分立式碳納米管陣列放電電離源的製作方法
2023-06-07 11:41:26
分立式碳納米管陣列放電電離源的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種分立式碳納米管陣列放電電離源，包括電源；所述電源一端連接碳納米管陣列放電電極，另一端連接對電極，所述碳納米管陣列放電電極和所述對電極之間形成樣品通過的通道，碳納米管陣列放電電極包括基層，所述基層上設置有分立式針尖陣列，再在所述分立式針尖陣列上豎直長出單根或多根碳納米管。本發明採用碳納米管作為電極進行電暈放電，避免了現有技術中電暈放電的放電電極採用金屬製造，不僅生產難度大並且容易被腐蝕，而且降低電離源穩定性，從而提供一種曲率半徑小且穩定性好、不易被腐蝕的分立式碳納米管陣列放電電離源。
【專利說明】分立式碳納米管陣列放電電離源
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電離源，具體是一種分立式碳納米管陣列放電電離源，屬於電離【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，離子遷移譜技術已經成為分析領域中痕量化學物質檢測的重要方法之一。離子遷移譜技術無需真空環境，可直接在常壓下工作，功率要求較低，檢測速度快，因而很容易做成小型可攜式的儀器，特別適用於現場實時檢測以及各類在線實時分析。
[0003]離子源是離子遷移譜等分析儀器的關鍵技術之一。目前，在離子遷移譜技術中應用最為廣泛的離子源是放射源。放射源主要採用放射β射線的63Ni源，還有部分是採用放射β射線的氚源和放射α射線的241Am源。用放射源作為離子源主要優點是其工作穩定性高、可靠性好，無需外部的電源。但由於其放射性需要的特殊安全措施使它在實際應用中帶來許多的麻煩，全世界各個國家對放射源的使用都是嚴格管控，放射源的使用和保管需要申請執照和並經特別審批，這大大限制了離子遷移譜技術的推廣和使用。另外，用放射源作為離子源產生的離子濃度不夠高，導致傳統的離子遷移譜信號比較弱，線性範圍小。因此人們開始積極探索非放射性離子源。其中，電暈放電(Corona Discharge,⑶)離子源是研究較多的一種非放射性離子源。電暈放電電暈放電是一種可在大氣環境下產生的氣體放電現象，常發生在極不對稱電場下。可以採用針對面的方式放電，即將一個端頭尖銳金屬絲作為一個電極，在其附近2-10 mm處的金屬板、金屬網或金屬圈作為其對電極。在放電的間隙處，會生成與採用放射源相似的離子。這種電離源無輻射，產生的離子流相對較高，設計安裝比較簡單。
[0004]如中國CN 103137417A號發明專利中公布了一種電暈放電裝置以及具有該電暈放電裝置的離子遷移譜儀，該發明提供了一種電暈放電裝置，該電暈放電裝置包括:第一電極，所述第一電極包括:大致柱狀的第一內腔部分，和與第一內腔部分相連通的大致錐形的第二內腔部分，所述第二內腔部分在遠離所述第一內腔部分的方向上橫截面面積逐漸增大。還包括:通過所述第一電極的開口從所述第一電極的外部插入所述第一電極的內部的第二電極，該第二電極具有針狀形狀。第二電極11利用不鏽鋼、鎢、鎳、鉬等抗氧化金屬製成。第一電極可用普通金屬表面鍍鎳而成。但是電暈放電與針尖的曲率半徑有關，需要較高的電壓或放電尖端的曲率半徑很小才能獲得局部高電場，而金屬針尖尖端製造困難，其大小通常只能控制在幾到幾十微米級別。另外，採用金屬的放電針尖很容易被腐蝕，這會降低電離源的工作穩定性，其壽命有限。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是現有技術中電暈放電的放電電極採用金屬製造不僅生產難度大並且容易被腐蝕，降低電離源穩定性的問題，從而提供一種曲率半徑小且穩定性好不易被腐蝕的採用碳納米管進行電暈放電的分立式碳納米管陣列放電電離源。[0006]為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
一種分立式碳納米管陣列放電電離源，包括電源；
碳納米管陣列放電電極包括基層，所述基層上設置有分立式針尖陣列，在所述分立式針尖陣列上豎直長出有碳納米管。
[0007]所述基層為矽片。
[0008]所述分立式針尖陣列為在所述矽片上採用深反應刻蝕後形成的垂直於所述矽片的分立式針尖陣列，在所述分立式針尖陣列上豎直長出單根或多根碳納米管。
[0009]所述碳納米管的端部的曲率半徑為20_90nm。
[0010]所述分立式針尖陣列的外徑為0.5-5 μ m。
[0011]所述針尖陣列之間的距離為1-20 μ m。
[0012]所述電源提供1.5-5 kV的電壓。
[0013]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:
(I)本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，本發明採用碳納米管作為電極進行電暈放電，避免了現有技術中電暈放電的放電電極採用金屬製造，不僅生產難度大並且容易被腐蝕，而且降低電離源穩定性，提供一種曲率半徑小且穩定性好、不易被腐蝕的分立式碳納米管陣列放電電離源。
[0014](2)本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，在所述矽片上採用深反應刻蝕後形成垂直於矽片的分立式針尖陣列，再在所述分立式針尖陣列上豎直長出單根或多根碳納米管；本發明採用在分立式針尖陣列的矽材料上豎直長出更細小的碳納米管，比傳統的採用金屬所作為放電電極的電離源體積小很多，使得本發明佔用空間更小，應用範圍更廣，更方便。
[0015](3)本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，所述碳納米管的端部的曲率半徑為20-90nm，在此範圍內的曲率半徑比傳統中的微米級別的金屬針尖大大降低，大大提高了局部電場，使電暈放電的起暈電壓降低，同時使放電更加穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中，
圖1是本發明所述分立式碳納米管陣列放電電離源的結構示意圖；
圖2是本發明所述分立式碳納米管陣列放電電離源的SEM圖；
圖3是本發明所述分立式碳納米管陣列放電電離源應用到離子遷移譜儀中的結構示意圖；
圖中附圖標記表示為:1_基層，2-對電極，3-放電通道，11-分立式針尖陣列，12-碳納米管。
【具體實施方式】
[0017]下面提供本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源的具體實施例。
[0018]實施例1
本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源的結構如圖1所示，其包括電源，所述電源提供1.5-5 kV的電壓，所述電源一端連接碳納米管陣列放電電極，另一端連接對電極，所述對電極可以採用柵網電極或環形電極，所述碳納米管陣列放電電極和所述對電極之間形成樣品通過的通道，碳納米管陣列放電電極包括基層，所述基層上設置有分立式針尖陣列，在所述分立式針尖陣列上豎直長單根碳納米管。
[0019]其工作原理如下:樣品氣體從所述放電通道進入所述對電極和所述碳納米管陣列放電電極之間，在電源達到2kV後，碳納米管開始進行穩定的電暈放電，在放電區形成等離子體，樣品氣體分子進入放電區後與電子或氣體尚子發生碰撞，發生電尚。
[0020]實施例2
本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源中所述基層優選的採用矽片，在所述矽片上採用深反應刻蝕後形成垂直於矽片的分立式針尖陣列，所述分立式針尖陣列的外徑優選的為2 μ m，所述針尖陣列之間的距離優選的為6 μ m，再在所述分立式針尖陣列上豎直長出單根或多根碳納米管，如圖2所示為豎直長出的單根碳納米管；所述碳納米管的端部的曲率半徑優選的為60nm。
[0021]作為其他可以變換的實施方式，所述基層還可以選用其他半導體材料，所述碳納米管的端部的曲率半徑還可以在20-90nm之間選擇，在此範圍內的曲率半徑比傳統中的微米級別的金屬針尖大大降低，大大提高了局部電場，使電暈放電的起暈電壓降低，同時使放電更加穩定；所述分立式針尖陣列的外徑還可以在0.5-5 μ m之間選擇，所述針尖陣列之間的距離還可以在1-20 μ m之間選擇。
[0022]實施例3
圖3為本發明所述的分立式碳納米管陣列放電電離源實際應用到離子遷移譜儀的結構圖，其原理如下:
樣品氣體從氣體入口進入所述分立式碳納米管陣列放電電離源中，發生電離，形成離子，樣品離子在電場作用下進入到離子門前面，離子門開啟時，不同種類的離子在電場作用下根據其離子遷移率的不同依次打在檢測極板上，檢測器通過對信號進行放大處理，獲得樣品譜圖。
[0023]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種分立式碳納米管陣列放電電離源，包括電源； 所述電源一端連接碳納米管陣列放電電極，另一端連接對電極，所述碳納米管陣列放電電極和所述對電極之間形成樣品通過的通道，其特徵在於:所述碳納米管陣列放電電極包括基層，所述基層上設置有分立式針尖陣列，在所述分立式針尖陣列上豎直長出有碳納米管。
2.根據權利要求1所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:所述基層為娃片。
3.根據權利要求1或2所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:在所述矽片上採用深反應刻蝕形成垂直於所述矽片的分立式針尖陣列，在所述分立式針尖陣列上豎直長出單根或多根碳納米管。
4.根據權利要求1-3任一項所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:所述碳納米管的端部的曲率半徑為20-90nm。
5.根據權利要求1-4任一項所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:所述分立式針尖陣列的外徑為0.5-5 μ m。
6.根據權利要求1-5任一項所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:所述針尖陣列之間的距離為1-20 μ m。
7.根據權利要求1-6任一項所述的分立式碳納米管陣列放電電離源，其特徵在於:所述電源提供1.5-5 kV的電壓。
【文檔編號】H01J49/16GK103578908SQ201310469112
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】李靈鋒, 汪小知, 李鵬 申請人:浙江大學