粒子膜層積裝置及使用該裝置的粒子膜層積方法
【專利摘要】一種粒子膜層積裝置及使用該裝置的粒子膜層積方法。本發(fā)明的粒子膜層積裝置(1)具有：生成金屬材料(9)的納米粒子(12)的納米粒子生成室(2)；生成樹脂材料(11)的納米纖維(13)的納米纖維生成室(3)；在基板(18)上將納米粒子(12)及納米纖維(13)成膜并層積的層積室(4)；在成膜室(4)內(nèi)將納米粒子(12)成膜的納米粒子成膜區(qū)域(15)；在成膜室(4)內(nèi)將納米纖維(13)成膜的納米纖維成膜區(qū)域(16)；使基板(18)在納米粒子成膜區(qū)域(15)與納米纖維成膜區(qū)域(16)之間移動的移動單元(17)；對層積室(4)進(jìn)行排氣的排氣單元(5)；將冷卻氣體分別導(dǎo)入納米粒子生成室(2)及納米纖維生成室(3)的冷卻氣體導(dǎo)入單元(8)。
【專利說明】粒子膜層積裝置及使用該裝置的粒子膜層積方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及粒子膜層積裝置及使用該裝置的粒子膜層積方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在專利文獻(xiàn)1中記載有超微粒子膜形成方法及超微粒子膜形成裝置。該裝置由材 料生成蒸氣原子并使其與惰性氣體一同在搬運管中移動而在基板上形成超微粒子膜。對這 樣的粒子膜形成裝置及方法以一般的表現(xiàn)換言之，將腔室上下設(shè)置而利用細(xì)管使其連通。 而且，對上部腔室抽真空而使冷卻氣體流向下部腔室。蒸發(fā)后的金屬被冷卻并且由于壓力 差而向上部腔室移動。而且，以粒子狀態(tài)被捕捉到上部腔室的基板上。冷卻氣體例如為氦 氣或氬氣，通過在其中流動而防止粒子在移動中的凝集及粒子成長。
[0003] 但是，這樣的現(xiàn)有的粒子膜形成裝置僅使粒子在基板上堆積。因此，例如作為粒子 而使用吸收氫這樣的Mg及Mg - N i合金等形成氫傳感器的情況下，氫的擴(kuò)散性（氣體的透 過性）差，吸氫速度變慢。另外，這樣的現(xiàn)有的粒子膜形成裝置將金屬納米粒子作為對象而 使用，但若在基板上堆積金屬納米粒子，則會再凝聚化，不能夠維持細(xì)微的納米粒子狀態(tài)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :(日本）特開2000 - 297361號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是考慮了上述現(xiàn)有技術(shù)而設(shè)立的，其目的在于提供一種粒子膜層積裝置及 使用該裝置的粒子膜層積方法，在蒸發(fā)而得到的納米粒子由吸氫合金生成的情況下，氫的 擴(kuò)散性提高，另外，能夠防止被捕捉到基板上的納米粒子的再凝聚化。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中提供一種粒子膜層積裝置，其具有：納米粒子生成 室，其配設(shè)應(yīng)被加熱的金屬材料，生成所述金屬材料的納米粒子；納米構(gòu)造體生成室，其配 設(shè)應(yīng)被加熱的樹脂材料，生成所述樹脂材料的納米構(gòu)造體；層積室，其經(jīng)由粒子連通管及構(gòu) 造體連通管分別與所述納米粒子生成室及所述納米構(gòu)造體生成室連接，在基板上將所述納 米粒子及所述納米構(gòu)造體成膜并層積；納米粒子成膜區(qū)域，其在所述成膜室內(nèi)將所述納米 粒子成膜；納米構(gòu)造體成膜區(qū)域，其在所述成膜室內(nèi)將所述納米構(gòu)造體成膜；移動單元，其 使所述基板在所述納米粒子成膜區(qū)域與所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域之間移動；排氣單元，其 對所述層積室進(jìn)行排氣；冷卻氣體導(dǎo)入單元，其向所述納米粒子生成室及所述納米構(gòu)造體 生成室分別導(dǎo)入冷卻氣體。
[0007] 優(yōu)選的是，由所述納米粒子生成室、所述粒子連通管及所述納米粒子成膜區(qū)域形 成納米粒子成膜單元，該納米粒子成膜單元設(shè)有多個。
[0008] 優(yōu)選的是，所述移動單元具有一對輥，其由分別配設(shè)在所述納米粒子成膜區(qū)域及 所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域的輥構(gòu)成，將環(huán)狀的所述基板卷繞在所述一對輥上。
[0009] 另外，在本發(fā)明中提供一種粒子膜層積方法，包括：納米構(gòu)造體生成工序，通過在 所述納米構(gòu)造體生成室將所述樹脂材料加熱并使其蒸發(fā)而生成所述納米構(gòu)造體；納米構(gòu)造 體成膜工序，利用所述排氣單元對所述層積室進(jìn)行排氣而在所述層積室與所述納米構(gòu)造體 生成室之間設(shè)置壓力差，將所述納米構(gòu)造體通過所述構(gòu)造體連通管導(dǎo)入所述納米構(gòu)造體成 膜區(qū)域并將其在配設(shè)于所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域的所述基板上成膜而形成納米構(gòu)造體膜； 行進(jìn)工序，利用所述移動單元使將所述納米構(gòu)造體成膜的所述基板向所述納米粒子成膜區(qū) 域移動；納米粒子生成工序，通過在所述納米粒子生成室將所述金屬材料加熱并使其蒸發(fā) 而生成所述納米粒子；納米粒子成膜工序，利用所述排氣單元對所述層積室進(jìn)行排氣而在 所述層積室與所述納米粒子生成室之間設(shè)置壓力差，將所述納米粒子通過所述粒子連通管 導(dǎo)入所述納米粒子成膜區(qū)域，在配設(shè)于所述納米粒子成膜區(qū)域的所述基板上成膜的所述納 米構(gòu)造體上成膜而形成納米粒子膜；復(fù)位工序，利用所述移動單元使形成有所述納米粒子 膜及所述納米構(gòu)造體膜的所述基板向所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域移動。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，能夠利用納米構(gòu)造體成膜區(qū)域在基板上使納米構(gòu)造體成膜，并且利 用移動單元使基板向納米粒子成膜區(qū)域移動而使納米粒子在納米構(gòu)造體上成膜，再次利用 移動單元使基板向納米構(gòu)造體成膜區(qū)域移動而使納米構(gòu)造體在納米粒子上成膜。通過反復(fù) 進(jìn)行，能夠利用納米構(gòu)造體夾持納米粒子。因此，由于納米粒子層狀地排列并成膜，故而在 由吸氫合金生成納米粒子的情況下，若將層積有納米粒子的構(gòu)造用作氫傳感器，則氫的擴(kuò) 散性提高。另外，利用納米構(gòu)造體膜夾持納米粒子膜的層積體在納米粒子為納米粒子的狀 態(tài)下是穩(wěn)定的，故而防止引起粒子成長。
[0011] 另外，形成由將移動單元分別配設(shè)在納米粒子成膜區(qū)域及納米構(gòu)造體成膜區(qū)域的 由輥形成的一對輥，若在該一對輥上卷繞環(huán)狀的基板，則能夠連續(xù)地將納米粒子及納米構(gòu) 造體成膜，故而作業(yè)效率提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的粒子膜層積裝置的概略圖；
[0013] 圖2是使用本發(fā)明的粒子膜層積裝置制造的層積體的概略剖面圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明的另一粒子膜層積裝置的概略圖；
[0015] 圖4是使用圖3的粒子膜層積裝置制造的層積體的概略斷面圖。
[0016] 標(biāo)記說明
[0017] l、la:粒子膜層積裝置
[0018] 2、2a:納米粒子生成室
[0019] 3 :納米纖維生成室（納米構(gòu)造體生成室）
[0020] 4 :層積室
[0021] 5:排氣單元
[0022] 6、6a :粒子連通管
[0023] 7 :纖維連通管（構(gòu)造體連通管）
[0024] 8 :冷卻氣體導(dǎo)入單元
[0025] 9、9a :金屬材料
[0026] 10 :加熱器
[0027] 11 :樹脂材料
[0028] 12、12a:納米粒子
[0029] 13 :納米纖維（納米構(gòu)造體）
[0030] 14、14a:分隔壁
[0031] 15、15a :納米粒子成膜區(qū)域
[0032] 16 :納米纖維成膜區(qū)域（納米構(gòu)造體成膜區(qū)域）
[0033] 17 :移動單元
[0034] 18 :基板
[0035] 19 :輥
[0036] 20 :納米纖維膜（納米構(gòu)造體膜）
[0037] 21、21a:納米粒子膜
[0038] 22、22a:層積體
[0039] 23 :納米粒子成膜單元

【具體實施方式】
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明的粒子膜層積裝置1具有納米粒子生成室2、納米纖維生成室 3以及層積室4。在層積室4上安裝有排氣單元5,通過該排氣單元5將層積室4抽真空。 納米粒子生成室2及納米纖維生成室3分別經(jīng)由粒子連通管6及纖維連通管7而與層積室 4連接。作為粒子連通管6及纖維連通管7,例如能夠使用1/8管。在納米粒子生成室2及 納米纖維生成室3上安裝有導(dǎo)入冷卻氣體的冷卻氣體導(dǎo)入單元8。納米粒子生成室2、納米 纖維生成室3及層積室4除了與排氣單元5及冷卻氣體導(dǎo)入單元8的連通部分之外被密閉。
[0041] 在納米粒子生成室2配設(shè)金屬材料9。該金屬材料9例如可使用鎂、鎳或其合金構(gòu) 成的金屬線。另外，在納米粒子生成室2配設(shè)有加熱器10。該加熱器10用于加熱金屬材料 9。作為加熱器10,可使用坩鍋或等離子體發(fā)生裝置等。通過利用加熱器10將金屬材料9 加熱，金屬材料9蒸發(fā)而生成納米粒子12。
[0042] 另一方面，在納米纖維生成室3配設(shè)有樹脂材料11。該樹脂材料9例如可使用尼 龍類樹脂及聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚環(huán)氧乙烷（ΡΕ0)等。另外，在納米纖維生成室3配設(shè) 有與納米粒子生成室2同樣的加熱器10。通過利用加熱器10將樹脂材料11加熱，樹脂材 料11蒸發(fā)而生成納米纖維13。
[0043] 在層積室4形成有分隔壁14,經(jīng)由該分隔壁14分成納米粒子成膜區(qū)域15和納米 纖維成膜區(qū)域16。在層積室4配置有移動單元17,利用該移動單元17使應(yīng)將納米粒子12 及納米纖維13成膜的基板18在納米粒子成膜區(qū)域15與納米纖維成膜區(qū)域16之間往復(fù)。 具體地，移動單元17由一對輥19形成。各個輥19配設(shè)在納米粒子成膜區(qū)域15及納米纖 維成膜區(qū)域16。通過在該一對輥19上卷繞環(huán)狀的基板18,通過輥19的旋轉(zhuǎn)使基板18連 續(xù)地在納米粒子成膜區(qū)域15及納米纖維成膜區(qū)域16之間往復(fù)。
[0044] 以下表示使用這樣的構(gòu)造的粒子膜層積裝置1形成粒子膜時的順序。
[0045] 首先，進(jìn)行納米構(gòu)造體生成工序。該工序在納米纖維生成室3進(jìn)行。具體地，通過 加熱器10將樹脂材料11加熱并使其蒸發(fā)，生成納米纖維13。納米纖維13在氣相環(huán)境下生 成。此時，利用冷卻氣體導(dǎo)入單元8向納米纖維生成室3導(dǎo)入包含氦氣或氬氣的冷卻氣體 (圖1的箭頭標(biāo)記E)。
[0046] 接著，進(jìn)行納米構(gòu)造體成膜工序。該工序在配設(shè)于層積室4的納米纖維成膜區(qū)域 16的基板18上將納米纖維13成膜，形成納米纖維膜20。具體地，首先將在納米構(gòu)造體生 成工序中生成的納米纖維13導(dǎo)向納米纖維成膜區(qū)域16。因此，利用排氣單元5將層積室4 內(nèi)抽真空（圖1的箭頭標(biāo)記G)，在層積室4與納米纖維生成室3之間設(shè)置壓力差。利用纖 維連通管7連接的兩室4、3由于該壓力差而產(chǎn)生從納米纖維生成室3向?qū)臃e室4的空氣流 動（圖1的箭頭標(biāo)記A)。通過該流動，納米纖維13從納米纖維生成室3通過纖維連通管7 并被導(dǎo)向?qū)臃e室4的納米纖維成膜區(qū)域16。而且，在配設(shè)于納米纖維成膜區(qū)域16的基板 18上成膜。
[0047] 與納米構(gòu)造體成膜工序同時地進(jìn)行往復(fù)工序。基板18利用移動單元17在納米纖 維成膜區(qū)域16與納米粒子成膜區(qū)域15之間往復(fù)，故而配設(shè)于納米纖維成膜區(qū)域16的基板 18向納米粒子成膜區(qū)域15移動。即，基板18從納米纖維成膜區(qū)域16向納米粒子成膜區(qū)域 15的移動為行進(jìn)工序（圖1的箭頭標(biāo)記B)。在該移動期間，由于納米纖維13在基板18上 成膜，故而在基板18上一邊形成膜狀的納米纖維膜20 -邊移動。
[0048] 而且，進(jìn)行納米粒子生成工序。該工序在納米粒子生成室2進(jìn)行。具體地，利用加 熱器10將金屬材料9加熱使其蒸發(fā)，生成納米粒子12。納米粒子12在氣相環(huán)境下生成。此 時，利用冷卻氣體導(dǎo)入單元8向納米粒子生成室2中導(dǎo)入含有氦氣或氬氣的冷卻氣體（圖 1的箭頭標(biāo)記F)。由此，即使在金屬材料為鎂等容易氧化的金屬的情況下，也能夠通過氣相 下的制造來防止不需要的氧化。
[0049] 接著，進(jìn)行納米粒子成膜工序。該工序在配設(shè)于層積室4的納米粒子成膜區(qū)域15 的基板18上將納米粒子12成膜，形成納米粒子膜21。具體地，將在納米粒子生成工序中 生成的納米粒子12導(dǎo)向納米粒子成膜區(qū)域15。通過在上述的納米構(gòu)造體成膜工序中的排 氣單元5進(jìn)行的層積室4內(nèi)的抽真空，在層積室4與納米粒子生成室2之間也設(shè)有壓力差。 利用粒子連通管6連接的兩室4、2由于該壓力差而產(chǎn)生從納米粒子生成室2向?qū)臃e室4的 空氣的流動（圖1的箭頭標(biāo)記C)。通過該流動，納米粒子12從納米粒子生成室2通過粒子 連通管6并被導(dǎo)向?qū)臃e室4的納米粒子成膜區(qū)域15。而且，在配設(shè)于納米粒子成膜區(qū)域15 的基板18上成膜。此時，在基板18上已經(jīng)由納米構(gòu)造體成膜工序形成納米纖維膜20。因 此，實際上，納米粒子膜21在形成于基板18的納米纖維膜20上層積。
[0050] 與納米粒子成膜工序同時進(jìn)行復(fù)位工序。如上所述，基板18由移動單元17在納 米纖維成膜區(qū)域16與納米粒子成膜區(qū)域15之間往復(fù)，故而配設(shè)于納米粒子成膜區(qū)域15的 基板18向納米纖維成膜區(qū)域16移動。即，基板18從納米粒子成膜區(qū)域15向納米纖維成 膜區(qū)域16的移動為復(fù)位工序（圖1的箭頭標(biāo)記D)。在該移動期間，由于納米粒子12在成 膜于基板18的納米纖維13上成膜，故而在基板1上形成納米纖維膜20和納米粒子膜21 并移動。
[0051] 而且，在再次向納米纖維成膜區(qū)域16移動的基板18上將納米纖維13成膜。此 時，在納米粒子膜21上層積納米纖維膜20。而且，基板18再次向納米粒子成膜區(qū)域15移 動并形成納米粒子膜21。因此，使輥19連續(xù)旋轉(zhuǎn)而使基板18在納米纖維成膜區(qū)域16與納 米粒子成膜區(qū)域15之間反復(fù)往復(fù)，由此，如圖2所示地，基板18交替地層積納米纖維膜20 和納米粒子膜21而制造層積體22。在將層積體22例如作為氫傳感器使用時，切斷成適當(dāng) 的長度。
[0052] 如以上說明地，在納米纖維成膜區(qū)域16使納米纖維13在基板18上成膜，利用移 動單元17使基板18向納米粒子成膜區(qū)域15移動而在納米纖維13上將納米粒子12成膜， 再次由移動單元17使基板18向納米纖維成膜區(qū)域16移動而在納米粒子12上將納米纖維 13成膜。通過反復(fù)進(jìn)行，能夠利用納米纖維13夾持納米粒子12。換言之，本發(fā)明能夠利用 納米纖維膜20層積納米粒子膜21。因此，由于納米粒子12層狀地排列而成膜，故而在由 吸氫合金生成納米粒子12的情況下，若將層積體22用作氫傳感器，則氫的擴(kuò)散性提高。另 夕卜，利用納米纖維膜20夾持納米粒子膜21的層積體22在納米粒子12為納米粒子的狀態(tài) 下是穩(wěn)定的，故而防止引起粒子成長。
[0053] 另外，由于粒子連通管6的直徑非常細(xì)，故而在層積室4與納米粒子生成室2之間 產(chǎn)生的壓力差大幅變大，因此，產(chǎn)生的流速也大。因此，抑制納米粒子12彼此在移動中碰 撞，故而在此也防止引起粒子成長。
[0054] 圖3表示本發(fā)明的另一粒子膜層積裝置la。該裝置la在上述的裝置1上層積兩 層納米粒子。即，在納米粒子成膜區(qū)域15的旁邊進(jìn)一步設(shè)置納米粒子成膜區(qū)域15a，區(qū)域 15及15a被分隔壁14a分隔。在納米粒子成膜區(qū)域15a，將與納米粒子12不同的納米粒子 12a成膜而成為納米粒子膜21a。納米粒子12a的制造工藝與上述的納米粒子12同樣。具 體地，從冷卻氣體導(dǎo)入單元8對納米粒子生成室2a導(dǎo)入冷卻氣體（圖3的箭頭標(biāo)記H)并 由納米粒子生成室2a內(nèi)的加熱器10將金屬線9a加熱而生成。生成的納米粒子12a移動 (圖3的箭頭標(biāo)記I)并通過粒子連通管6a而流入層積室4內(nèi)的納米粒子成膜區(qū)域15a。通 過這樣的構(gòu)造，在基板18上的納米纖維膜20層積納米粒子膜21和21a，通過反復(fù)進(jìn)行成膜 而能夠?qū)⑵溥M(jìn)一步層積。這樣得到的層積體22a如圖4所示地在納米纖維膜20上層積納 米粒子膜21及納米粒子膜21a，這些層反復(fù)形成。
[0055] 另外，在欲進(jìn)一步層積其他納米粒子膜的情況下，只要由納米粒子生成室、粒子連 通管和納米粒子成膜區(qū)域形成納米粒子成膜單元23,將該納米粒子成膜單元23設(shè)有多個 即可。另外，在本實施例中，作為由樹脂材料11形成的納米構(gòu)造體，以納米纖維13為例進(jìn) 行了說明，但也可以將樹脂材料11的納米粒子作為納米構(gòu)造體而形成，利用該納米粒子形 成多孔質(zhì)膜，在該多孔質(zhì)膜將納米粒子膜21成膜。即，作為上述的納米纖維說明的部分作 為由樹脂生成的納米粒子（納米構(gòu)造體）而能夠置換。
【權(quán)利要求】
1. 一種粒子膜層積裝置，其特征在于，具有： 納米粒子生成室，其配設(shè)應(yīng)被加熱的金屬材料，生成所述金屬材料的納米粒子； 納米構(gòu)造體生成室，其配設(shè)應(yīng)被加熱的樹脂材料，生成所述樹脂材料的納米構(gòu)造體； 層積室，其經(jīng)由粒子連通管及構(gòu)造體連通管分別與所述納米粒子生成室及所述納米構(gòu) 造體生成室連接，在基板上將所述納米粒子及所述納米構(gòu)造體成膜并層積； 納米粒子成膜區(qū)域，其在所述成膜室內(nèi)將所述納米粒子成膜； 納米構(gòu)造體成膜區(qū)域，其在所述成膜室內(nèi)將所述納米構(gòu)造體成膜； 移動單元，其使所述基板在所述納米粒子成膜區(qū)域與所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域之間移 動； 排氣單元，其對所述層積室進(jìn)行排氣； 冷卻氣體導(dǎo)入單元，其向所述納米粒子生成室及所述納米構(gòu)造體生成室分別導(dǎo)入冷卻 氣體。
2. 如權(quán)利要求1所述的粒子膜層積裝置，其特征在于， 由所述納米粒子生成室、所述粒子連通管及所述納米粒子成膜區(qū)域形成納米粒子成膜 單元，該納米粒子成膜單元設(shè)有多個。
3. 如權(quán)利要求2所述的粒子膜層積裝置，其特征在于， 所述移動單元具有一對輥，其由分別配設(shè)在所述納米粒子成膜區(qū)域及所述納米構(gòu)造體 成膜區(qū)域的輥構(gòu)成，將環(huán)狀的所述基板卷繞在所述一對輥上。
4. 一種粒子膜層積方法，使用權(quán)利要求1所述的粒子膜層積裝置進(jìn)行粒子膜層積，其 特征在于，包括 ： 納米構(gòu)造體生成工序，通過在所述納米構(gòu)造體生成室將所述樹脂材料加熱并使其蒸發(fā) 而生成所述納米構(gòu)造體； 納米構(gòu)造體成膜工序，利用所述排氣單元對所述層積室進(jìn)行排氣而在所述層積室與所 述納米構(gòu)造體生成室之間設(shè)置壓力差，將所述納米構(gòu)造體通過所述構(gòu)造體連通管導(dǎo)入所述 納米構(gòu)造體成膜區(qū)域并將其在配設(shè)于所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域的所述基板上成膜而形成 納米構(gòu)造體膜； 行進(jìn)工序，利用所述移動單元使將所述納米構(gòu)造體成膜的所述基板向所述納米粒子成 膜區(qū)域移動； 納米粒子生成工序，通過在所述納米粒子生成室將所述金屬材料加熱并使其蒸發(fā)而生 成所述納米粒子； 納米粒子成膜工序，利用所述排氣單元對所述層積室進(jìn)行排氣而在所述層積室與所述 納米粒子生成室之間設(shè)置壓力差，將所述納米粒子通過所述粒子連通管導(dǎo)入所述納米粒子 成膜區(qū)域，在配設(shè)于所述納米粒子成膜區(qū)域的所述基板上成膜的所述納米構(gòu)造體上成膜而 形成納米粒子膜； 復(fù)位工序，利用所述移動單元使形成有所述納米粒子膜及所述納米構(gòu)造體膜的所述基 板向所述納米構(gòu)造體成膜區(qū)域移動。
【文檔編號】C23C14/56GK104204278SQ201380017086
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】內(nèi)山直樹, 金井友美 申請人:株式會社渥美精機(jī)