一种纳米团簇束流发生源及其使用方法

1.本发明涉及团簇束流发生源，具体涉及一种纳米团簇束流发生源及其使用方法。


背景技术：

2.纳米材料又称之为超微晶材料，其团簇粒径介于1nm-100nm，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。
3.团簇离子束技术(clusterionbeam，cib)广泛用于工件表面的掺杂、蚀刻、清洁、平滑以及薄膜沉积。团簇离子源通过电子轰击而离子化所产生的气体团簇包括数个到数千个或更多的分子聚集体，这些气体团簇的尺寸较大，通常为中性或者携带少量电荷，因此仅作用于极浅的表面区域，而不会产生较深的次表面损伤。
4.现有团簇一般通过磁控等离子体气体聚集法产生，气体聚集法的基本机理为：通过磁控溅射等手段，获得高密度的等离子体，在冷凝腔中，原子与离子在缓冲气体中膨胀并冷却，导致形核的发生并生长成为团簇。由气体聚集法形成的团簇通过气体动力学喷嘴进入高真空端，终止团簇生长，再经过分离器隔离的二级差分抽气区间，形成准直细束，进入高真空端的分析制样室。
5.然而，现有团簇束流发生源在产生团簇束流时，无法有效控制团簇的尺寸大小，并且使用一段时间后，分离器表面容易沉积大量堆积物，如果不能及时清洁堆积物，将会对团簇束流的质量造成一定程度的影响。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种纳米团簇束流发生源及其使用方法，能够有效克服现有技术所存在的无法有效控制团簇的尺寸大小、不便对分离器上的堆积物进行清洁的缺陷。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
10.一种纳米团簇束流发生源，包括团簇腔，所述团簇腔内部设有冷凝腔，所述冷凝腔端部设有可调喷嘴，所述团簇腔端部与可调喷嘴相对处固定有安装座，所述安装座上固定有分离器、束流板，所述团簇腔内部设有用于对分离器进行清洁的清洁机构；
11.所述可调喷嘴包括转动连接于冷凝腔端部的转动环，设于转动环内部且与冷凝腔固定的圆盘，以及开设于圆盘上的喷孔，所述圆盘、转动环上设有用于调节喷孔孔径的调节机构，所述调节机构包括调节片，与圆盘固定且与调节片转动连接的第一连接柱，以及与转动环固定且与调节片转动连接的第二连接柱；
12.所述团簇腔内部设有用于对可调喷嘴进行调节的驱动机构，所述驱动机构包括与
冷凝腔固定的第一真空电机、滑动座，固定于第一真空电机驱动轴上的转轴，固定于转轴端部的主动齿轮，与滑动座滑动连接且与主动齿轮啮合的移动板，以及与移动板、转动环铰接的连杆。
13.优选地，所述清洁机构包括通过连管与团簇腔连通的观察窗，以及通过连管伸入团簇腔内部的安装板，所述安装板上固定有第二真空电机，所述第二真空电机的驱动轴上固定有与分离器配合的清洁架，所述清洁架内表面设有清洁层。
14.优选地，所述连管、团簇腔内部设有用于对清洁机构进行限位的限位机构，所述限位结构包括开设于连管内壁与安装板配合的限位槽，与连管滑动连接的限位杆，固定于限位杆端部的安装块，连接于安装块、连管之间的弹簧，以及固定于团簇腔内壁的限位架，所述安装板上开设有与限位架配合的限位孔。
15.优选地，所述团簇腔上安装连接有分子泵。
16.优选地，所述移动板上设有与主动齿轮啮合的卡齿。
17.优选地，所述圆盘通过连接件与冷凝腔端部内壁固定，所述转动环与冷凝腔端部侧壁、圆盘转动连接。
18.优选地，所述束流板上开设有束流孔。
19.一种纳米团簇束流发生源的使用方法，包括以下步骤：
20.s1、在冷凝腔端部安装好可调喷嘴，并在团簇腔内部安装好驱动机构；
21.s2、利用第一真空电机驱动转轴转动，通过主动齿轮带动移动板沿着滑动座上下移动，使得连杆带动转动环转动，对喷孔孔径进行调节；
22.s3、根据需要将喷孔调节至合适孔径，冷凝腔内部产生的团簇束流通过喷孔喷出，并经过分离器进入高真空端，形成准直细束；
23.s4、需要对分离器上的堆积物进行清洁时，打开观察窗，同时向外拉动限位杆，通过连管将安装板伸入团簇腔内部，并向分离器方向移动安装板；
24.s5、限位架卡入安装板上的限位孔，同时安装板卡入连管内壁的限位槽，松开限位杆，利用第二真空电机驱动清洁架转动，对分离器进行清洁。
25.(三)有益效果
26.与现有技术相比，本发明所提供的一种纳米团簇束流发生源及其使用方法，通过驱动机构来驱动调节机构，能够实现对可调喷嘴中喷孔孔径地有效调节，便于对纳米团簇的尺寸大小进行控制，可以生成不同尺寸的纳米团簇；借助清洁机构能够对分离器表面沉积的堆积物进行清洁，保证生成团簇束流的质量。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明的结构示意图；
29.图2为本发明图1中驱动机构与可调喷嘴配合的右视结构示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
31.一种纳米团簇束流发生源，如图1和图2所示，包括团簇腔1，团簇腔1内部设有冷凝腔2，冷凝腔2端部设有可调喷嘴3，团簇腔1端部与可调喷嘴3相对处固定有安装座10，安装座10上固定有分离器11、束流板12。
32.可调喷嘴3包括转动连接于冷凝腔2端部的转动环24，设于转动环24内部且与冷凝腔2固定的圆盘23，以及开设于圆盘23上的喷孔25，圆盘23、转动环24上设有用于调节喷孔25孔径的调节机构，调节机构包括调节片26，与圆盘23固定且与调节片26转动连接的第一连接柱27，以及与转动环24固定且与调节片26转动连接的第二连接柱28。
33.团簇腔1内部设有用于对可调喷嘴3进行调节的驱动机构，驱动机构包括与冷凝腔2固定的第一真空电机4、滑动座8，固定于第一真空电机4驱动轴上的转轴5，固定于转轴5端部的主动齿轮6，与滑动座8滑动连接且与主动齿轮6啮合的移动板7，以及与移动板7、转动环24铰接的连杆9。
34.移动板7上设有与主动齿轮6啮合的卡齿。
35.圆盘23通过连接件与冷凝腔2端部内壁固定，转动环24与冷凝腔2端部侧壁、圆盘23转动连接。
36.需要对生成纳米团簇的尺寸大小进行调节时，利用第一真空电机4驱动转轴5转动，通过主动齿轮6带动移动板7沿着滑动座8上下移动，使得连杆9带动转动环24转动。
37.由于第一连接柱27与圆盘23固定且与调节片26转动连接，第二连接柱28与转动环24固定且与调节片26转动连接，因此当转动环24转动时，调节片26能够围绕第一连接柱27进行转动，从而能够实现对喷孔25孔径地有效调节，便于对纳米团簇的尺寸大小进行控制。
38.值得注意的是，本技术技术方案中，为了确保转动环24转动时，调节片26能够围绕第一连接柱27进行转动，可以将调节片26与第二连接柱28转动连接的一端设置成可伸缩结构。
39.团簇腔1内部设有用于对分离器11进行清洁的清洁机构，清洁机构包括通过连管13与团簇腔1连通的观察窗14，以及通过连管13伸入团簇腔1内部的安装板18，安装板18上固定有第二真空电机19，第二真空电机19的驱动轴上固定有与分离器11配合的清洁架20，清洁架20内表面设有清洁层。
40.连管13、团簇腔1内部设有用于对清洁机构进行限位的限位机构，限位结构包括开设于连管13内壁与安装板18配合的限位槽，与连管13滑动连接的限位杆15，固定于限位杆15端部的安装块16，连接于安装块16、连管13之间的弹簧17，以及固定于团簇腔1内壁的限位架21，安装板18上开设有与限位架21配合的限位孔。
41.需要对分离器11上的堆积物进行清洁时，打开观察窗14，同时克服弹簧17的弹力向外拉动限位杆15，通过连管13将安装板18伸入团簇腔1内部，并向分离器11方向移动安装板18。
42.当限位架21卡入安装板18上的限位孔，且安装板18卡入连管13内壁的限位槽时，
松开限位杆15，限位杆15在弹簧17的弹力作用下，将安装板18紧固在限位槽中，利用第二真空电机19驱动清洁架20转动，对分离器11进行清洁。由于限位架21卡入安装板18上的限位孔，因此限位机构的设置能够保证清洁机构稳定在团簇腔1内部工作。
43.本技术技术方案中，团簇腔1上安装连接有分子泵22，分子泵22能够将团簇腔1、冷凝腔2内部抽真空。束流板12上开设有束流孔，由于团簇束流经过可调喷嘴3和分离器11后依然是发散型的，此处束流孔可以将发散的尺寸分布不均的束流挡住，只留均匀分布的团簇束流继续飞行。
44.一种纳米团簇束流发生源的使用方法
，
包括以下步骤：
45.s1、在冷凝腔2端部安装好可调喷嘴3，并在团簇腔1内部安装好驱动机构；
46.s2、利用第一真空电机4驱动转轴5转动，通过主动齿轮6带动移动板7沿着滑动座8上下移动，使得连杆9带动转动环24转动，对喷孔25孔径进行调节；
47.s3、根据需要将喷孔25调节至合适孔径，冷凝腔2内部产生的团簇束流通过喷孔25喷出，并经过分离器11进入高真空端，形成准直细束；
48.s4、需要对分离器11上的堆积物进行清洁时，打开观察窗14，同时向外拉动限位杆15，通过连管13将安装板18伸入团簇腔1内部，并向分离器11方向移动安装板18；
49.s5、限位架21卡入安装板18上的限位孔，同时安装板18卡入连管13内壁的限位槽，松开限位杆15，利用第二真空电机19驱动清洁架20转动，对分离器11进行清洁。
50.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种纳米团簇束流发生源，其特征在于：包括团簇腔(1)，所述团簇腔(1)内部设有冷凝腔(2)，所述冷凝腔(2)端部设有可调喷嘴(3)，所述团簇腔(1)端部与可调喷嘴(3)相对处固定有安装座(10)，所述安装座(10)上固定有分离器(11)、束流板(12)，所述团簇腔(1)内部设有用于对分离器(11)进行清洁的清洁机构；所述可调喷嘴(3)包括转动连接于冷凝腔(2)端部的转动环(24)，设于转动环(24)内部且与冷凝腔(2)固定的圆盘(23)，以及开设于圆盘(23)上的喷孔(25)，所述圆盘(23)、转动环(24)上设有用于调节喷孔(25)孔径的调节机构，所述调节机构包括调节片(26)，与圆盘(23)固定且与调节片(26)转动连接的第一连接柱(27)，以及与转动环(24)固定且与调节片(26)转动连接的第二连接柱(28)；所述团簇腔(1)内部设有用于对可调喷嘴(3)进行调节的驱动机构，所述驱动机构包括与冷凝腔(2)固定的第一真空电机(4)、滑动座(8)，固定于第一真空电机(4)驱动轴上的转轴(5)，固定于转轴(5)端部的主动齿轮(6)，与滑动座(8)滑动连接且与主动齿轮(6)啮合的移动板(7)，以及与移动板(7)、转动环(24)铰接的连杆(9)。2.根据权利要求1所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述清洁机构包括通过连管(13)与团簇腔(1)连通的观察窗(14)，以及通过连管(13)伸入团簇腔(1)内部的安装板(18)，所述安装板(18)上固定有第二真空电机(19)，所述第二真空电机(19)的驱动轴上固定有与分离器(11)配合的清洁架(20)，所述清洁架(20)内表面设有清洁层。3.根据权利要求2所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述连管(13)、团簇腔(1)内部设有用于对清洁机构进行限位的限位机构，所述限位结构包括开设于连管(13)内壁与安装板(18)配合的限位槽，与连管(13)滑动连接的限位杆(15)，固定于限位杆(15)端部的安装块(16)，连接于安装块(16)、连管(13)之间的弹簧(17)，以及固定于团簇腔(1)内壁的限位架(21)，所述安装板(18)上开设有与限位架(21)配合的限位孔。4.根据权利要求3所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述团簇腔(1)上安装连接有分子泵(22)。5.根据权利要求1所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述移动板(7)上设有与主动齿轮(6)啮合的卡齿。6.根据权利要求5所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述圆盘(23)通过连接件与冷凝腔(2)端部内壁固定，所述转动环(24)与冷凝腔(2)端部侧壁、圆盘(23)转动连接。7.根据权利要求1所述的纳米团簇束流发生源，其特征在于：所述束流板(12)上开设有束流孔。8.一种基于权利要求3所述的纳米团簇束流发生源的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、在冷凝腔(2)端部安装好可调喷嘴(3)，并在团簇腔(1)内部安装好驱动机构；s2、利用第一真空电机(4)驱动转轴(5)转动，通过主动齿轮(6)带动移动板(7)沿着滑动座(8)上下移动，使得连杆(9)带动转动环(24)转动，对喷孔(25)孔径进行调节；s3、根据需要将喷孔(25)调节至合适孔径，冷凝腔(2)内部产生的团簇束流通过喷孔(25)喷出，并经过分离器(11)进入高真空端，形成准直细束；s4、需要对分离器(11)上的堆积物进行清洁时，打开观察窗(14)，同时向外拉动限位杆(15)，通过连管(13)将安装板(18)伸入团簇腔(1)内部，并向分离器(11)方向移动安装板
(18)；s5、限位架(21)卡入安装板(18)上的限位孔，同时安装板(18)卡入连管(13)内壁的限位槽，松开限位杆(15)，利用第二真空电机(19)驱动清洁架(20)转动，对分离器(11)进行清洁。

技术总结
本发明涉及团簇束流发生源，具体涉及一种纳米团簇束流发生源及其使用方法，包括团簇腔，团簇腔内部设有冷凝腔，冷凝腔端部设有可调喷嘴，团簇腔端部与可调喷嘴相对处固定有安装座，安装座上固定有分离器、束流板，可调喷嘴包括转动连接于冷凝腔端部的转动环，设于转动环内部且与冷凝腔固定的圆盘，以及开设于圆盘上的喷孔，圆盘、转动环上设有用于调节喷孔孔径的调节机构，调节机构包括调节片，与圆盘固定且与调节片转动连接的第一连接柱，以及与转动环固定且与调节片转动连接的第二连接柱；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法有效控制团簇的尺寸大小、不便对分离器上的堆积物进行清洁的缺陷。离器上的堆积物进行清洁的缺陷。离器上的堆积物进行清洁的缺陷。


技术研发人员：刘风光 彭守仲 付晨 汪建 赵巍胜
受保护的技术使用者：北京航空航天大学合肥创新研究院（北京航空航天大学合肥研究生院）
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/7