一种团簇离子束纳米加工装置的制作方法

本实用新型涉及纳米材料加工领域，尤其涉及的是一种团簇离子束纳米加工装置。

背景技术：

纳米材料又称之为超微晶材料，其团簇粒径介于1nm至100nm之间，具有小尺寸效应、量子效应、界面效应和表面效应等独特而优异的物理性能，在陶瓷、微电子、化工、医学等领域具有广阔的应用前景。近十年来，围绕纳米材料的制备方法、性能测试和理论解释已成为各国研究的热点问题，取得了丰硕的理论研究和应用研究成果。

就纳米材料的加工技术而言，现有的纳米材料加工设备存在着各种问题。如基于物理蒸发冷凝法的纳米材料加工设备主要应用于金属材料的纳米粉体制备，工艺相对简便，纳米粉体具有较好的力学和电磁学性能，但生产率较低。

基于机械球磨法的加工设备利用研磨球、研磨罐和研磨颗粒的碰撞，改变纳米材料的粒径、形貌和比表面积，在磁性、超饱和固溶体、热电、半导体和硅酸盐等纳米材料的制备以低成本、高效益取得较好的应用成果，但普遍存在分散和污染问题，常采用超声波、机械搅拌改进物理分散，采用改性分散或分散剂分散方法以改进化学分散。但高速球磨伴随的组份偏差和物相污染，目前还未见行之有效的解决措施。

基于分子束外延法的纳米材料加工设备在超高真空腔内，将热蒸发、气体裂解、辉光放电离子化等方法产生的原子束或分子束，投射到具有一定取向、一定温度的晶体衬底上，生成晶体薄膜材料或所需晶体结构。其工艺过程一般为衬底处理、生长控制和后续工序。调制掺杂控制晶体生长的束流强度、稳定性、浓度等参数，以保证晶体的杂质分布和一致性，主要应用于制备激光器、光纤传感器、微波器件或光电显示器件，具有无污染、组份均匀、厚度一致性好等特点，但设备造价较高，不能用于粉体纳米材料的制备。

至今为止，上述各种加工设备仍面临一些亟待解决的共性问题，诸如如何保证尼米材料的粒径和纯度要求，减少祖坟偏差和物相污染。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种团簇离子束纳米加工装置，利用团簇离子束的偏转、加速和对撞，实现对纳米材料的加工，旨在解决现有的纳米材料加工设备在加工过程中造成的组份偏差和物相污染的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种团簇离子束纳米加工装置，包括离子束偏转电路、两级加速腔以及系统控制板；所述两级加速腔内环绕设置有偏转线圈以及对应设置的磁环，所述离子束偏转电路分别与所述偏转线圈和系统控制板电连接，向偏转线圈提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场，所述两级加速腔前端设有分离孔，后端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道在分别在所述分离孔和所述对撞孔处相交，所述两级加速腔内还设有与所述系统控制板电连接的两级加速电路，所述两级加速电路为分段串接的升压电路。

所述的团簇离子束纳米加工装置，其中，还包括物料预处理单元，所述物料预处理单元包括与所述两级加速腔前端连接的压力腔，与所述压力腔连接的负压发生器以及设置在所述压力腔内用于研磨物料的高速合金刀具。

所述的团簇离子束纳米加工装置，其中，所述两级加速电路的一级加速电压为DC 600-700V，二级加速电压为DC 31000-33000V。

所述的团簇离子束纳米加工装置，其中，所述高速合金刀具径向分布在所述负压发生器上。

所述的团簇离子束纳米加工装置，其中，所述压力腔内还设有用于导向的导流板。

所述的团簇离子束纳米加工装置，其中，还包括与所述离子束偏转电路和两级加速电路电连接的过流过压保护电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的团簇离子束纳米加工装置，结构简单，成本低，利用团簇离子束的偏转、加速和对撞，实现对纳米材料的加工，保证了纳米材料的粒径和纯度要求，最大限度地减少组份偏差和物相污染。

附图说明

图1是本实用新型提供的团簇离子束纳米加工装置的原理示意图。

图2是本实用新型提供的一种团簇离子束纳米加工装置的结构示意图。

图3是本实用新型提供的一种团簇离子束纳米加工装置的结构示意图。

附图标注说明：1、偏转线圈；2、分离孔；3、逆向环形通道；4、对撞孔；5、两级加速电路；6、正向环形通道；7、两级加速腔；8、磁环；9、压力腔；10、负压发生器；11、高速合金刀具；12、导流板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

参见图1和图2，本实用新型提供的一种团簇离子束纳米加工装置，包括有离子束偏转电路（图中未示出）、两级加速腔7以及系统控制板（图中未示出）；两级加速腔7内环绕设置有偏转线圈1以及对应设置的磁环8，所述离子束偏转电路分别与偏转线圈1和所述系统控制板电连接，向偏转线圈1提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场，两级加速腔7前端设有分离孔2，后端设有对撞孔4，两级加速腔7内设有正向环形通道6和逆向环形通道3，正向环形通道6和逆向环形通道3在分别在分离孔2和对撞孔处4相交，两级加速腔7内还设有与所述系统控制板电连接的两级加速电路5，两级加速电路5为分段串接的升压电路。在实际应用中，物料经所述径向、线性偏转磁场的作用，由分离孔2分别进入正向环形通道6和逆向环形通道3中，并在两级加速电路5的作用下不断加速，最终在对撞孔4实现对撞分解成纳米级的团簇离子。

如图3所示，优选地，所述的团簇离子束纳米加工装置还包括用于对物料进行预处理，使物料达到亚微米级的物料预处理单元，所述物料预处理单元包括与两级加速腔7前端连接的压力腔9，与压力腔9连接的负压发生器10以及设置在压力腔9内用于研磨物料的高速合金刀具11。 物料进入压力腔9后，在高速合金刀具11的作用下，被研磨成亚微米级的团簇离子游离磨料，以保证物料能更好地通过对撞分解成所需要的纳米级材料。

在实际应用中，高速合金刀具11径向分布在负压发生器10上，以更加快速、准确地对物料进行预处理加工。

优选地，两级加速电路5的一级加速电压为DC 600-700V，二级加速电压为DC 31000-33000V。

优选地，压力腔9内还设有用于导向的导流板12，以确保物料可以按照指定路径经过高速合金刀具11的加工区域。

在实际应用中，所述的团簇离子束纳米加工装置还包括与所述离子束偏转电路和两级加速电路5电连接的过流过压保护电路，在物料进行偏转、加速以及对撞的过程中，电流电压急剧加大，通过设置所述过流过压保护电路保证了装置的安全性和稳定性。

本实用新型提供的团簇离子束纳米加工装置，具备一体化线性偏转和行波加速腔，结构简单，成本低，利用团簇离子束的偏转、加速和对撞，实现对纳米材料的加工，保证了纳米材料的粒径和纯度要求，最大限度地减少组份偏差和物相污染。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，包括离子束偏转电路、两级加速腔以及系统控制板；所述两级加速腔内环绕设置有偏转线圈以及对应设置的磁环，所述离子束偏转电路分别与所述偏转线圈和系统控制板电连接，向偏转线圈提供锯齿波电流，产生径向、线性偏转磁场，所述两级加速腔前端设有分离孔，后端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道分别在所述分离孔和所述对撞孔处相交，所述两级加速腔内还设有与所述系统控制板电连接的两级加速电路，所述两级加速电路为分段串接的升压电路。

2.根据权利要求1所述的团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，还包括物料预处理单元，所述物料预处理单元包括与所述两级加速腔前端连接的压力腔，与所述压力腔连接的负压发生器以及设置在所述压力腔内用于研磨物料的高速合金刀具。

3. 根据权利要求2所述的团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，所述两级加速电路的一级加速电压为DC 600-700V，二级加速电压为DC 31000-33000V。

4.根据权利要求3所述的团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，所述高速合金刀具径向分布在所述负压发生器上。

5.根据权利要求4所述的团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，所述压力腔内还设有用于导向的导流板。

6.根据权利要求5所述的团簇离子束纳米加工装置，其特征在于，还包括与所述离子束偏转电路和两级加速电路电连接的过流过压保护电路。

技术总结

本实用新型提供一种团簇离子束纳米加工装置，包括离子束偏转电路、两级加速腔以及系统控制板；所述两级加速腔内环绕设置有偏转线圈以及对应设置的磁环，所述离子束偏转电路分别与偏转线圈和系统控制板电连接，所述两级加速腔前端设有分离孔，后端设有对撞孔，所述两级加速腔内设有正向环形通道和逆向环形通道，所述正向环形通道和逆向环形通道分别在分离孔和对撞孔处相交，所述两级加速腔内还设有与系统控制板电连接的两级加速电路，所述两级加速电路为分段串接的升压电路。本实用新型提供的团簇离子束纳米加工装置，利用团簇离子束的偏转、加速和对撞，实现对纳米材料的加工，最大限度地减少组份偏差和物相污染。

技术研发人员：

李应高;杨光永

受保护的技术使用者：

佛山旋疯纳米科技有限公司

文档号码：

201621371323

技术研发日：

2016.12.14

技术公布日：

2017.11.14