆粒是理想的。

某些納米顆?？赏ㄟ^化學(xué)還原方法成長(zhǎng)為球形(例如硅石)，而從其他起始材料生產(chǎn)球形納米顆粒通常經(jīng)歷兩個(gè)步驟。典型地，納米顆粒的通過類似的化學(xué)還原方法從非硅石的起始材料的生長(zhǎng)產(chǎn)生諸如面體(hedrons)、晶片、棒的非球形的形狀和其他非球形形狀。雖然這些方法提供了良好的尺寸控制，所產(chǎn)生的非球形形狀在它們變?yōu)榍蛐涡螤钪靶枰M(jìn)一步處理。一旦具體形狀的納米顆粒被制造出來，激光消融被用于主動(dòng)地將它們研磨成類球形和/或球形形狀。該工藝產(chǎn)生可被稱為廢料的從最初的非球形顆粒上敲落的材料，并且在很多情況下，該廢料缺少在運(yùn)載介質(zhì)中被粘合的核內(nèi)結(jié)合能，從而導(dǎo)致離子的產(chǎn)生。球形顆粒隨后被過濾以移除離子和不需要的廢料。盡管可通過該方法實(shí)現(xiàn)理想的球形納米顆粒，但消融領(lǐng)域的尺寸和前體材料的分批生產(chǎn)限制了該工藝的生產(chǎn)能力。

由于近來的納米材料技術(shù)和研究的發(fā)展，以及對(duì)與特定納米材料有關(guān)的獨(dú)特特性的認(rèn)識(shí)，納米材料特性的標(biāo)準(zhǔn)化在持續(xù)發(fā)展。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“納米材料”將用于表示最大尺寸小于100nm的任意形狀的顆粒。

本領(lǐng)域顯著地缺少能夠大量生產(chǎn)尺寸均勻、離子穩(wěn)定的納米顆粒、尤其是球形納米顆粒的方法。本領(lǐng)域還缺少用于生產(chǎn)如下納米顆粒的方法，所述納米顆粒能夠在液體溶液中并且更特別地在極性液體溶液中懸浮而無需表面活性劑或其他穩(wěn)定劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及用于制備尺寸均勻并且穩(wěn)定的納米顆粒的新型工藝和設(shè)備。在一個(gè)非限定性的實(shí)施例中，公開了用于制備尺寸均勻、非電離地穩(wěn)定的球形納米顆粒的工藝和設(shè)備。在本發(fā)明的范圍內(nèi)的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)這些納米顆粒懸浮在液體介質(zhì)中時(shí)，不需要表面活性劑或其他分離劑來維持顆粒的懸浮和穩(wěn)定性。如下文進(jìn)一步所述，這些工藝和設(shè)備在用寬范圍的材料形成均勻尺寸的球形納米顆粒時(shí)尤其有效。這種材料包括但不限于金屬、單金屬元素或合金、以及固體非金屬起始材料，包括單元素、化合物以及聚合物。

生產(chǎn)這些尺寸均勻和球形的納米顆粒的第一步驟，是消融目標(biāo)表面以產(chǎn)生噴射物事件，該噴射物事件徑向地離開目標(biāo)材料的表面。在重氛圍下，即，在流體介質(zhì)中，該噴射物事件是已知的噴射物羽流，其具有將羽流中的蒸汽(其包含噴射物材料)與重氛圍隔開的努森邊界層。在真空中，該噴射物事件將會(huì)是已知的噴射物噴霧。這優(yōu)選地通過如下方式實(shí)現(xiàn)：向目標(biāo)表面?zhèn)鬏斕囟ǖ哪芰堪?典型地是光子能或電能)(其在被傳送時(shí)變?yōu)槟繕?biāo)表面內(nèi)的足以破壞小原子簇周圍的核內(nèi)結(jié)合力的聲子能)，并在噴射物事件中將原子簇從目標(biāo)表面噴出，但是以降低可能導(dǎo)致離子產(chǎn)生的目標(biāo)材料內(nèi)的的殘余熱的速率噴出。應(yīng)當(dāng)理解，改變目標(biāo)材料的物理特性將影響目標(biāo)的消融速率。例如，退火的金屬目標(biāo)例如ag具有降低的核內(nèi)結(jié)合能并且因此能夠通過傳輸?shù)暮愣芰恳愿斓乃俾十a(chǎn)生顆粒。

本領(lǐng)域中已知的形成噴射物事件的技術(shù)包括使用激光消融以及放電。通過知道給定目標(biāo)的原子或分子之間的結(jié)合能、目標(biāo)材料的能量吸收頻帶、以及金屬目標(biāo)材料的電離能，特定的能量包可以被傳輸至目標(biāo)材料，其足以破壞核內(nèi)結(jié)合，但不足產(chǎn)生導(dǎo)致從金屬目標(biāo)產(chǎn)生離子的熱量。

在激光消融系統(tǒng)中，目標(biāo)材料典型地將具有已知的波長(zhǎng)吸收頻帶，并且所輸送的用于消融目標(biāo)材料的能量包內(nèi)能是已知的或者可通過已知的測(cè)試參數(shù)確定。激光輻射的輪廓可以被選擇以提供從光子能向目標(biāo)內(nèi)的聲子能的最有效的傳遞，例如公知的“禮帽形”或“高斯”輪廓，并且還可進(jìn)一步調(diào)節(jié)以在整體受控制的區(qū)域內(nèi)以能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生特定的噴射物事件的形狀、尺寸和噴射物材料密度的能量密度輸送特定的持續(xù)時(shí)間的光子能量包。類似地，在放電系統(tǒng)中，來自目標(biāo)陽極的尖端的電能的沖擊在陰極表面附近產(chǎn)生噴射物羽流。提供至目標(biāo)表面的電能包內(nèi)能的控制將控制噴射物羽流的尺寸和噴射物材料的密度。

為了通過使用激光消融方法形成期望的穩(wěn)定的球形納米顆粒，給定的傳輸?shù)墓庾幽芰堪募す饷}沖長(zhǎng)度和能量在時(shí)間方面的計(jì)量典型地不超過納秒級(jí)。用于實(shí)現(xiàn)期望的穩(wěn)定的球形納米顆粒的放電方法的能量包典型地以百伏特計(jì)，其脈沖長(zhǎng)度不超過微秒級(jí)。

當(dāng)噴射物事件離開消融的目標(biāo)表面時(shí)，它將包含高度激發(fā)的并且通常非電離的顆粒的分布，該分布在尺寸方面從少量原子/分子構(gòu)成的小簇到包含數(shù)百乃至數(shù)千原子/分子的大顆粒。在使用金屬目標(biāo)的情況下，初始噴射物時(shí)間還將可能包含少量的獨(dú)立的原子，即使通過光子能量包的相對(duì)短的脈沖長(zhǎng)度使在目標(biāo)表面中產(chǎn)生的熱量最小化以使這種單個(gè)原子或離子的產(chǎn)生最小化。這種顆粒的混合物不僅缺少均勻的尺寸和形狀，而且這些顆粒的界面動(dòng)電勢(shì)(ζ-電勢(shì))低(<8mv)。結(jié)果，即使消除離子，這些顆粒之間的不均勻的力也將產(chǎn)生不穩(wěn)定性，該不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致顆粒分裂成為單獨(dú)的離子，或顆粒聚結(jié)在一起導(dǎo)致從保持介質(zhì)中析出，從而顯著地減少保持介質(zhì)中的納米顆粒的量。

保持介質(zhì)中的顆粒的穩(wěn)定性通過顆粒尺寸的均勻化和施加大于20mv的ζ-電勢(shì)能夠得到顯著地提高，并且能夠通過使用至少一個(gè)電磁場(chǎng)并且優(yōu)選地使用由各種能量強(qiáng)度的多個(gè)離散的電磁場(chǎng)組成的梯度電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。所述至少一個(gè)電磁場(chǎng)大致平行于目標(biāo)表面并且因此大致垂直于正在膨脹的噴射物事件的方向。具體地，如果消融激光被表示為x軸，則電磁能量場(chǎng)將在目標(biāo)材料的前方形成y-z平面。沒有理論的限制，該場(chǎng)或多個(gè)場(chǎng)的組合將作用在噴射物事件內(nèi)的簇上，其中，簇內(nèi)的足夠的聲子能依然存在，以通過使大顆粒分裂以及使小的原子簇與其他顆粒聚結(jié)從而使合成的顆粒尺寸分布收窄，以獲得顆粒尺寸的均勻性。

將在給定的環(huán)境下保持穩(wěn)定的球形納米顆粒的尺寸是與顆粒的環(huán)境的離解能相比的顆粒的幾何效應(yīng)內(nèi)的原子或分子的結(jié)合能的函數(shù)。本文中使用的術(shù)語“顆粒的幾何效應(yīng)”指的是表面呈現(xiàn)出均勻的徑向曲面特性(與大顆粒的平面或小顆粒的點(diǎn)特性相對(duì))。球形納米顆粒的穩(wěn)定性意味著該顆粒對(duì)于通過離子或原子簇離開球形納米顆粒導(dǎo)致的顯著的質(zhì)量損失不敏感，并且人們相信該穩(wěn)定性是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橛删鶆虻膸缀涡?yīng)產(chǎn)生的組合的結(jié)合能(b)大于介質(zhì)的熱能(m)。像這樣，對(duì)于諸如金(au)和鉑(pt)之類的結(jié)合能相對(duì)高的材料而言，與銀(ag)相比(其中穩(wěn)定性通常不能維持直到2.5-5nm直徑)，具有低至1nm的直徑的穩(wěn)定顆粒已經(jīng)可以在諸如水的極性溶液中觀察到。已經(jīng)觀察到，一旦絕大多數(shù)材料的顆粒尺寸超過約35nm，顆粒呈現(xiàn)出導(dǎo)致電離的更多平面的幾何效應(yīng)，這是因?yàn)楸砻嫣幍脑?分子具有局部減弱的結(jié)合傾向而不是穩(wěn)定的球形納米顆粒的群族幾何效應(yīng)。

在一個(gè)公開的實(shí)施例中，梯度電磁場(chǎng)可以被設(shè)計(jì)成不僅收窄顆粒的尺寸分布，還產(chǎn)生不具有任何離散的角或點(diǎn)的大致球形的顆粒。

此外，盡管目標(biāo)前方的電磁場(chǎng)可以被限定為單個(gè)能量場(chǎng)，但在優(yōu)選實(shí)施例中，該能量場(chǎng)可包括至少三個(gè)并且更優(yōu)選地包括至少四個(gè)具有不同能量水平的場(chǎng)。這多個(gè)場(chǎng)可以例如通過使用衍射光柵以分隔單個(gè)激光輻射或通過使用多個(gè)梯度電場(chǎng)的方式建立。當(dāng)噴射物事件膨脹穿過電磁場(chǎng)時(shí)，納米顆粒的尺寸、范圍和分布受足以作用在噴射物事件內(nèi)的激發(fā)的顆粒上的電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)和能量的影響。不受理論的限制，人們相信電磁場(chǎng)被設(shè)置得距離噴射物事件的開始或者目標(biāo)的表面越近(其中噴射的目標(biāo)材料的簇更加濃稠和更有能量)，電磁場(chǎng)對(duì)所述簇的作用就越好。電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)和能量密度上的具體特性在噴射物簇上具有均勻化的效果，導(dǎo)致收縮尺寸分布和納米顆粒的整體尺寸和形狀。

噴射物事件內(nèi)的顆粒離開被高度激發(fā)的目標(biāo)并可在它們徑向地膨脹遠(yuǎn)離目標(biāo)表面時(shí)最初以聲速或近聲速運(yùn)動(dòng)。噴射物羽流的速度受目標(biāo)周圍的重氛圍的壓力的影響，更高的壓力或粘度導(dǎo)致顆粒速度的更快的下降。因此，在通常的條件下，噴射物事件內(nèi)的顆粒持續(xù)遠(yuǎn)離彼此擴(kuò)散，因?yàn)閹缀鯖]有讓它們結(jié)合或產(chǎn)生其他相互作用的激勵(lì)或強(qiáng)制行為，并且沒有任何額外的能量被施加到顆粒上。然而，在本發(fā)明中，隨著噴射物事件開始遠(yuǎn)離目標(biāo)表面的徑向膨脹，它遭遇電磁場(chǎng)并優(yōu)選地遭遇多個(gè)這種電磁場(chǎng)。人們相信這些離散的電磁場(chǎng)的波長(zhǎng)和能量會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生均勻化效果，該均勻化效果導(dǎo)致納米顆粒具有相同的尺寸和等離子體諧振，直至電磁場(chǎng)對(duì)納米顆粒具有有限的效果的程度，因?yàn)樗鼈兙哂杏商囟l率的電磁場(chǎng)導(dǎo)致的降低的能量吸收，并且保持相同的尺寸和等離子體諧振。

該工藝生產(chǎn)出具有均勻尺寸的大致球形的納米顆粒，意味著至少99％的顆粒具有優(yōu)選地±3nm范圍內(nèi)的直徑，并且更優(yōu)選地直徑差異小于±1nm。此外，所述顆粒具有高的ζ-電勢(shì)(優(yōu)選地>±30mv)。這意味著當(dāng)懸浮在任意介質(zhì)(包括任意極性液體，例如水)中時(shí)，這些顆粒在彼此上施加均勻的力并且因此保持懸浮在溶液中而無需添加任何表面活性劑。不使用表面活性劑使得這些顆粒能夠被應(yīng)用于那些表面活性劑可能導(dǎo)致出現(xiàn)其他問題的應(yīng)用，例如生物系統(tǒng)。

已知目標(biāo)上的單個(gè)消融步驟將從目標(biāo)表面上驅(qū)逐出少量的材料，用于獲得有用的量的均勻尺寸的納米顆粒的工藝還將包括理想地在較短的時(shí)間內(nèi)在目標(biāo)上執(zhí)行多次消融的能力，以及具有在可用的容積或空間中收集這些顆粒的能力。當(dāng)采用激光消融時(shí)，這可以在反應(yīng)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其中反應(yīng)室允許主消融激光掃描并重復(fù)地消融目標(biāo)表面，并且還允許用優(yōu)選地通過衍射鏡片分光的副交叉激光或使用多個(gè)激光器(無論是否具有不同的或是類似的能量密度)來提供梯度電磁場(chǎng)。所述室的輸入和輸出口允許重氛圍(無論是氣體或是液體)將已經(jīng)穿過電磁場(chǎng)的納米顆粒帶走。類似地，在真空系統(tǒng)中，噴射物噴霧的顆粒將被典型地沉積在與目標(biāo)相對(duì)的室壁上。

此外，在液體被重新循環(huán)穿過所述室以允許納米顆粒濃聚物堆積的情況下，通過使目標(biāo)前方的溶液的體積最小化，可使正在傳送中的激光能量對(duì)顆粒的持續(xù)破壞最小化。

本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征將一部分在說明書中闡述，另一部分將由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過對(duì)下文的研究或?qū)嵺`本發(fā)明的學(xué)習(xí)而變得更加明顯。

附圖說明

圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明的使用激光消融的工藝的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；

圖2是在重大氣環(huán)境下(heavyatmosphere)離開目標(biāo)表面的噴射物羽流及其與多個(gè)梯度電磁場(chǎng)的相互作用的示意圖。

圖3是在不使用任何梯度電磁場(chǎng)的情況下、在雙重蒸餾的去離子水系統(tǒng)中通過1064nm波長(zhǎng)的激光使用3.9納秒脈沖以傳遞每脈沖500mj的能量對(duì)ag目標(biāo)進(jìn)行激光消融之后的尺寸分布為23nm<±4.2nm的顆粒的圖表；

圖4是在噴射物羽流穿過已經(jīng)被衍射鏡片分光的532nm的橫向激光之后、在雙重蒸餾的去離子水系統(tǒng)中通過1064nm波長(zhǎng)的激光使用3.9納秒脈沖以傳遞每脈沖500mj的能量對(duì)ag目標(biāo)進(jìn)行激光消融之后的尺寸分布為4.6nm<±1nm的顆粒的圖表；

圖5是懸浮在根據(jù)本發(fā)明制備的水溶液中的球形10nmag顆粒的透射電子顯微鏡圖像；

圖6是環(huán)形室(toroid)的示意圖，該環(huán)形室在其表面上包含多個(gè)金屬的同心帶；以及

圖7是用于執(zhí)行本發(fā)明的使用激光消融的工藝的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種制備尺寸均勻的球形納米顆粒的新穎的工藝和設(shè)備。如下文所述，這些工藝和設(shè)備能夠有效地由包括金屬(單金屬或合金)和非金屬(包括聚合物)起始材料在內(nèi)的各種材料生產(chǎn)納米顆粒，尤其是球形納米顆粒。

圖1示出了通過使用激光消融制造均勻尺寸的納米顆粒的系統(tǒng)內(nèi)使用的設(shè)備的例子。主激光器10以脈沖方式12發(fā)射或傳輸光子能的離散的能量包。典型地，從主激光器10發(fā)出的激光脈沖輻射12的直徑通過光束膨脹鏡片14膨脹，以降低功率密度以允許該輻射移動(dòng)穿過掃描鏡片16而不會(huì)破壞光學(xué)涂層。在從掃描鏡片16離開之后，激光輻射12接下來典型地穿過光束校準(zhǔn)鏡片18以在激光輻射12穿過光學(xué)窗口22進(jìn)入室20的同時(shí)形成用于激光輻射12的期望的點(diǎn)尺寸，并與目標(biāo)24相互作用。掃描鏡片16稍微地針對(duì)每個(gè)脈沖調(diào)整輻射12的方向，以使輻射12繞目標(biāo)24的表面移動(dòng)，并且掃描鏡片16通常是極性掃描器或x-y掃描器。這排除了激光輻射12重復(fù)地沖擊目標(biāo)24上的相同位置，從而在每個(gè)脈沖過程中實(shí)現(xiàn)最佳的顆粒消融，并且盡可能地是目標(biāo)得到了有效的利用。重要的是，無論是目標(biāo)移動(dòng)還是能量束移動(dòng)，都沒有排除向目標(biāo)的相同的點(diǎn)重復(fù)地提供能量更重要。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，激光輻射12的路徑優(yōu)選地將發(fā)生在氣密環(huán)境下以防止保證激光束輪廓的整體性(通?；蛘呤恰岸Y帽”狀("tophat")輪廓，或者是高斯輪廓)。

主激光器10的類型和頻率首先是待消融的目標(biāo)材料以及主激光器的工業(yè)效用及成本方面的考慮因素的函數(shù)。典型地，目標(biāo)材料通常具有已知的波長(zhǎng)吸收頻帶。在給定的目標(biāo)材料的吸收波長(zhǎng)頻帶未知的情況下，或報(bào)告值需要被進(jìn)一步優(yōu)化的情況下，主激光器10的頻率可以通過尋找用于待消融的具體材料的適當(dāng)?shù)牟⑶覐?qiáng)的吸收頻帶的實(shí)驗(yàn)方法來確定。

此外，光束點(diǎn)尺寸和能量密度將控制輻射12的每個(gè)能量包或脈沖中傳送的總能量。這將是目標(biāo)材料的結(jié)合能(eb)以及包含在理想的最終球形納米顆粒內(nèi)的總原子/分子的數(shù)目的函數(shù)。

激光輻射12的脈沖持續(xù)時(shí)間優(yōu)選地將允許在每個(gè)脈沖或能量包中傳輸足夠的能量以消融目標(biāo)材料，同時(shí)仍然保持脈沖的內(nèi)能(energycontent)低于目標(biāo)的電離能。在金屬目標(biāo)的情況下，該最大脈沖持續(xù)時(shí)間(pd)將是特別重要的，并且可以再次實(shí)驗(yàn)地確定或通過用目標(biāo)電離能(ei-以焦耳為單位)除以輻射12傳輸?shù)目偰芰?et-以焦耳/秒為單位)來確定，如下所示：

pd＝ei/et

例如，典型地用于制備直徑小于35nm的球形ag納米顆粒時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于形成適當(dāng)?shù)膰娚湮锝Y(jié)果的脈沖持續(xù)時(shí)間(pd)應(yīng)當(dāng)小于10納秒。

激光束的輪廓可以選擇，以提供最有效的從光子能向目標(biāo)內(nèi)的聲子能的傳遞，例如公知的“禮帽”或“高斯”輪廓，并且可以被進(jìn)一步調(diào)節(jié)以在全局可控的范圍內(nèi)傳輸特定持續(xù)時(shí)間的光子能量包，用于包括噴射物材料的特定的噴射事件形狀、尺寸和密度的能量密度。

進(jìn)一步如圖1所示，目標(biāo)24優(yōu)選地被保持在中空的反應(yīng)室20內(nèi)，用目標(biāo)保持器28固定在室的后端26處。室20的前端30還包括允許輻射12穿過朝向目標(biāo)24的前鏡片22。優(yōu)選地，小型壓電控制振動(dòng)器32被安裝在室30的前端內(nèi)側(cè)，位于前鏡片22后部，使得其規(guī)則的振動(dòng)防止納米顆粒在其上面的堆積，從而保護(hù)前鏡片22。如果納米顆粒的堆積發(fā)生在前鏡片22上，則正在進(jìn)入的激光輻射損壞該鏡片的可能性增加。當(dāng)目標(biāo)24被來自輻射12的每個(gè)脈沖沖擊之后，隨著羽流離開目標(biāo)24的表面，室18的中空的內(nèi)部用于容納噴射物事件(未示出)。

一旦來自輻射12的脈沖與目標(biāo)24的表面相互作用，激光光子的能量轉(zhuǎn)移到目標(biāo)的晶格結(jié)構(gòu)，成為破壞晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的核內(nèi)結(jié)合力的聲子能并從目標(biāo)表面釋放顆粒。由于晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的原子之間的結(jié)合能控制被傳輸?shù)侥繕?biāo)表面的具體量的能量消融的材料的量，因此，原子之間的較低的結(jié)合能導(dǎo)致更快的目標(biāo)材料消融。這意味著，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于“軟化”目標(biāo)的工藝，例如退火，能夠顯著地增加目標(biāo)的消融速率。此外，在優(yōu)選實(shí)施例中，目標(biāo)24可以被目標(biāo)加熱器34加熱，這將典型地增加目標(biāo)24的溫度至超過環(huán)境溫度大約10℃，以進(jìn)一步降低目標(biāo)的晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)合能。

盡管試圖控制輸送至目標(biāo)表面的能量以導(dǎo)致如上文所述的特定尺寸的顆粒的形成，噴射物事件的顆粒通常將包含不帶電荷的、非離子的顆粒在尺寸上從小簇的單數(shù)位原子/分子至通常理想尺寸的顆粒，以及很多更大的顆粒的分布。此外，在使用金屬目標(biāo)的情況下，即使輸送至目標(biāo)的激光能量小于目標(biāo)的電離能，初始噴射物事件也將可能包含一些電離的、單獨(dú)的原子。同樣，金屬目標(biāo)優(yōu)選地作為陽極被充電并且通過電輸出端36接地，從而消融的離子化的元件被吸回目標(biāo)并被重新吸收進(jìn)入目標(biāo)晶格結(jié)構(gòu)，從而從噴射物事件中消除任何自由離子和隨之產(chǎn)生的納米顆粒。

為了促進(jìn)連續(xù)生產(chǎn)和移除消融的顆粒，室20典型地包含流體輸入口52和流體輸出口54，它們通過輸入56和輸出58管道或?qū)Ч芑蚱渌愃平Y(jié)構(gòu)連接到罐60或其他類似的包含期望流體(無論是液體、氣體、或者其他重氛圍)的保持容器或室。罐60內(nèi)的流體的溫度可以通過使用加熱套62或其他已知的機(jī)構(gòu)控制，并優(yōu)選地將包含用于混合流體的機(jī)構(gòu)(無論是通過攪拌還是其他機(jī)構(gòu))。在使用液體的系統(tǒng)中，室內(nèi)的壓力可通過調(diào)節(jié)輸出口54的高度來調(diào)節(jié)。氣體系統(tǒng)中的壓力可通過調(diào)節(jié)氣壓來控制。類似地，在真空系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)的真空的形成和維持將通過通?？梢岳斫獾牟考聿僮鳌９?0還可包括樣本端口64，其還可包括用于溫度、壓力和/或流體體積的傳感器。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)并理解，室內(nèi)的所有材料表面、輸入和輸出口、管道或?qū)Ч芤约肮薅急仨毷遣晃筒晃剿纬傻奶囟ǖ募{米顆粒、以及不與之起反應(yīng)的。例如，未處理的玻璃和適應(yīng)將容易吸附很多類型的納米顆粒，尤其是金屬顆粒，并且對(duì)使用這些材料制作反應(yīng)室20提出的實(shí)質(zhì)性的問題。優(yōu)選的材料包括特氟龍(teflon)、peek和pet。此外，當(dāng)需要用于液體系統(tǒng)的泵66時(shí)，蠕動(dòng)泵是優(yōu)選的。

優(yōu)選地，流速被保持在高于目標(biāo)24的低線性流速，以提供穿過反應(yīng)室20的層流，從而允許噴射物事件內(nèi)的顆粒與梯度電磁場(chǎng)相互作用而不與流體流相互干涉。此外，通過使目標(biāo)24與反應(yīng)室20的前部30之間的距離最小化，輻射12將穿過的目標(biāo)24的前方的溶液的體積將被最小化。隨時(shí)間流逝，已經(jīng)穿過梯度電磁場(chǎng)的均勻尺寸的納米顆粒將在流體中增加。由于輻射12必須在目標(biāo)24上方穿過該流體，因此輻射12具有進(jìn)一步分散流體中包含的顆粒的能力。通過使目標(biāo)24上方的體積最小化，可潛在地與輻射12相互作用的顆粒的量被減少，并且因此被正在持續(xù)的激光能不斷破壞的顆粒被最小化。

傳輸至目標(biāo)24的能量包和目標(biāo)的結(jié)合能將是噴射物事件內(nèi)的初始顆粒尺寸分布的主要控制因素，其中初始顆粒尺寸分布將很大程度上控制最終生產(chǎn)的顆粒的尺寸。圖2描繪了重氛圍內(nèi)的噴射物羽流內(nèi)的消融顆粒在離開目標(biāo)表面時(shí)的行為(即，不在真空系統(tǒng)中，因?yàn)樗鼘⒕哂袊娚湮飮婌F(ejectaspray)而不是噴射物羽流)。因?yàn)閳D1的實(shí)施例假定使用了重氛圍，因此當(dāng)激光輻射12與目標(biāo)24相互作用時(shí)，消融的顆粒形成在努森(knudsen)邊界層38(該邊界層在真空系統(tǒng)中不存在)內(nèi)包含離散的噴射物材料的最初的噴射物羽流。該努森邊界層隨后隨時(shí)間流逝而逐漸膨脹遠(yuǎn)離目標(biāo)24的表面，如邊界層40-48所示，直到噴射物羽流放松所有限定并且努森邊界層不再存在50。

圖3提供了在不使用任何梯度電磁場(chǎng)的情況下、通過nd-yag激光器以1064nm波長(zhǎng)使用3.9納秒脈沖以傳遞每脈沖500mj的能量對(duì)ag目標(biāo)進(jìn)行激光消融之后的顆粒的尺寸分布。激光的內(nèi)能形成23.15nm的平均顆粒尺寸，其中99％的顆粒在±14.2nm的范圍內(nèi)。

不僅圖3中的顆?；旌衔锶鄙倬鶆虻某叽绾托螤睿疫@些顆粒的界面動(dòng)電勢(shì)(ζ-電勢(shì))低(<10mv)。因此，當(dāng)懸浮在任意液體溶液中時(shí)，由于顆粒施加的和施加在顆粒上的不均衡的力，這些顆粒的穩(wěn)定性低。結(jié)果，即使移除了離子，這些顆粒上的不均衡的力產(chǎn)生不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性或者導(dǎo)致顆粒分裂成為單獨(dú)的離子，或者導(dǎo)致顆粒聚結(jié)在一起導(dǎo)致溶液的沉降，因而從溶液中消除納米顆粒。

為了促進(jìn)顆粒的形狀均勻性和穩(wěn)定性以及向從目標(biāo)24的表面消融出來的顆粒施加增加的ζ-電勢(shì)，系統(tǒng)還具有基本平行于目標(biāo)24的面的電磁場(chǎng)并且優(yōu)選地多個(gè)這種電磁場(chǎng)。在圖1所示的實(shí)施例中，多個(gè)電磁場(chǎng)構(gòu)成的組來自于發(fā)出副激光束70的副激光器68。盡管圖1的實(shí)施例使用激光器形成電磁場(chǎng)，但應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用包括諸如微波能量的電磁能量源在內(nèi)的多個(gè)電磁能量的其他源。

盡管離開目標(biāo)24的顆粒的初始加速可典型地獲得音速或近音速的速度，但顆粒加速可通過使用反應(yīng)室內(nèi)的壓力來控制。這意味著在真空中，隨著納米顆粒朝向室20的前端30移動(dòng)并最終沉積在該前端30上，近音速的速度將不會(huì)顯著地降低。然而，在氣體或液體介質(zhì)被用于操縱納米顆粒流的情況下，反應(yīng)室20內(nèi)的壓力可被修改以對(duì)噴射物羽流中的加速率產(chǎn)生影響，由此使顆粒受由副激光器輻射70產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的影響的時(shí)間更長(zhǎng)或更短。

在圖1和2所示的實(shí)施例中，在副輻射70進(jìn)入反應(yīng)室之前，該激光束穿過全息衍射光柵鏡片72，該光柵72生成五個(gè)可識(shí)別的并且離散的具有不同空間次序和不同能量的光束74,76,78,80和82，這些光束現(xiàn)用作離散的電磁場(chǎng)。盡管圖2中示出了五個(gè)離散的激光束，但這種激光束的數(shù)目可以比五個(gè)多或比五個(gè)少。全息衍射光柵鏡片72將優(yōu)選地允許至少副輻射70的95％的能量穿過它。當(dāng)然，除了采用衍射光柵鏡片以從單個(gè)源激光輻射產(chǎn)生多個(gè)離散的激光輻射或場(chǎng)之外，也可以采用多個(gè)單獨(dú)的激光器來實(shí)現(xiàn)相同的效果。這些電磁場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度能夠在目標(biāo)材料的吸收頻帶與最終理想尺寸的球形納米顆粒的等離子諧振之間建立聯(lián)系。典型地，副激光輻射70的頻率將處于主激光輻射12的多個(gè)頻率的范圍內(nèi)。該頻率優(yōu)選地是能夠被目標(biāo)材料吸收的頻率，但一旦目標(biāo)材料已經(jīng)被消融并形成理想的顆粒尺寸和形狀(這應(yīng)當(dāng)是最終理想尺寸的球形納米顆粒的諧振的因素)，就減少吸收。

此外，離散的電磁場(chǎng)74,76,78,80和82的最小能量密度是必要的，以使由噴射物事件導(dǎo)致的顆粒能夠被操縱，這與例如僅僅觀察噴射物事件的情況是不同的。這種操縱具有向顆粒施加足夠的能量，該能量足以使失尺寸的(mis-sized)顆粒(即，大于或者小于理想尺寸的顆粒)要么(在顆粒太大的情況下)失去質(zhì)量，要么(在顆粒太小的情況下)獲得質(zhì)量，以及使納米顆粒具有典型地球形的均勻的形狀。人們相信，由于失尺寸的顆粒將比理想尺寸的顆粒更容易吸收具有特定頻率的離散的電磁場(chǎng)的能量，因此該效果會(huì)發(fā)生。由于理想尺寸的顆粒從電磁場(chǎng)吸收很少的能量，因此這些顆粒在運(yùn)動(dòng)穿過電磁場(chǎng)的過程中改變尺寸或形狀的推動(dòng)力很小。相反，由于失尺寸的顆粒將從電磁場(chǎng)吸收能量，因此所導(dǎo)致的這些顆粒的振動(dòng)和/或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)形成使這些失尺寸的顆粒獲得或失去材料以獲得與電磁場(chǎng)相協(xié)調(diào)的尺寸和形狀的推動(dòng)力。

電磁場(chǎng)的能量密度的確定可通過估算噴射物內(nèi)的所有顆粒的質(zhì)量為開始(單個(gè)噴射物事件的質(zhì)量可通過在消融之前和之后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行稱重并計(jì)算每個(gè)噴射物事件的質(zhì)量損失來確定)。此外，具有最終理想尺寸和形狀的納米顆粒的質(zhì)量是已知的。當(dāng)使用激光方法形成離散的電磁場(chǎng)時(shí)，給定頻率的光子的能量是已知的。因此，導(dǎo)致單個(gè)顆粒發(fā)生變化以獲得理想尺寸和形狀所需的光子的最小量可通過實(shí)驗(yàn)方法確定。噴射物事件內(nèi)的質(zhì)量越大，所需的任一離散的電磁場(chǎng)的能量密度越高。此外，任一離散電磁場(chǎng)的最大能量密度優(yōu)選地將小于理想尺寸的納米顆粒的材料的電離能。一旦知道每個(gè)電磁場(chǎng)的能量密度，接下來也將類似地知道用于形成多個(gè)離散的電磁場(chǎng)的副激光束70的總能量密度。

如圖1所示，在穿過衍射光柵鏡片之后，現(xiàn)在五個(gè)離散的激光輻射之后優(yōu)選地穿過加強(qiáng)鏡片84，例如校準(zhǔn)透鏡，確保最大量的能量被施加到噴射物羽流中的納米顆粒。五個(gè)離散的激光輻射隨后穿過圓柱形透鏡86，該透鏡86接收五個(gè)離散的線性激光輻射并將它們轉(zhuǎn)化成五個(gè)離散的平面激光輻射，隨后所述平面激光輻射通過輸入鏡片窗口88進(jìn)入室20并然后進(jìn)入目標(biāo)24的前方，并最終穿過輸出鏡片窗口90從室20的相對(duì)側(cè)射出。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，鏡片需要能夠在特定激光輻射的頻率和功率方面減少損失的涂層和特性，以獲得最大效率并能夠承受因激光輻射的功率導(dǎo)致的鏡片性能的退化。此外，優(yōu)選地，輸入和輸出鏡片88和90中的每一個(gè)還將分別具有壓電控制的振動(dòng)器32，所述振動(dòng)器32能夠被安裝在室30內(nèi)側(cè)，位于兩個(gè)鏡片后方，使得這些鏡片的規(guī)則的振動(dòng)能夠阻止顆粒的聚積，從而保護(hù)兩個(gè)鏡片不會(huì)被顆粒堆積以及不會(huì)隨之產(chǎn)生因副激光輻射導(dǎo)致的性能退化。

在圖2中可以看出，這五個(gè)離散的場(chǎng)大致平行于目標(biāo)24并垂直于主激光輻射12，使得如果激光輻射12被指定為x軸，則五個(gè)離散的場(chǎng)的每一個(gè)都在目標(biāo)24的前方形成y-z平面。根據(jù)全息衍射光柵鏡片72的精確的規(guī)格，可以確定這五個(gè)場(chǎng)的離散的激光輻射的空間次序。距離目標(biāo)24最近和最遠(yuǎn)的激光輻射場(chǎng)，即場(chǎng)74和82將具有與鄰近中心的場(chǎng)(即，場(chǎng)76和80)相同的能量密度。中間的場(chǎng)78將具有與其他兩組場(chǎng)不同的能量密度。在一個(gè)例子中，外邊的場(chǎng)74和82將具有最低的密度，場(chǎng)76和80將具有較高的能量密度，而中心的場(chǎng)78將具有最高的能量密度。在另一個(gè)例子中，外邊的場(chǎng)74和82將具有最高的密度，場(chǎng)76和80將具有相對(duì)較低的能量密度，而中心的場(chǎng)78將具有最低的能量密度。理想地，第一電磁場(chǎng)74處于或接近目標(biāo)表面24，使得該場(chǎng)在顆粒上的影響幾乎是瞬時(shí)的。至少，優(yōu)選的是在努森邊界層消散之前，該第一電磁場(chǎng)74作用在噴射物羽流上。

當(dāng)被適當(dāng)?shù)嘏渲脮r(shí)，觀察到已經(jīng)穿過該一系列電磁場(chǎng)的噴射物羽流內(nèi)的顆粒具有形狀和尺寸的均勻性，其中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了99％的顆粒小于±1nm，如圖4中所示。此外，這種工藝還將對(duì)納米顆粒施加至少>20mv并優(yōu)選地>30mv的ζ-電勢(shì)。圖5提供了通過該方法制備的10nmag顆粒的電子顯微鏡圖像(一些顆粒看起來比其他小的原因涉及它們?cè)趫D像的背景或前景中的位置)。

特別重要地，本發(fā)明不限于使用由全息衍射光柵鏡片形成的五個(gè)電磁場(chǎng)。例如，在使用三個(gè)電磁場(chǎng)替代前述實(shí)施例的五個(gè)電磁場(chǎng)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)期小于前文所述的直徑方面±1nm的尺寸的均勻性以及較低的ζ-電勢(shì)。在使用單個(gè)電磁場(chǎng)代替前文的實(shí)施例中的五個(gè)電磁場(chǎng)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)期尺寸和形狀的均勻性與沒有任何電磁場(chǎng)的系統(tǒng)相比有提高，但低于使用多個(gè)電磁場(chǎng)的情形。

在本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)中，陶瓷(或其他非金屬)環(huán)形室92可以被安裝在目標(biāo)24周圍。如圖6所示，環(huán)形室92的頂側(cè)可具有位于其表面上的多個(gè)金屬同心環(huán)帶94,96,98和100，其中同心環(huán)帶中的每一個(gè)分別連接到電引線102,104,106和108。電引線102,104,106和108中的每一個(gè)連接至在目標(biāo)24的周圍和前方產(chǎn)生梯度電場(chǎng)的單獨(dú)的高壓電力供應(yīng)器110,112,114和116(如圖1所示)。該梯度電場(chǎng)用于增加到上文所討論的電磁場(chǎng)，但非替代所述電磁場(chǎng)。該梯度電場(chǎng)用于操縱室內(nèi)的納米顆粒的加速和運(yùn)動(dòng)。該梯度電場(chǎng)可通過改變金屬同心環(huán)帶94,96,98和100上的電壓來控制。例如，在真空過程中，納米顆粒的運(yùn)動(dòng)可通過梯度電場(chǎng)控制。

因?yàn)閳D1中描繪的目標(biāo)24具有用于該具體實(shí)施例的顯著的長(zhǎng)度，某些額外的部件將被理想地包括以將目標(biāo)表面保持與距離主激光器10相距理想的距離，以便同時(shí)維持主激光輻射12的焦點(diǎn)以及電磁場(chǎng)74,76,78,80和82與目標(biāo)表面的空間關(guān)系，以保持這些電磁場(chǎng)對(duì)噴射物羽流中的顆粒的一致的影響。在圖1所示的實(shí)施例中，這是通過螺旋機(jī)構(gòu)118實(shí)現(xiàn)的，其中，螺旋機(jī)構(gòu)118使齒輪桿120運(yùn)動(dòng)，齒輪桿120可在目標(biāo)表面被激光12消融的同時(shí)使目標(biāo)24向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員可意識(shí)到也可以使用其他機(jī)構(gòu)。探測(cè)器122可用于通過多種已知的方法監(jiān)控目標(biāo)24的面的位置，所述方法包括通過監(jiān)控第一電磁場(chǎng)74以確定是否存在目標(biāo)表面的輕微的中斷。相反，除了移動(dòng)目標(biāo)24之外，也可以在由于重復(fù)的消融引起的材料損失導(dǎo)致的目標(biāo)面移動(dòng)的同時(shí)改變激光12的焦點(diǎn)和電磁場(chǎng)74,76,78,80和82的位置。類似地，除了使用大的目標(biāo)之外，也可以使用小且薄的目標(biāo)，或者如果材料被例行地更換，那么也可以獲得相同的效果。在本發(fā)明的另一中改進(jìn)中，多個(gè)目標(biāo)可以被裝載到目標(biāo)容器124中，目標(biāo)容器124可與螺旋機(jī)構(gòu)118以及齒輪桿120一起動(dòng)作，以允許多個(gè)目標(biāo)被消融而無需手動(dòng)地向室20中插入新的目標(biāo)。

隨著納米顆粒從梯度電磁場(chǎng)中出來，該過程現(xiàn)在已經(jīng)制造出具有高ζ-電勢(shì)(優(yōu)選地>-30mv)的納米顆粒。這意味著當(dāng)這些納米顆粒懸浮在包括任意極性液體(例如水)的液體中時(shí)，它們?cè)诒舜松鲜┘泳鶆虻牧Σ⒁蚨３謶腋≡谌芤褐卸鵁o需添加任何表面活性劑。不使用表面活性劑能夠使這些納米顆粒應(yīng)用于那些表面活性可能導(dǎo)致問題的應(yīng)用(例如生物系統(tǒng))中。

當(dāng)使用液體作為納米顆粒的載體時(shí)，可以使用任何有機(jī)的、非極性的化合物以及包括酒精和水的極性溶液。優(yōu)選地，所選擇的液體將不存在離子和顆粒物質(zhì)，以防止顆粒的不期望的聚結(jié)成液體中的雜質(zhì)。當(dāng)使用水時(shí)，有多種方法可用于移除離子和顆粒物質(zhì)，包括蒸餾和多重蒸餾、反滲透、去離子技術(shù)和超濾技術(shù)。

圖7提供了本發(fā)明的另一實(shí)施例的例子，其中噴射物羽流通過放電過程實(shí)現(xiàn)，而非通過激光消融。由于放電將在真空系統(tǒng)中產(chǎn)生消融，因此在該系統(tǒng)中只形成噴射物羽流。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的那樣，與應(yīng)用到激光消融工藝中的原理相同的很多原理也可以應(yīng)用到使用放電方法消融材料的工藝中。例如，作為使用主激光束沖擊目標(biāo)的替代，放電工藝使用目標(biāo)陽極126產(chǎn)生位于陰極材料130的表面128附近的噴射物羽流。在圖7所示的實(shí)施例中，這是通過將陰極材料130放置到包含永磁體132的保持器134內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。保持器134被固定在作為室140的一部分的管道136內(nèi)。電磁體141繞管道136延伸并且在通電時(shí)形成驅(qū)動(dòng)保持器134向上朝向目標(biāo)陽極導(dǎo)線126的尖端138運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)。陽極導(dǎo)線126與陰極材料130之間的電勢(shì)差足以擊穿陰極材料的表面128與陽極導(dǎo)線的尖端138之間的重氛圍的電阻，其放電形成從陽極朝向陰極材料的表面運(yùn)動(dòng)的材料的噴射物羽流，所述噴射物羽流隨后從曲面的陰極表面128有效地反彈回來并隨后運(yùn)動(dòng)穿過電磁場(chǎng)153。保持器134的向上的運(yùn)動(dòng)可通過位于保持器底部的活塞式控制器控制，或甚至可通過陰極表面128與陽極導(dǎo)線126的尖端138之間的物理相互作用來控制。隨著陽極導(dǎo)線通過其尖端的消融而損失質(zhì)量，可通過導(dǎo)線進(jìn)送機(jī)構(gòu)142保持其長(zhǎng)度。

當(dāng)噴射物羽流被形成在陰極材料30的每個(gè)向上的脈沖上的相同位置并在室140的主腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁場(chǎng)或優(yōu)選地梯度電磁場(chǎng)可隨后通過位于室140的一端的鏡片窗口144引入室140的主腔，同時(shí)通過位于另一端處的第二鏡片窗口148引出。與圖1所示的鏡片一樣，輸入和輸出鏡片144和148還可包括壓電控制的振動(dòng)器150，以幫助防止鏡片上的顆粒堆積。電磁場(chǎng)153的頻率和強(qiáng)度，無論其是由副激光器152(或一組激光器)還是其他源形成的，將由與前文中結(jié)合圖1和2中的梯度電磁場(chǎng)描述的那些參數(shù)相同的參數(shù)來確定。

流體流可通過輸入口146引入室140并通過輸出口154排出，所述流體流可用于在納米顆粒已經(jīng)穿過電磁場(chǎng)之后收集這些納米顆粒。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解這種陽極導(dǎo)線和陰極材料的單個(gè)布置可以被如何復(fù)制，優(yōu)選地以線性的方式，以實(shí)現(xiàn)相同的電磁場(chǎng)或多個(gè)梯度電磁場(chǎng)或多個(gè)陽極-陰極單元，以提高納米顆粒的生產(chǎn)。

與使用激光消融形成噴射物羽流一樣，來自陽極導(dǎo)線126的尖端138的電脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間將確定每個(gè)脈沖傳送的總能量(et)，并且是目標(biāo)材料的結(jié)合能(eb)以及將被包含在理想的最終球形納米顆粒內(nèi)的總原子/分子的數(shù)目。

即使試圖通過精確地控制傳輸至目標(biāo)表面的能量來控制控制顆粒尺寸，與通過激光消融形成噴射物羽流一樣，該羽流將包含不帶電的、非電離的顆粒的分布，該分布在尺寸方面從單數(shù)位的原子/分子小簇到大致理想尺寸的顆粒以及很多甚至更大顆粒。此外，由于放電方法將幾乎總是使用金屬目標(biāo)(因?yàn)樗鼈冇米麟娐返年枠O)，因此，即使傳輸?shù)侥繕?biāo)的能量小于目標(biāo)的電離能，最初的噴射物羽流中也很可能包含一些電離的單個(gè)原子。然而，由于目標(biāo)導(dǎo)線自己已經(jīng)是陽極，電離的原子將很容易被拉回到陽極目標(biāo)并重新吸附到材料的晶格結(jié)構(gòu)中。

類似地，噴射物羽流的速度的控制還可通過反應(yīng)室內(nèi)的流體壓力的使用以與前文中結(jié)合激光消融方法類似的方式實(shí)現(xiàn)。

給出下面的例子以描述本發(fā)明的范圍內(nèi)的各種實(shí)施方式和方面。它們僅是以舉例的方式提供的，并且應(yīng)當(dāng)理解下面的例子并非根據(jù)本發(fā)明制備的本發(fā)明的各種類型的實(shí)施例的全面列舉或窮舉。

例1：ag目標(biāo)被固定在室中，經(jīng)三重蒸餾的去離子水流過該室。ag目標(biāo)被具有1064nm波長(zhǎng)、80mj能量和1mm焦點(diǎn)尺寸以及9納秒脈沖長(zhǎng)度的主激光消融。副激光是具有0.5w功率的連續(xù)的532納米激光，該副激光進(jìn)入衍射光柵并在ag目標(biāo)的前方形成三個(gè)有區(qū)分的電磁場(chǎng)。該工藝生成10nm直徑的ag球，其中99+％的球的直徑誤差在±1nm之內(nèi)。

例2：ag目標(biāo)被固定在室中，經(jīng)三重蒸餾的去離子水流過該室。ag目標(biāo)被具有1064nm波長(zhǎng)、620mj能量和6mm焦點(diǎn)尺寸以及3.7納秒脈沖長(zhǎng)度的主激光消融。副激光是具有0.5w功率的連續(xù)的532納米激光，該副激光進(jìn)入衍射光柵并在ag目標(biāo)的前方形成五個(gè)有區(qū)分的電磁場(chǎng)。該工藝生成14nm直徑的ag球，其中99+％的球的直徑誤差在±1nm之內(nèi)。

例3：ag陽極導(dǎo)線目標(biāo)被浸沒在流過經(jīng)三重蒸餾的去離子水的室內(nèi)的目標(biāo)陽極和接地的ag陰極之間的高壓(800v)消融。副激光是具有0.5w功率的連續(xù)的1064納米激光，該副激光未被任何衍射光柵鏡片分割。該工藝生成10nm直徑的ag球，其中99+％的球的直徑誤差在±1nm之內(nèi)。

例4：cu目標(biāo)被固定在室中，經(jīng)三重蒸餾的去離子水流過該室。cu目標(biāo)被具有1064nm波長(zhǎng)、80mj能量和1mm焦點(diǎn)尺寸以及9納秒脈沖長(zhǎng)度的主激光消融。副激光是具有0.25w功率的連續(xù)的264納米激光，該副激光進(jìn)入衍射光柵并在cu目標(biāo)的前方形成三個(gè)有區(qū)分的電磁場(chǎng)。該工藝生成8nm直徑的cu球，其中99+％的球的直徑誤差在±1nm之內(nèi)。

本發(fā)明可在不脫離其精神和實(shí)質(zhì)特性的前提下以其他具體形式實(shí)現(xiàn)。所描述的實(shí)施例在各方面都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而非限定性的。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求確定而非由前文的說明書確定。落入權(quán)利要求的等同含義和范圍內(nèi)的所有變化均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。