(57)【要約】前駆材料に対してガス雰囲気内でほぼ軸状に間隔を空けて配列された二つの対向電極（３１，３２）から融除をもたらす、ナノ粉末を合成するシステムと方法であって、前記電極（３１，３２）間に大電力パルス（３４）放電によってプラズマ（３７，３８）が形成され、前記パルスは前記プラズマを慣性閉じ込めするための短期間のもので、これによって前記ガス雰囲気による高急速冷却率および／または高反応率を有する高温・高密度プラズマを形成してナノ粉末の合成を改善するものである。
2005530040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粉末を合成する装置であって、以下のものを含む：
前駆材料で構成された、ガス雰囲気内で実質的に軸方向に配置されるが空間で隔てられている陽極および陰極、ならびに、
前記陽極と前記陰極と電気的に接続され、大電力パルス放電を発生させて前記陽極と前記陰極とを融除し、前記ナノ粉末を生成する電源。
【請求項２】
請求項１の装置であって、前記ガス雰囲気が前記陽極と前記陰極とから融除された材料と反応して前記ナノ粉末を形成する装置。
【請求項３】
請求項１の装置であって、前記ガス雰囲気が前記陽極と前記陰極とから融除された材料を急速冷却して前記ナノ粉末を生成する装置。
【請求項４】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極が同じ構成の装置。
【請求項５】
請求項１の装置であって、前記ガス雰囲気が異なるガスの混合物であり、前記混合気体が前記陽極と前記陰極とから融除された材料を急速冷却すると共にこれと反応する装置。
【請求項６】
請求項１の装置であって、前記ガス雰囲気が異なるガスの混合物であり、前記混合物が前記陽極と前記陰極から融除された材料を急速冷却する装置。
【請求項７】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極が同じ断面を持つ装置。
【請求項８】
請求項１の装置であって、前記パルス放電が前記陽極と前記陰極とから除去された材料から形成されるプラズマによって維持される装置。
【請求項９】
請求項８の装置であって、前記プラズマが前記ガス雰囲気内の膨張により急速冷却する装置。
【請求項１０】
請求項８の装置であって、前記プラズマがまた前記ガス雰囲気と反応して酸化物と窒化物とを含むナノ粉末化合物を生成する装置。
【請求項１１】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極がアルミニウム、タンタリウム、チタニウム、およびジルコニウムの一つで構成されている装置。
【請求項１２】
請求項１の装置であって、前記ナノパ粉末が、アルミニウム、銅、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＺｉＮ、およびＴａ２Ｎの一つである装置。
【請求項１３】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極の極性が反転している装置。
【請求項１４】
請求項１の装置であって、前記ナノ粉末が均一に近いサイズの実質的な非集塊ナノ粉末から構成されている装置。
【請求項１５】
請求項１の装置であって、前記装置が改善された急速冷却率および反応率をもたらし、以前より少ないエネルギの消費で大量に小さなサイズのナノ粉末の生成を可能にする装置。
【請求項１６】
請求項８の装置であって、前記パルス放電が前記プラズマの慣性閉じ込めをもたらすに十分な短期間で発生する装置。
【請求項１７】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極が高融点材料で構成されている装置。
【請求項１８】
請求項８の装置であって、前記ガス雰囲気が前記プラズマの膨張率と急速冷却率を制御するのに使われる装置。
【請求項１９】
請求項１の装置であって、前記装置が材料の選択と融除における費用対効果と電力の消費と前記ナノ粉末の生成における有効性を呈示する装置。
【請求項２０】
請求項８の装置であって、前記陽極および前記陰極が前記プラズマを軸方向に閉じ込め、前記パルス放電が前記プラズマの慣性閉じ込めをもたらす短期間のものである装置。
【請求項２１】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極が最小限の機械加工しか必要としない大直径ロッドである装置。
【請求項２２】
請求項１の装置であって、前記ガス雰囲気が空気、酸素、窒素、およびヘリウムの中の少なくとも一つである装置。
【請求項２３】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極が前記ナノ粉末の生成率を維持するために互いに向かって移動する装置。
【請求項２４】
請求項１の装置であって、前記陽極および前記陰極とが前記ガス雰囲気で満たされたチャンバ内に位置する装置。
【請求項２５】
ナノ粉末を合成する一つの装置であって、以下のものを含む装置：
前駆材料で構成され、第一外直径を有し、さらに第二直径の第一軸方向孔を有する第一空洞融除体；
前記第二直径より小さい第三直径を有し、前記第一軸方向孔内にはまり込むが、前記空洞融除体から電気的に絶縁された陽極；
前記前駆材料で構成され、前記第一直径を有し、さらに前記第二直径の第二軸方向孔を有する第二空洞融除体；
前記第三直径を有し前記第二軸方向孔内にはまり込むが、前記第二空洞融除体から電気的に絶縁された陰極であって、その中で前記第一空洞融除体と前記第二空洞融除体とが実質的に軸方向に配列されるが、ガス雰囲気中で隔てられている前記陰極；および
前記陽極と前記陰極と電気的に接続された電源であって、大電力パルス放電を発生させて前記第一空洞融除体と前記第二空洞融除体とを融除し、前記ナノ粉末を生成する電源。
【請求項２６】
請求項２５の装置であって、前記ガス雰囲気が不活性ガス、反応性ガス、および不活性ガスと反応性ガスとの混合物の一つからなる装置。
【請求項２７】
請求項２５の装置であって、前記ガス雰囲気が複数の不活性ガスの混合物である装置。
【請求項２８】
請求項２５の装置であって、前記陽極、前記陰極、前記第一空洞融除体、および前記第二空洞融除体が同じ材料から構成されている装置。
【請求項２９】
請求項２５の装置であって、前記第一空洞融除体および前記第二空洞融除体が第一材料から構成され、前記陽極および前記陰極が第二材料から構成され、前記第一材料が前記第二材料とは異なる装置。
【請求項３０】
請求項２５の装置であって、前記第一空洞融除体および前記第二空洞融除体が非導電材料から作られ、電気的絶縁のない装置。
【請求項３１】
請求項２５の装置であって、電気的絶縁が、前記陽極と前記第一空洞融除体との間に置かれた第一環状絶縁体、および前記陰極と前記第二空洞融除体との間に置かれた第二環状絶縁体によって提供される装置。
【請求項３２】
請求項２５の装置であって、前記第一空洞融除体と前記陽極が第一複合電極を形成し、前記第二空洞融除体と前記陰極が第二複合電極を形成し、前記第一合成電極と前記第二複合電極が半径方向に関して前記パルス放電と同心となり、前記前駆材料の融除から形成されたプラズマの軸方向の膨張を実質的に防ぐ装置。
【請求項３３】
請求項３２の装置であって、前記パルス放電が前記プラズマを慣性閉じ込めするのに十分な短さの期間のものである装置。
【請求項３４】
請求項２５の装置であって、前記ナノ粉末が実質的に非集塊ナノ粉末で構成されている装置。
【請求項３５】
請求項２５の装置であって、前記第一空洞融除体および第二空洞融除体が両方とも、導体、半導体、および非導体の一つである装置。
【請求項３６】
請求項３２の装置であって、前記プラズマが、ナノ粉末生成率を改善するために、前記ガス雰囲気による急速冷却と、前記ガス雰囲気との高速反応に適した高温・高密度のものである装置。
【請求項３７】
請求項３６の装置であって、前記高温が５０，０００°Ｋのオーダである装置。
【請求項３８】
より効率的にナノ粉末を合成する方法であって、次の工程を含む方法：
ガス雰囲気を形成する工程；
反対の電荷を有する一対の前駆材料電極で、軸方向に配列されているが、間隔を空けて、前記ガス雰囲気内に置く工程；
大電力パルス放電を前記一対の前駆材料電極間に形成し、高温・高密度のプラズマを生成する工程；および
前記ガス雰囲気中で前記プラズマを急速冷却し、前記ナノ粉末を生成する工程。
【請求項３９】
請求項３８の方法であって、前記ガス雰囲気が前記プラズマを急速冷却するためのガスの混合物である方法。
【請求項４０】
請求項３８の方法であって、前記大電力パルス放電が前記プラズマを慣性閉じ込めするのに十分に短い期間のものである方法。
【請求項４１】
請求項３８の方法であって、前記プラズマを物理的に閉じ込める工程を含む方法。
【請求項４２】
請求項３８の方法であって、前記一対のおのおのの前駆材料がはまり込むが、一対の融除環状体の一方から電気的に絶縁されている方法。
【請求項４３】
請求項３８の方法であって、前記ガス雰囲気を適用し、前記プラズマの膨張率と急速冷却率を制御する工程を含む方法。
【請求項４４】
請求項３８の方法であって、前記前駆材料の対を相互に調整し、請求項３８の工程を繰り返す工程を含む方法。
【請求項４５】
請求項３８の方法であって、急速冷却の工程が前記プラズマを前記ガス雰囲気と反応させる工程と同時に起こる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先日の主張）
この特許出願は、より早期の本発明の譲受人に譲渡されている２００２年６月１２日に出願の発明者：Ｋｕｒｔ  ＳｃｈｒｏｄｅｒおよびＤｏｕｇ  Ｊａｃｋｓｏｎの出願第６０／３８８，２００号での出願日の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
不活性ガスをイオン化し前駆材料を蒸気化して反応容器中にプラズマを形成するナノ粉末の生成システムは公知である。急速冷却および／または反応ガスが前記の蒸気化された前駆材料に注入され、所望の構成を有するナノ粉末が生成される。米国特許第５，５１４，３４９号は、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接機に類似の移行性アーク・システムを開示しており、金属前駆材料の単一ロッドが陽極として働き、非消耗タングステン陰極を介して陽極に供給することによって陽極を放電アークに曝し、蒸気化する。その上で蒸気化した材料中にガスが注入され、ナノ粉末を急速冷却・形成する。この移行性アーク・システムは、タングステン電極の浸食を避けるように設計される。
【０００３】
米国特許第６，４７２，６３２号は、ナノ粉末を生成する別の方法を開示しており、これは図１に示すように、先行技術の軸状電熱銃を使用する。この軸状電熱銃または、軸状銃１０は、銃尾電極１１、環状銃口電極１２、および空洞孔１４を有するバレル１３で以て示される。銃尾電極１１は、空洞孔１４の一端にはまり込み、空気的にシールする。環状銃口電極１２は、バレル１３に取り付けられほぼ軸方向に整列する。銃尾電極１１はさらに、接続電線１５を介して大電力パルス放電電源１６の負端子に接続され、その正端子は接続電線１７を介して銃口電極１２に接続される。移行性アーク・システムと異なり、軸状銃中の電極の極性は重要ではなく、この装置は極性を反転させて運転することができる。この軸状銃の実施形態は、１０−１００ナノメートル範囲のナノ粉末を適量生成するのに成功している。
【０００４】
動作中、電源１６は銃尾電極１１と銃口電極１２との間に電界を形成するように付勢され、これによって前記電極間に大電力パルス・アーク１８を放電する。このパルス・アーク１８の放電は銃口電極１２を融除し、これがプラズマの第一供給源となる。さらに具体的には、銃口電極１２からの材料除去率は銃尾電極１１からの材料除去率より１０−１００倍大きい。
【０００５】
軸状銃１０中のパルス・アーク放電は、あまりにも短い間隔で発生するので、周りの雰囲気中（慣性閉じ込め）で、さらに空洞孔１４の壁によって物理的に閉じ込められるエリア中（物理的閉じ込め）でプラズマを十分に膨張させ平衡させることができない。組み合わさった閉じ込めは、高温（５０，０００°Ｋに上る）高密度（１０２０／ｃｍ３に上る）プラズマを形成する。このプラズマは、米国特許第５，５１４，３４９号、第５，８７４，６８４号、および第５，８５１，５０７号で開示されているような他のプラズマ・ベースのシステムでは通常得られない。このプラズマは、銃口電極１２を迅速に出る高温プラズマによって融除するように作用する。このプラズマは融除された材料とともに銃口電極１２から高圧（１５，０００ＰＳＩに上る）と超音速の下で飛び出る。この融除された材料はその後、周囲のガス、例えば、空気、酸素、窒素、またはヘリウムの一つ以上によって急速冷却されるかおよび／または前記ガスと反応し、ナノ粉末の雲を生成する。
【０００６】
図２を参照するに、先行技術の移行性アーク放電工程が図示されており、この中では、タングステン電極２０はアルゴンのような純粋の不活性ガス２１の流れによって遮蔽され、ほぼ前駆材料のロッド２２と整列している。この不活性ガス遮蔽はタングステン電極２０を浸食と酸化から保護する。この不活性ガスはアークを維持すべくイオン化するが、ロッド２２から除去された材料を急速冷却または反応させるようには働かない。
【０００７】
ロッド２２は、接続電線２３を介してＤＣ電源２４の正端子に接続され、電源の負端子は接続電線２５を介してタングステン電極２０に接続されている。タングステン電極２０は、ロッド２２に対して負に充電され、タングステン電極の熱の吸収と浸食率を阻止している。このような極性にすると、ロッド２２からの材料除去率がタングステン電極２０の１００−１０００倍大きくなる。
【０００８】
動作中、ＤＣ電源２４は、付勢され、タングステン電極２０とロッド２２との間に連続的な低電力アーク放電を発生させる。このアーク放電はロッド２２を融除するよりも浸食する。このように生成された材料は、アーク放電の近傍から不活性ガス２１の流れによって運び去られ、アルゴン、ヘリウム、および酸素などの急速冷却および／または反応ガスの中に注入され、ナノ粉末を形成する。
【０００９】
上記より、移行性アーク工程の動作中の材料除去、または軸状銃工程は一次的には単一電極からのものであることが容易に明らかになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の新規な側面および特徴が添付の請求の範囲に規定される一方、本発明の原理、例示的な実施形態、および好ましい使用様態は、次の諸図面に関る好ましい実施形態の説明を参照することにより最もよく理解される。
【００１１】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
次の用語は、小文字、大文字にかかわらずこの明細書中で、使用されるときには、下記の定義を持つものとする。
【００１２】
“融除”とは、高流速度によってもたらされる熱伝達と機械的せん断とを組み合わせた効果による前駆材料の本体からの材料除去を意味するものとする。
【００１３】
“浸食”とは、放電が表面に執着する場合に起きるような、局部的熱伝達による前駆材料の本体からの材料除去を意味するものとする。
【００１４】
“軸状銃”とは、パルス電力電熱銃を意味するものとし、ここでは、銃尾電極と銃口電極が前駆材料で構成され、孔付きバレルで分離されている。
【００１５】
“放射状銃”とは、パルス電力電熱銃を意味するものとし、ここでは、銃の二つの対向電極が融除される前駆材料で構成されており、これら電極はガス雰囲気中で互いにほぼ軸上に配列されている。“放射状銃”という用語は、便宜のために用いられ、本発明を何ら限定しようとするものではない。
【００１６】
“ナノ粉末”とは、一次的にはナノ粒子から構成されるナノ材料を意味し、そのサイズが１から５００ナノメートル（ｎｍ）のものをいう。
【００１７】
図３を参照するに、本発明による放射状銃３０が図示されており、ここでは、ナノ粉末の生成が最大になるように陽極３１と陰極３２（おのおのは前駆材料から平等断面に形成されている）は互いに間隔を持って、ほぼ軸上に配列されている。電極組成物は通常、生成されるナノ粉末の金属であり、例えば、これらに限らないが、アルミニウム、タンタリウム、チタニウム、またはジルコニウムである。ナノ粉末自体は金属、例えば、これらに限らないが、アルミニウムまたは銅、または酸化物、例えば、Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＯ２；窒化物、例えば、ＴｉＮ、ＺｒＮ、またはＴａ２Ｎ；または他の金属と金属化合物でありうる。Ｗｅｉｈｕａ  Ｊｉａｎｇ  およびＫｉｙｏｓｈｉ  Ｙａｔｓｕｉによるプラズマ科学に関するＩＥＥＥ会報“Ｐｕｌｓｅｄ  Ｗｉｒｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｆｏｒ  Ｎａｎｏｓｉｚｅ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（ナノサイズ粉末合成用パルス電線放電）２６巻、５番１４９８−１５０１ページ（１９９８年１０月）”なる記事を参照いただきたい。
【００１８】
陰極３２は、電線３３を介してパルス電源３４の負端子に接続されている。その正端子は、電線３５を介して陽極３１に接続されている。パルス電源３４は、多数の公知の製造者の任意のものから提示され注文される公知の設計（生成される材料と材料寸法によって変化する）の任意のものでよい。パルス電源３４を除き、放射状銃３０は、米国特許第５，５１４，３４９号で開示されたようなチャンバまたは反応容器の中に含まれる必要はない。反応容器は、例えば、これらに限らないが、アルゴン、窒素、酸素、またはこれらの組合せを含む不活性ガスおよび／または反応ガスで満たされる。ガス雰囲気の選択は、所望のナノ粉末に依存し、ガスの効果は、大電力パルス放電により陽極３１と陰極３２との間に形成されるプラズマの膨張率・急速冷却率の制御をすることにある。
【００１９】
動作中、パルス電源３４は、陰極３２と陽極３１間の大電力パルス放電３６を発生させるべく付勢される。本発明に対しては、電極への接続は、工程に影響を与えることなく極性を容易に反転させることができる。この放電からのエネルギは、両電極からの材料を溶融、蒸発、イオン化し、高温（５０，０００°Ｋのオーダの）、高密度プラズマを形成し、パルス電源からの放電を維持し続ける。これらの電極のもたらす組合せの物理的軸方向閉じ込めと、放電の短時間パルスがもたらす慣性閉じ込めによって、プラズマ温度とプラズマ密度を他のナノ粉末生成工程または装置によって通常得られないような高さに上げるように作用する。電極はプラズマの軸方向への膨張を妨げるので、膨張は一次的には図３の矢印３７と３８で示すような半径方向に起こる。プラズマが膨張するにつれて、電極から材料が追加的に融除される。この追加的な材料はまた、プラズマ全体に寄与し、電極間の放電の維持を助ける。膨張するプラズマは、超音速で放射状銃の境界領域を強行突破する。プラズマは引き膨張し、チャンバ・ガスと混ざり合い、１０６°Ｋ／秒のオーダの割合で急速冷却し、ナノ粉末を形成する。周囲ガスに依存して、このプラズマはまた、ガス雰囲気とも反応し、急速冷却の過程において種々の化合物を生成する。
【００２０】
大電力放電をさせるごとに、パルス電源３４は再付勢される。さらに、ナノ粉末が電極間における一回以上の大電力パルス放電から生成された後、陽極３１と陰極３２は、生成率を維持するために必要なだけ相互に調整される。電極を囲むガスは、反応容器内の雰囲気を維持するのに必要なだけ補充される。
【００２１】
本発明によって生成されるプラズマは、所望のナノ粉末を生成するために周囲のガス雰囲気によって急速冷却される必要、または周囲のガス雰囲気と反応する必要があるだけであるから、上述の工程が反応容器またはチャンバがなくても起こりうることが理解されよう。
【００２２】
【表１】
2005530040.tif 000003
【００２３】
上の表Ｉにおいて、同じナノ粉末合成装置の電極間の相対除去率を示す。表１は合成装置間の比較を示すためのものではない。
【００２４】
表Ｉを参照するに、放射状銃の二つの電極のおのおのは、融除材料の供給源として殆ど等しく作用することが分かる。これに対し、軸状銃と移行性アーク合成装置の両方は、ナノ粉末の生成に実質的レベルで寄与する電極を一つしか有していない。
【００２５】
移行性アーク工程と放射状銃との間で容易に分かる差異は、（１）極性反転は、放射状銃においては殆ど影響がない、というのは、浸食によっておこる電極材料除去は、融除からの材料除去に比べて無視できるからである；（２）放射状銃における材料除去は、単一電極というよりは二電極で起こる；（３）放射状銃には電極浸食から保護する不活性ガス遮蔽の必要がない；（４）放射状銃の電源は連続ではなくパルスである。
【００２６】
放射状電熱銃はまた、ナノ粉末を生成するについて、移行性アーク工程に比べて次の追加的な利点を提供する。
【００２７】
ｉ．放射状電熱銃では１０６−１０８°ケルビン／秒の急速冷却率の増加（移行性アーク工程で使用される強制対流急速冷却での１０４°ケルビン／秒に比べて）によって、より高いエアロゾル密度で、より小粒のナノ粉末を合成することができる；
ｉｉ．より均一な時間温度ナノ粒子合成、すなわち、核生成と成長、放射状銃によってより均一なナノ粒子サイズをもたらす過程が提供される；
ｉｉｉ．放射状銃中で起こるプラズマ温度の増加によって、非常に高い溶融温度と蒸発点を持つ材料からのナノ粉末の合成が可能になる；
ｉｖ．同じ量のナノ粉末を生成するのに少ないエネルギしか必要としない、というのは、パルス放電は短い期間で起こるので、熱拡散のための十分な時間を与えないからである。結論として、周囲環境に対する熱（エネルギ）損失が殆どない；および、
ｖ．放射状銃を使うと、ナノ粉末の集塊が低下する。
【００２８】
ｖｉ．放射状銃の陰極も陽極も両方とも前駆材料または融除材料からできているので、電極からの汚染は発生しない。タングステン電極からくる汚染は移行性アーク工程に特有である。
【００２９】
放射状電熱銃は、ナノ粉末を合成することに関して、軸状電熱銃に比して次の諸点を含む利点を提供する。
【００３０】
ｉ．唯一の物理的閉じ込めが電極からもたらされるので高圧シールが必要でなくなる；
ｉｉ．絶縁孔が必要でなくなる。したがって、ナノ粉末の生成における主要原価と不純物の源が除去される。
【００３１】
ｉｉｉ．電極の直径を機械加工の必要のない大きさにできるので、さらに原価低減になる；そして、
ｖｉ．電極の殆どが消費される。
【００３２】
本発明の放射状銃、および先行技術の軸状銃および移行性アーク工程間の比較を下表ＩＩに示す。
【００３３】
【表２】
2005530040.tif 000004
【００３４】
図３の放射状銃の実施形態は、原価と効率の本質的な改善を提供する。しかしながら、大電力（メガワット）の放射状銃の放電が電極中心以外のところで時々発生するかもしれない。この場合、アーク抵抗が減り、与えられたアーク電流に対してアーク放電に加わるエネルギは少なくなる。結果としてのプラズマは、これがない場合のプラズマより低温および／または低密度となり、生成率は低下し、生成材料は、不均一な品質となる。この問題の解決策は、図４の放射状銃の実施形態により提供される。
【００３５】
図４を参照するに、本発明の代替的な実施形態が図示されており、ここでは、第一合成電極４０は、広径環状融除体４２内に挿入された固体陽極４１で構成されている。陽極４１は、環状融除体４２から環状絶縁体４３によって電気的に絶縁されている。同様にして、第二合成電極４６は、広径環状融除体４８内に挿入された固体陰極４７で構成されている。前述したように、陰極４７は、前記環状融除体４８から環状絶縁体４９によって電気的に絶縁されている。
【００３６】
陽極４１は、電線５０によって、大電力パルス電源５１の正端子に電気的に接続されており、その負端子は、電線５２によって陰極４７に電気的に接続されている。合成電極４０と４６は、軸上距離５３によって隔てられている。
【００３７】
陽極４１、陰極４７、環状融除体４２、および環状融除体４８は、同じ材料であってもよい。環状融除体４２と４８もまた、陽極４１と陰極４７の材料と異なってもよく、非導電体であってさえもよい。というのは、その目的は、プラズマの軸方向の物理的な閉じ込めを提供するにあり、かつ融除されることにあるからである。環状融除体４２と４８が非導電体の場合、融除体と電極間に環状絶縁体は不要となる。
【００３８】
図４に図示のとおり、固体陽極４１と固体陰極４７は円形の断面を持つ。これらの電極は、アルミニウム、銅、または鉄を含む、しかしこれらに限らない金属で構成されてもよい。環状融除体４２と４８は、中空であり、電極と同じ材料でもよく、また非導電材料でもよい。環状絶縁体４３と４９はそれぞれ、陽極４１と陰極４７を環状融除体４２と４８から電気的に絶縁する。
【００３９】
動作中、パルス電源５１は、陰極４７と陽極４１間に大電力パルス放電を起こすべく付勢する。この放電アークは、導体である陰極と陽極に取り付く。陰極４７と陽極４１はそれぞれ合成電極４６と４０の中心に位置しているので、かつ陰極と陽極の直径より大きな直径を有する特徴があるので、その放電は、図３の放射状銃実施形態における同径の陽陰極によってもたらされるよりもさらに著しく、合成電極の中心に物理的に閉じ込められているということができる。合成電極４０と４６の構造はこのため、放電アークが陽極４１と陰極４７両方のチップ・エリアに取り付く可能性を劇的に増加させる。この追加的な放電の閉じ込めは、陽極４１、陰極４７、および二つの環状融除体４２と４８から融除された材料の溶融、蒸発、およびイオン化のためのエネルギを増す。さらに、合成電極４０と４６は、プラズマの軸方向膨張を防ぎ、パルス放電によりもたらされた慣性閉じ込めは、図４の矢印５４と５５で示すような半径方向に外向きのプラズマの膨張を阻止する。このようにして、高温、高密度のプラズマが形成される。陽極４１、陰極４７および環状融除体４２と４８の融除は、プラズマの半径方向で外方向の高速放出によって、上の図３で図示した実施形態の放電に対する割合よりも高い割合でナノ粉末を生成する。さらに、融除された材料は、放射状銃からプラズマによって超音速で強制放出されて、反応容器内の周囲ガスにより急冷および／または周囲ガスと急反応して、ナノ粉末を生成する。
【００４０】
詳細に亘ってこの発明の好ましい実施形態を開示したが、さまざまな代替、変更、変化が、請求の範囲で規定するような本発明の精神と範囲から逸脱することなく実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、先行技術による軸状電熱銃の図であり、銃尾電極、銃口電極および空洞孔を含む。
【図２】図２は、先行技術による移行性アーク放電工程の図であり、前駆材料で構成された陽極に対して負に帯電したタングスタン電極を含む。
【図３】図３は、本発明による放射状電熱銃の図で、その中では、銃の陽極と陰極はおのおの前駆材料で構成されており、互いに対して間隔をもってほぼ軸上に配列されている。
【図４】図４は、本発明の代替的な実施形態の図であり、その中では、陽極と陰極が融除体内に配置され、絶縁物によって融除電極から分離されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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