MALEIKA MAREK (DE)
| KR20070091776A | 2007-09-12 | |||
| US6398125B1 | 2002-06-04 | |||
| US20070085053A1 | 2007-04-19 | |||
| EP0220420A2 | 1987-05-06 | |||
| US5665277A | 1997-09-09 |
| Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Herstellung nanoskaliger ferromagneti- scher Teilchen im Lichtbogenremoteplasma, einen Plasmage¬ nerator (1) mit angeschlossener Reaktionskammer (2) und folgender Kühlung (4) mit Magnetfalle (5), sowie die er¬ forderlichen Zu- und Ableitungen umfassend. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Plasmagenerator (l),der Reaktionskammer (2) zur Herstellung der magnetisierten Nanopartikel einerseits und der Kühlung (4) andererseits eine Beschichtungskammer (3) vorgesehen ist, in der die gerade erzeugten magnetischen Nanoparti- kel zur Ausbildung einer Oxidationsbarriere beschichtet werden . Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Magnetfalle (5) in die Kühlung (4) integriert ist . 4. Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanopartikel, bei dem die magnetischen Nanopartikel im Lichtbogenplasma erzeugt werden, wobei im Anschluss an die Erzeugung der magnetischen Partikel im Plasmagasstrom diese über eine magnetische Falle aus dem Gasstrom mit allen Nebenprodukten abgetrennt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die magnetischen Nano- partikel in einer Beschichtungskammer (3) mit kohlenstoffhaltigen Precursoren zur Ausbildung einer dauerhaften Oxidationsbarriere beschichtet werden. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei zur Erzeugung des Plasmas ein H2/Argon, H2/He oder H2/N2 Gasstrom in den Plasmagenerator eingeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Precursoren wie Eisenpentacarbonyl Fe(CO)5; Eisenformiat Fe(HCOO)2; Cobaltoctacarbonyl Co2(CO)8; Cobaltformiat Co(HCOO)2; Nickeltetracarbonyl Ni(Co)4; Nickelformiat Ni(HCOO)4 in der Reaktionskammer (2) mit dem Lichtbogenplasma aus dem Plasmagenerator (1) umgesetzt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, das unter At mosphärendruck, Plasma Cycle Time (PCT) 5-100 % und Pias ma-Frequenz zwischen 15-25 KHz durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei in ei ner an die Reaktionskammer (2) anschließenden Beschich- tungskammer (3) die erzeugten magnetischen Nanopartikel in situ beschichtet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Beschichtung mit kohlenstoffhaltigen Precursoren wie Ace- tylen, Ethen, Methan und/oder siliziumhaltigen Precursoren wie z.B. Hexamethyldisilan, HMDS, Vinyltrimethylsilan VTMS, Trifluoromethyltrimethyl-silan TFMTMS und/oder Alkylphosphonate, sowie anorganischen Spezies wie Borsäureesterprecursoren zur Beschichtung in der Beschichtungskammer (3) umgesetzt werden. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die magnetischen Nanopartikel in der Kühlung (4) auf oder unter die jeweilige materialspezifische Curie- Temperatur abgekühlt werden. |
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON MAGNENTISCHEN NANOPARTIKELN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanopartikeln wie z.B. Fe, Co, Magnetische Nanopartikel (NPs) sind für eine Vielzahl techni ¬ scher Anwendungen interessant. In der Medizin stellen magnetische Nanopartikel ein vielversprechendes Hilfsmittel dar, zum Beispiel als Kontrastmittel beim MRI, als magnetische Markierungen oder für die Krebstherapie, wo die Partikel als Transportmittel für Arzneistoffe dienen, die mit einem Mag ¬ netfeld gezielt in den Tumor dirigiert werden.
Zum anderen werden Ferromagnetpartikel , in denen dauerhaft magnetische Zustände herrschen, zur Datenspeicherung genutzt und bilden die Grundlage heutiger und zukünftiger magneti ¬ scher Speichermedien (z.B. Festplatten).
Nanoskalige dauermagnetische Partikel können auch aufgrund eines geeigneten atomaren und kristallographischen Aufbaus (nanoskalige Eindomänenteilchen) als Materialien für Dauermagnete eingesetzt werden. Solche Permanentmagnete könnten wegen ihrer guten Verfügbarkeit und ihres geringen Preises die selteneren und teuren Neodymmagnete ablösen. Dies würde neue Anwendungen der Permanentmagnete z.B. in der Energieer- zeugung, (Generatoren) , bei der Automatisierung (Schrittmotoren) , in der Speichertechnik usw. ermöglichen.
Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Synthesemöglichkeiten für die Herstellung von magnetischen Nanopartikeln. Bei- spielsweise können die Teilchen über Mitfällung, thermische
Zersetzung, Reduktion, Hydrothermalsynthese oder Laserpyroly ¬ se hergestellt werden. Da die herzustellenden Metall-NPs (wie z.B. Fe- oder Co-NPs) sehr reaktiv sind (auch pyrogen), müs- sen die Synthesen unter Inertgasbedingungen durchgeführt werden .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah- ren und eine Vorrichtung zur Herstellung der magnetischen Na- nopartikel wie z.B. Fe, Co, Ni, Fe 3 0 4 /Y-Fe 2 0 3 NPs anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er ¬ findung, wie sie in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Figur offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ei ¬ ne Vorrichtung zur Herstellung nanoskaliger ferromagnetischer Teilchen im Lichtbogenremoteplasma, einen Plasmagenerator mit angeschlossener Kühlung und Magnetfalle, sowie die erforderlichen Zu- und Ableitungen umfassend. Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanopartikeln, bei dem die Nanopartikel im
Lichtbogenplasma erzeugt und magnetisiert werden und im An- schluss über eine magnetische Falle die magnetisierten Parti ¬ kel aus dem Gasstrom abgeschieden werden.
Als Plasmagenerator wird ein Generator für die Lichtbogenentladung eingesetzt. Diese werden beispielsweise unter folgen- den Bedingungen betrieben: atmosphärischer Druck, Plasma Cyc- le Time (PCT) 5-100 % und Plasma-Frequenz zwischen 15-25 KHz. Diese Generatoren sind handelsüblich beispielsweise über die Firma Plasmatreat oder Diener zugänglich. Es können alle folgenden Formen von Precursormaterialien verwendet werden: gasförmig, flüssig oder in Pulverform.
Erfindungsgemäß wird im Plasmagenerator mit H 2 /Argon, H 2 /He oder H 2 /N 2 ein Plasma erzeugt in das verschiedene
Precursormaterialien wie Eisenpentacarbonyl Fe(CO) 5 ;
Eisenformiat Fe(HCOO) 2 ; Cobaltoctacarbonyl Co 2 (CO) 8 ;
Cobaltformiat Co(HCOO) 2 ; Nickeltetracarbonyl Ni(Co) 4 ; Nickelformiat Ni (HCOO) 4 unter Atmosphärendruck eingebracht werden .
Es hat sich bewährt, die NPs sofort nach ihrer Entstehung zu beschichten, da die NPs eine hohe Oxidationsempfindlichkeit haben und durch die sofortige Beschichtung im Plasma bzw. im Remoteplasma mit kohlenstoffhaltigen Precursoren wie Acety- len, Ethen, Methan und/oder siliziumhaltigen Precursoren wie z.B. Hexamethyldisilan, HMDS, Vinyltrimethylsilan VTMS, Trifluoromethyltrimethylsilane TFMTMS oder Alkylphosphonate eingesetzt werden. Auch anorganische Beschichtungen auf Basis von Borsäureesterprecursoren sind möglich.
Durch die Beschichtung wird eine dauerhafte Oxidationsbarrie- re erreicht.
Um die hergestellten magnetischen NPs von den bei der Synthese anfallenden Nebenprodukten zu trennen, wurde eine magnetische Falle eingebaut, damit die hergestellten magnetischen NPs von den bei der Synthese anfallenden Nebenprodukten abtrennbar sind.
Die vorgeschlagenen Synthese- und Beschichtungsmethoden zur Erzeugung metallischer NPs stellen eine wirksame und v.a. kostengünstige und dauereffiziente Lösung zur Herstellung von nanopartikulären Permanentmagneten dar. Die Herstellung kann im kontinuierlichen Prozess geführt werden.
Die mit Hilfe der Vorrichtung erzeugten metallischen NPs kön- nen in einem Schritt oxidfrei mit einer Barriereschicht er- zeugt werden.
Auf diese Weise verfügen die erhaltenen NPs über einen daue haften Oxidationsschutz und können gleich nach der Herstel- lung gefahrlos aus der Anlage entnommen werden, da
oxygene/pyrogene Reaktionen an Luft nicht mehr befürchtet werden müssen. Insbesondere auch die angeschlossene magnetische Falle dient im Prozess dazu, dass das Verfahren kontinuierlich geführt werden kann und die Produkte quantitativ von den Nebenproduk- ten abtrennbar sind.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zeigt, näher erläu ¬ tert :
Die Figur zeigt einen Plasmagenerator 1, in den ein H 2 /Argon, H 2 /He oder H 2 /N 2 Ionengasgemisch eingeleitet wird. Im An- schluss an den Plasmagenerator 1 wird das Ionengasgemisch mit Precursormaterialien wie Eisenpentacarbonyl Fe(CO) 5 ;
Eisenformiat Fe(HCOO) 2 ; Cobaltoctacarbonyl Co 2 (CO) 8 ;
Cobaltformiat Co(HCOO) 2 ; Nickeltetracarbonyl Ni(Co) 4 ;
Nickelformiat Ni (HCOO) 4 unter Atmosphärendruck in ein elektrisches Feld eingebracht. In der Reaktionskammer 2 erfolgt die Zersetzung der
Precursormoleküle zu Metallatomen und zu gasförmigen Nebenprodukten (z.B. CO oder C0 2 ) . Anschließend verbinden sich die einzelnen Metallatome zu größeren Agglomeraten und bilden somit die geforderten nanoskalige Partikeln.
Direkt angeschlossen an die Reaktionskammer 2 befindet sich die Beschichtungskammer 3, in der kohlenstoffhaltige Be- schichtungs-Precursoren wie Acetylen, Ethen, Methan und/oder siliziumhaltigen Precursoren wie z.B. Hexamethyldisilan, HMDS, Vinyltrimethylsilan VTMS, Trifluoromethyltrimethyl- silan TFMTMS und/oder Alkylphosphonate, sowie anorganische Spezies wie Borsäureesterprecursoren zur Beschichtung mit den NPs umgesetzt werden. Danach werden die beschichteten NPs mit allen Nebenprodukten in der Kühlung 4 gekühlt und in eine magnetische Falle 5 ein ¬ geleitet. In der magnetischen Falle 5 schlagen sich die mag- netischen NPs an den magnetischen Außenwänden 6 nieder, wohingegen die Nebenprodukte des Herstellungsprozesses im
Gasstrom die Vorrichtung über die Ableitung 7 verlassen. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von magnetischen Nanopartikel wie z.B. Fe, Co, Ni, Fe 3 0 4 /Y-Fe 2 0 3 NPs. Dazu werden ein Verfahren und eine Vor ¬ richtung zur effektiven Herstellung von NPs im kontinuierlichen Prozess unter Einsatz eines Lichtbogenremote-Plasmas in Kombination mit einer magnetischen Falle offenbart.
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