技术进展始终促进对于在加工参数受到严格限差的情况下加工而成的 先进材料的需求。特别是，各种新产物的研制，诸如一些具有微型化部件 的产物，已经形成了对于用在先进加工方法中的许多类型的新材料，尤其 是先进的无机材料的需求。为迎合某些这类需求，多种多样的化学粉末可 用在许多不同的加工范畴内。具体地说，在应用各种超细粉末方面具有相 当大的兴趣，这些粉末对于包括各种微小组织或各种大的表面积材料在内 的多种应用场合是特别有利的。这种对于超细化学粉末的需求已经导致开 发一些精细的工艺，诸如激光热解，用于这些粉末的生成。
陶瓷粉末，尤其是包括金属或硅化合物的粉末，对于多种不同的应用 场合都是很有意义的。例如，化学粉末可用于电子装置的生成中，诸如电 池、催化剂、电阻器、电容器、电感器和晶体管，以及光学装置，诸如波 导管、光开关和非线性光学装置。其它专门的电子装置包括电子显示器， 往往使用含磷材料，可回应于与电子的相互作用而发出可见光。同样，陶 瓷粉末可用在微电子装置内的涂层或电磁屏蔽涂层的生成中。采用化学粉 末于多种应用场合要求专门的加工方法，以便为一定应用场合以适当的方 式安放粉末。超细粉末可有利地用于许多这种应用场合。
各个应用场合中粉末的性能一般取决于以下五项因素中的一项或多 项，即1)化学合成物，2)结晶相，3)表面特性，4)平均粒径，以及5)粒径分 布。例如，取决于电放射颗粒特性的锂离子电池阴极中电放射化合物的主 要特性状态可包括，例如，电压分布图、充电和放电电容、充电和放电速 度，以及功率容量。
快速材料合成法或组合式方法已经在有机化合物鉴定领域取得成功。 这些工艺技术已经用于药物设计。组合式技术的推广已经导致一些固态反 应方法用于生成小量供鉴定用的无机材料。

第一方面，本发明涉及一种方法，其用于采用一种包括多个收集器的 装置来获得多批合成物。该方法包括第一批各种液体反应剂的反应以形成 第一批合成物产物。第一批合成物产物采用第一收集器予以收集。随在完 成第一批合成物产物的收集之后，第二批各种液体反应剂发生反应以形成 第二批合成物产物，第二批合成物产物显著地不同于第一批合成物产物。 第二批合成物产物采用第二收集器予以收集。
另一方面，本发明涉及一种装置，其包括：连接于反应剂源的喷嘴； 以及多个收集器。该喷嘴和多个收集器彼此相对移动，从而收集器可任由 选择地予以安放以接纳从喷嘴流出的液流。每一收集器包括气体可渗透膜。
又一方面，本发明涉及一种装置，其包括：连接于反应剂源的喷嘴、 多个收集器和在从喷嘴流出的液流内的合成物产物。该喷嘴和多个收集器 可彼此相对移动，从而收集器可任由选择地予以安放以接纳液流。
再一方面，本发明涉及一种方法，其用于快速鉴定颗粒的特性。该方 法包括收集多批量的颗粒，其中每一批的颗粒采用一单独的包括气体可渗 透膜的颗粒收集器予以收集。该方法还包括在颗粒接触气体可渗透膜的情 况下鉴定每一批颗粒的特性。
此外，本发明涉及一种方法，其用于获得一种多合成物的混合物。该 方法包括：第一批各种液体反应剂的反应以形成第一批合成物产物。第一 批合成物产物采用收集器予以收集。随在完成第一批合成物产物的收集之 后，第二批各种液体反应剂发生反应以形成第二批合成物产物，第二批合 成物产物显著地不同于第一批合成物产物。第二批合成物产物采用收集器 予以收集。
附图说明
图1是一方框图，概略表明在此所述组合式合成方法；
图2是一种装置的示意图，该装置采用自动系统来协调各反应剂脉冲、 辐射以及收集器相对于反应剂喷嘴的各位置，从而进行多种合成物的合成；
图3是一种装置的布局示意图，该装置用于进行具有各液流反应的组 合式化学合成；
图4是一种装置实施例的布局示意图，该实施例具有安装在用于进出 收集器的轨道上的反应剂发送喷嘴，用于进行组合式化学合成；
图5是入口喷嘴的剖视图，横截面是沿喷嘴宽度通过其中心切取的；
图6是图5的入口喷嘴的剖视图，横截面是沿着喷嘴宽度通过其中心 切取的；
图7是在接近大气压力下工作的收集器装置的局部透视图，其中被遮 蔽的结构以虚线示出；
图8是在多个收集器连接于泵机管汇的情况下收集器装置的示意性侧 视图；
图9是带有可移动的过滤垫的收集器装置的另一实施例的示意性视图；
图10是过滤垫的顶视图，带有等同于用于特定化合物的收集器的区域；
图11是带有收集器的合成系统的示意性剖开侧视图，该收集器具有闭 锁腔室，以装入和卸除收集器，而不干扰保持在非大气压力下的合成系统；
图12是收集器的示意性剖视图，该收集器用于收集运动液流中的颗粒， 其中剖面是通过装置切取的，以露出收集器内的细节；
图13是收集器的侧视图，该收集器是设计用来保证在受控环境中的热 加工；
图14是阵列收集器的底视图，带有用于合成以及添加辅助化合物于被 收集的合成物的喷嘴；
图15是并列的加工过程的示意图，该过程用于测定合成物样本的电放 射特性；
图16是构造得用于各种光学测量的收集器的示意图，其中被遮蔽的孔 口和泵机的连接装置以虚线示出；
图17是参数空间区域的示意图，该区域与有待在一个单独的组合式合 成进程中查明的两项参数有关；
图18是要在组合式合成进程中查明的两项参数的扩充区域的示意图；
图19是要在组合式合成进程中予以改变的一个单独反应参数的示意 图。

组合式化学合成，亦即快速材料合成方法，已经研究出来用于利用液 流内的各种反应来生成多种可测定的量的各种化学合成物。颗粒生成装置 包括多个收集器，用于分别收集各批具有显著不同特征的化学粉末。具有 显著不同特征的颗粒是通过在各不同时刻改变反应参数而制成的。因而， 顺序地生成出不同批颗粒并分别地收集在不同收集器中。在优选实施例中， 颗粒是在不需要使颗粒离开颗粒收集器的情况下来鉴定的。
参照图1，示出在此所述的组合式合成方法的方框图。过程50以液态 形式组合52可变混合比的反应剂。然后，各液态反应剂在可变范围的反应 条件下的反应区域内发生反应54。各种反应生成56带有可变范围的属性的 各种合成物。在选定的各种反应条件下以选定的各反应剂混合比生成的一 种特定的合成物被收集58在特定的收集器中。生成和收集各特定合成物的 过程以另一选定的反应剂混合比和/或在另外一些选定的反应条件下予以重 复60。合成过程不断重复，直至规定数量的样本分别被收集为止。各样本 加以鉴定62以便确定地生成出带有所需特征的各种合成物。
有关的装置具有各液态反应剂源和带有多个颗粒收集器的收集器系 统。各液态反应剂在液流中发生反应以在液流中生成颗粒。一般，各液态 反应剂通过喷嘴予以供应。液体可包括气体和/或悬浮微粒。喷嘴和颗粒收 集器阵列优选是可彼此相对移动，从而具有显著不同性质的微粒可顺序生 成并分别收集起来供分析之用。化学颗粒随后可针对所关注的各种性质来 鉴定。
反应剂液流的力量可把各反应剂推送到反应区域，而余留的动量把合 成物产物携带到收集器。因此，并不需要反应室以限定反应。不过，在优 选实施例中，液流的反应发生在反应室内。该反应室可与外部环境封隔， 而泵机可用于保持各液态反应剂流过腔室。在另外一些实施例中，反应室 大致上是在大气压力下，而反应剂喷注可保持液体流向收集器。喷嘴、收 集器或二者一起可相对于反应室移动以任由选择地收集各种批量的产物颗 粒。
此外，在优选实施例中，颗粒收集器包括气体可渗透膜，起到相分离 器的作用，把各种化学合成物，优选的是各种固态颗粒，从液流中除去。 液体或固体亦即颗粒状的合成物产物可采用适当设计的收集器予以收集。 在某些实施例中，气体从入口喷嘴经过气体可渗透膜流动。这些膜可任由 选择地或个别地连接于保持经过所选定收集器的流动的泵机上，或每一膜 可连接于单独的泵机。
化学反应可基于多种液流反应方法。特别是，反应可基于电磁能(亦即， 激光)热解、火焰合成、自发化学反应、热力热解和电弧热解之上。所有这 些方法都涉及液态反应剂的流动，这些反应剂一旦反应即在液流内生成颗 粒。颗粒收集器从液流中收取颗粒。
为了生成高度均匀的颗粒，激光热解是一种优选的合成方法，由于非 常良好确定的反应区域可导致高度均匀的产物。在激光热解中，反应区域 内的各种条件受到聚焦电磁辐射的强烈作用。反应区域内的各种条件是高 度一致的，而且各种反应条件是高度可调的。采用激光热解，反应不依赖 于放热性或反应的其它方面以激发反应并保持反应区域内的各种条件。因 而，各种反应条件可仔细地予以控制以选定产物材料性质，诸如平均粒径、 粒径分布和晶相。
在激光热解中，聚焦的一束电磁辐射受导引而通过反应室以激发反应 和产物颗粒的生成。聚焦的能量束造成良好形成的反应区域，而产物颗粒 一旦离开反应区域即迅速受到抑制。反应剂液流包括一种或多种气态或悬 浮微粒反应剂前体，向合成物产物提供原子。反应剂液流可包括其它各合 成物，诸如各种能量吸收剂、溶剂和惰性气体缓和剂。
多个颗粒收集器用以分别收集具有各显著不同特性的各批颗粒。
颗粒收集器用作相分离器，从而产物颗粒从液流中被除取。在优选实 施例中，收集器包括气体可渗透膜，从而颗粒被捕获在膜中而气体通过膜。 如果反应室与外部环境封隔起来，装置则构造得通过特定的颗粒收集器的 膜来泵吸腔室以便在特定收集器中在特定时刻下收集所需的产物颗粒。
因而，多批颗粒被顺序收集起来，而至少顺序收集起来的某几批具有 与其它分别收集起来的各批颗粒显著不同的特征。除了顺序收集之外，多 批颗粒可采用多个反应剂喷嘴来并行收集。在某些实施例中，液流控制可 用于把产物颗粒送向选定的收集器而不需实际上移动各反应剂入口或颗粒 收集器。另外，为了顺序收集多批不同的颗粒，反应剂喷嘴和收集器彼此 相对移动。为了形成相对运动，喷嘴可相对于反应室或安装架予以固定， 而收集器相对于反应室移动，或者收集器可相对于反应室予以固定，而喷 嘴相对于反应室移动，或者喷嘴和收集器二者都可相对于反应室移动。
在收集一批产物颗粒与接续的一批产物颗粒之间，材料反应参数改变， 从而接续和分别收集的颗粒是显著不同的。材料反应参数包括例如反应剂 合成物、反应剂通量、惰性稀释剂浓度、反应压力、温度、辐射波长和辐 射强度。在反应参数在初始一组数值与各新的数值之间变动的过渡时期期 间生成的任何颗粒可任由选择地被送向废品收集器。
随在收集特定一批颗粒之后，颗粒可任由选择地经受附加的加工，以 及/或者颗粒特性接受鉴定。在某些实施例中，颗粒鉴定和任何附加的加工 都是在颗粒不从收集器分离开来的情况下进行的。不过，收集器可从反应 室挪开以进行附加的加工和/或颗粒鉴定而颗粒不从收集器膜片分离开来。 虽然可能希望在不从收集器膜片除去颗粒的情况下进行至少一次初始鉴 定，但那些具有基于局部鉴定的各种所需性质的样本可从收集器除去而用 于更为彻底的鉴定。此外，在某些实施例中，样本可任由选择地采用一种 自动装置高效和系统地予以处理以脱除、任由选择地加工和鉴定各种产物。
如果颗粒另外予以加工和/或在收集器中来鉴定，大量样本可高效和迅 速地予以应付。如果颗粒留在合成装置中，合成装置可调配得并行地加工 这些样本，而在合成继续的同时可能从事某些控制。另外，整组收集器可 调动而用于进一步地优选是并行地加工。市场上有售的化学样本收集器、 自动配料装置、自动装置等等可调配得用于平行地加工样本。另外的加工 可包括例如在某一惰性或反应环境中的热处理和/或将一些合成物与附加的 一些合成物组合起来。材料初始鉴定的适当特性包括例如X射线衍射晶体 结构、表面面积(如，BET表面面积)、光谱特性、电子特性、磁特性，以及 化学组成。
采用在此所述的组合式化学合成方法，可制备和鉴定很大数量的样本 以优选各反应参数而取得所需的产物颗粒特征。一个或多个反应参数可在 特定进程期间系统地予以改变以收集多批一组的产物颗粒。基于在一次进 程中生成的颗粒的颗粒特征鉴定，可实现参数变更的多次重复以便在反应 参数的非常具体范围内取得高度优化的颗粒。这些特性和颗粒可构成按比 例增大的基础以生成大量上市材料。
优选的产物颗粒是固态无机颗粒。这种产物颗粒可包括例如元素金属、 合金、元素碳，以及金属/准金属化合物，诸如金属/准金属氧化物、金属/ 准金属氮化物、金属/准金属碳化物、金属/准金属硫化物，以及其各种组合。 准金属是这样一些元素，它们具有居中于金属与准金属之间的或包括二者 在内的各种化学性质。准金属元素包括硅、硼、砷、锑和碲。这些颗粒可 用在多种应用场合之下，诸如，电子装置制作、表面抛光和各种涂敷。 颗粒生成
组合式合成方法在此涉及各种液体反应剂，它们发生反应以在液流内 形成产物颗粒。颗粒收集器起到相分离器的作用，从液流中脱除至少大部 分颗粒。多批颗粒顺序地生成，其中分别收集的各批颗粒具有与一批或多 批其它分别收集的产物颗粒显著不同的特征。各批量颗粒采用不同的颗粒 收集器分别地予以收集。
通过在液流内形成产物，产物颗粒制成得通常作为一种粉末而被收集 起来。收集到的颗粒数量取决于生成速度和分配给收集具有某一具体特征 的颗粒的时间。特别是，已经研制出高效的激光热解装置以量级为每小时 一公斤的速度来生成化学粉末。请见例如授予Bi等人的美国专利5958348， 题为“通过化学反应高效生成颗粒”，在此引入作为参考。既然组合式化学 合成并不必需特大的生成速度，所以以每小时10克的量级容易取得的中度 激光热解生成速度可用于在十小时期间取得100个1克的样本或在十小时 期间取得1000个0.1克的样本。对于多数分析技术来说，微小样本是足够 的。如果更加微小的样本也是足够的，则在给定时期内可生成更多的样本。
因而，采用一种液流反应方法与薄层方法对比在于，可高效地生成较 大的样本，而且产物颗粒可具备另外一些特性，诸如可供检验其效应的粒 径、形状和尺寸分布。此外，激光热解和其它聚焦能量合成方法由于材料 的快速抑制而可产生准稳态的相。如果需要，准稳态的合成物可采用随后 的热处理予以回火。相反，薄层固相组合式合成方法在授予Schultz等人的 美国专利5985356中描述，题为“新型材料的组合式合成”，在此引入作为 参考。在该薄膜固相反应方法中，产物在固相反应中生成以在基底上的隔 绝位置处生成平衡产物。
液流合成方法的另一优点是，合成物产物是脱离开收集器而制成的， 从而各种合成物与取集器之间通常不发生紧密联系。因此，各种合成物产 物可与收集器分离开来并安放得接触适当的基底，以便进一步加工和/或进 行分析。例如，产物可放置得接触Al2O3舟皿用于在高达摄氏一千度下作加 工，或接触石墨舟皿用于在更高温度下作加工。同样，产物颗粒可传送到 各基底，用于传输电子显微分析或X射线衍射分析。
在此所述的液流反应方法中，一种或多种反应剂作为液流内的气体、 蒸汽和/或悬浮微粒予以提供。适当的反应剂供给那些一旦在液流中反应即 形成为合成物产物的原子。如果有单独的反应剂，则反应产物得自反应剂 的分解、裂解和重整。如果有多种反应剂，则每一反应剂提供一个或多个 原子给合成物产物。液流可包括其它的蒸汽、气态或悬浮微粒化合物，用 作氧化剂、还原剂、载气、辐射吸收化合物、反应引发剂、催化剂、稀释 剂/缓和剂等。反应剂液流内的某些化合物可具有多种不同的功能。
适当的氧化剂包括例如O2、O3和CO。分子氧可作为空气予以供应。 适当的还原剂包括例如氨、H2和烃。惰性载气包括(例如)氩、氦和N2。某 它官能气体也可用作载气。适当的辐射吸收化合物取决于辐射频率。对于 由CO2激光提供的红外辐射，C2H4是适当的辐射吸收气体。反应引发剂包 括适当的强反应物质，而某些氧化剂和/或还原剂可起到反应引发剂的作用。 多种材料可起到催化剂的作用，包括金属颗粒和金属氧化物颗粒。催化剂 可供应在反应剂液流中或随同所需的产物颗粒一起就地生成。惰性气体也 可用作反应缓和剂或稀释剂以减小反应的强度和速度并调整产物颗粒特 征。
适当的组合式反应系统可在大气压力下工作而带有或不带有反应室来 隔离合成反应。在优选实施例中，连接于收集装置的泵机用以维持反应室 内的液流，该室是与外部环境封隔起来的。虽然反应室一般是在低于大气 压力的压力下工作的，但高于大气压力的压力也可用于某些合成方法。在 这些实施例中，颗粒收集器优选包括气体可渗透膜片，隔开反应室和泵机， 从而泵机通过该气体可渗透膜片来维持液流。在另外一些实施例中，反应 室是在接近大气压力下工作的，不带泵机，在泵机中处于压力下的反应剂 注入形成了经过系统的液流。
本组合式合成方法可与任何流动液体反应系统一起使用。适当的反应 系统可基于(例如)自发化学反应、火焰合成、热力热解、电弧热解，以及电 磁能量(激光)热解。
在自发化学反应中，反应剂混合在反应室内，优选是通过两或多个装 在喷嘴上的反应剂入口，从而从每一喷嘴流出的液体反应剂随着它们形成 通过反应室的反应剂液流而混合在反应室内。反应剂选定得从而一旦各反 应剂混合起来即发生自发反应。当然，在送入反应室之前的部分反应剂混 合，如果存在三种或多种反应剂，可用在某些情况之下。为获得一致的反 应条件，自发反应优选不太激烈或用惰性气体适当地予以缓和。由于反应 剂是自发反应的，所以混合各种成分直接导致生成产物颗粒的反应。反应 区域一般不是明确确定的，由于这些反应剂的量随着发生反应和各反应剂 总量减少而改变。
火焰合成类似于自发化学反应，除了启动屏障妨碍反应的自然触发之 外。能源用以触发反应。在该方法中，反应是充分放热的，从而一旦反应 开始，反应即作为一种链式反应持续下去。为了触发反应，可采用多种能 源，诸如热、电磁辐射、电弧、以及/或者电子束。同样，化学物种(诸如， 强反应化学物种或催化剂)可用于触发反应。触发性化学物种最初可与各反 应剂之一混合，或者在保护气内混合。一般，在火焰合成的情况下，各反 应剂在反应室内混合以避免损害装置和爆炸的风险，即使原则上反应可足 够成功地予以控制而防止反应沿着反应剂液流传播到反应剂喷嘴里去。
在热力热解中，反应可能不供给足够的能量来维持反应。因而，热量 不断地被供给以激发反应。由于各反应剂是流动着的，所以不希望从受热 的反应器各壁板上供给热量，因为以一种惰性气体把热量传递到反应器中 心效率甚低，而且在壁板处触发反应会导致产物颗粒积累在反应器壁板上。 不过，各反应剂本身可被加热，如果它们是在反应器内混合的。或者，惰 性保护气可被加热以向反应剂传送热解。惰性保护气优选是围绕反应剂液 流予以传送，以便合理有效地传递能量。
代替采用热量来维持化学反应，可采用另一种能源，诸如电弧。电弧 一般是在反应剂液流内或其附近予以供应。同样，电磁辐射可用作能源。 电磁辐射可是经过聚焦的或未经聚焦的。在未经聚焦的辐射的情况下，反 应可发生在遍及反应喷嘴与收集器之间的液流中。如果提供反应室，电磁 辐射可充满反应室，而且可以或不必限制在反应室的范围内。适当的未经 聚焦辐射可是在电磁谱的任一部位处，例如包括，超高频、射频、微波、 红外、可见、紫外和X射线处。
聚焦电磁辐射一般关系于覆盖微波、红外、可见和紫外诸波长的光频。 聚焦辐射可用于形成明确确定的反应区域，从而所有的反应都有效地发生 在该反应区域内。反应区域是由聚焦的能量束与反应剂液流的交会处确定 的，虽然反应区域的范围可能并不准确地对应于辐射与反应剂液流的交会 处。明确确定的反应区域的好处是，产物颗粒比较均匀，因为反应条件对 于不同的产物颗粒来说是比较等同的。产物颗粒在离开反应区域时被迅速 冷却。以下予以进一步说明采用聚焦辐射(诸如，激光束)生成的颗粒质量。
激光热解是生成高度均匀颗粒的优选方法。反应条件决定了通过激光 热解生成的颗粒的质量。激光热解的反应条件可比较精确地予以控制以便 生成具有所需特性的颗粒。反应区域中气体的加热可极为迅速，取决于具 体条件大略在105摄氏度/秒的量级上。反应在离开反应区域时迅速抑制， 而颗粒制成在反应剂/产物流注中。过程的非平衡本质为以高度均匀的尺寸 分布和结构一致性生成毫微颗粒创造了条件。
液流反应导致形成一种化学颗粒，一般是超细固态颗粒。产物颗粒可 作为与反应器材料不紧密相关的粉末而予以收集。用于粉末收集的适当的 收集器可包括粉末可收集在其上面的气体可渗透膜片。另外，收集器可包 括颗粒埋置在其中的粘接剂或其它材料。同样，颗粒可收集在一种液剂中 以直接形成溶液或悬浮液。例如，颗粒流可穿越流动的液剂用于收集颗粒。 颗粒可与溶剂蒸气相伴而在使流动接触液剂流之前吸收或吸附颗粒表面上 的溶剂，以促进在液剂中的收集。
产物颗粒的特征显著地取决于各反应参数。因而，在生成不同批分别 收集的颗粒之间各反应参数的改变导致生成显著不同的各批分别收集的颗 粒。特别是，可生成带有不同形态的颗粒。同样，颗粒可是非晶形的和结 晶的。结晶的颗粒一般具有反映晶格的形状，虽然颗粒可具有与晶面无关 的粗糙形态。平均粒径的范围可是从几微米到若干毫微米。基于激发反应 的聚焦能量的方法趋向于生成非常均匀的微小颗粒，包括毫微颗粒在内。
一项重要的反应参数是反应剂液流的化学组成。特别是，反应剂的相 对量可系统地予以改变，以鉴定得出的产物颗粒的特性。此外，反应剂液 流内的非反应剂的相对量可类似地予以改变，以鉴定它们对产物颗粒特性 的影响。同样，辐射通量、温度和其它激活反应的各能量参数也可系统地 予以改变。
一般，反应条件进一步的特征在于：从反应剂入口到排放口通过系统 的液流特性。反应区域中的压力决定于反应剂注入速度和通过颗粒收集器 的流量。在某些实施例中，装置开通于外部环境。通过反应区域的流量此 时可能受到反应剂注入力量的影响。还有，收集器则可能包括从液流中沉 淀出来而进入适当容器中的产物颗粒。
虽然在某些实施例中液流是由注入的反应剂的力量来维持的，但在其 它实施例中，通过系统的流量是由收集器装置与排放口之间的泵机来控制 的。此时，装置一般包括与外部环境封隔起来的反应室。在这些实施例中， 每一收集器优选包括气体可渗透膜片，用作相分离器以从液流中分离固态 颗粒。换句话说，收集器优选是从液流中滤出一大部分颗粒。
除了在各个收集器中收集不同的颗粒之外，可在一个单独的收集器中 收集多种不同的合成物产物。因而，例如，电放射颗粒和导电颗粒可顺序 地生成和收集在一个单独的收集器中，从而备好混合物用于在电池电极中 从事测试而不添加更多的微粒。为了更好地混合合成物产物的组合物，多 种合成物产物的合成可在收集在一个单独的收集器内期间多次更迭。
合成过程优选是自动的，以协调反应剂液流、收集器、反应条件和任 何辐射，诸如激光束。这种自动化可用于控制在不同收集器中合成物产物 的分别收集，以及/或者用于在一个单独的收集器内多种合成物的收集。该 过程示意性示于图2中。
向反应区域发送反应剂的喷嘴70连接于多个反应剂源72。计算机/处 理器74控制反应剂液流的配时和大小。特别是，处理器74可用于开通和 关断液流以分隔不同合成物产物的产生。同样，当液流开通时，不同反应 剂的相对量可随需要调节。同样，激光或别的辐射源76可予以控制以产生 脉冲78。脉冲可针对系统中流动时间作出适当调节而予以配时，以吻合出 自喷嘴70的反应剂液流80的脉冲。反应剂和辐射脉冲可具有较短持续时 间，诸如0.1秒；具有较长持续时间，诸如几小时；或者具有中度持续时间。 反应剂脉冲一般在时间上充分地间隔开来，以避免在生成一种类型合成物 的合成过程中的不希望有的夹杂，即带有生成另一类型的合成物的反应剂。
同样，收集器82可与喷嘴70和辐射源76的动作相协调。如果所有不 同合成物放入一个单独的收集器中，该收集器则不作变更，除了可能通过 收集器控制泵送速度之外。如果多个收集器用以各自中收集一种或多种合 成物，则处理器74可用于基于有待收集的所需颗粒来协调收集器的选定。 如图2所示，收集系统84包括多个收集器84。每一收集器84包括过滤器 86或类似装置并连接于通向泵机的管汇88。在该实施例中，所选定的收集 器由电机90使之转动就位。一般，收集器与喷嘴的任何相对移动是在各反 应剂脉冲之间完成的。 液体合成装置
参照图3，示出用于从液流反应中生成多批产物颗粒的系统。系统100 包括反应剂发送装置102和收集器装置104。在优选实施例中，反应剂发送 装置102的反应剂入口相对于收集器装置104的颗粒收集器移动。系统100 可任由选择地包括反应室108，以围封液流反应和辐射源110。此外，系统 100优选是由处理器112予以控制。
反应剂发送装置102包括一个或多个反应剂源120，并可包括用于送入 反应剂液流的另外的其它合成物源122，诸如载气、惰性稀释剂和辐射吸收 剂。适当的合成物源取决于化合物的形式。气缸等可用于发送气态化合物。 挥发性液剂可通过使载气作泡状通过液剂容器而予以发送。挥发性固体可 通过使载气经过受热固体而予以发送。多种化合物在液剂被发送给悬浮微 粒发生器的场合下，可作为悬浮微粒送入反应剂液流。
反应剂发送装置102还包括带有一个或多个反应剂入口126的喷嘴124 或类似器件。多个反应剂入口特别需要用以在反应室内组合反应强烈的反 应剂。喷嘴124借助于一根或多根导管126连接于反应剂源120、122。如 果喷嘴124相对于反应剂源120、122活动，导管126应当是挠性的，从而 它们不会限制喷嘴124的活动。在优选实施例中，反应剂液流由一层惰性 保护气围绕，以协助限制反应剂液流的扩散。反应剂入口可延长以提供补 充的反应剂的通过量，而不需要可能产生不甚均匀的反应条件的很宽的反 应剂液流。特别是，入口的长度可是其宽度的至少大约两倍。
反应剂发送装置可包括另外一些喷嘴，用于同时生成各个反应剂液流。 为了防止与相关于各个喷嘴的各种反应相干涉，这些液流一般实际上保持 为分隔的以及由各保护气流分隔开来。为了避免与相关于不同喷嘴的各种 反应之间的干涉，实际上的分隔应当是很重要的。由于相关于各喷嘴的各 种反应是分隔的，所以使用多个喷嘴就等同于使用相应数量的分隔的反应 器，除了在某些情况下可高效利用空间和辐射之外。由于使用大量良好隔 离的喷嘴是不现实的，单独使用多个喷嘴与使用多个带有一个或多个喷嘴 的收集器相比，一般不会导致高效的组合式合成方法。
以上指出，在优选实施例中，喷嘴124相对于收集器是活动的。参照 图4中的一个优选实施例，活动的喷嘴130(诸如喷墨喷嘴)装在轨道132上。 喷嘴130通过由钢丝136连接于喷嘴130的机动滚轮134沿着轨道132而 移动。步进电机等可用于把喷嘴130定位在对准特定颗粒收集器的位置处。
喷嘴124可用于把气态或悬浮微粒合成物发送入反应剂液流中。悬浮 微粒一般包括微细的液态小滴或固态小粒，但不必带有载气。换句话说， 如在此所用，悬浮微粒包括带有微细小滴的液雾。制成适当的悬浮微粒发 生器可例如用超声喷嘴、用静电喷雾装置、用压力-流动或最简单的雾化器、 用起泡雾化器或用气体雾化器，其中液剂在很大压力下被迫通过微小孔眼 并由对撞气流使之分裂为颗粒。适当的超声喷嘴可包括压电发送器。用于 产生均匀悬浮微粒的适当雾化器包括一对孔眼内部混合雾化器，可从 Spraying Sytems公司(Wheaton，IL)购得。适当的悬浮微粒发生器还在同时待 审和共同受让的Gardner等人的美国专利申请系列第09/188670号中描述， 其题为“反应剂发送装置”，在此引入作为参考。
同样，液剂小滴或细雾可用喷墨式喷嘴或燃油喷注式喷嘴造成。喷墨 式喷嘴可(例如)通过热力式加热液剂以生成从喷嘴推出的泡沫而发挥作用。 或者，压电发送器用以从喷嘴推出微细小滴。在燃油喷注式喷嘴中，液剂 处在尖端后面的压力之下。尖端依靠电子控制使之打开以释放液剂的细雾。
悬浮微粒可直接地形成在通向反应区域的反应剂液流内，或者在用于 经由喷嘴124发送的反应剂发送装置102内。一般，在反应剂发送装置102 内生成悬浮微粒以便随后使用载气经由入口予以发送会保证生成比较均匀 的悬浮微粒，该点对于某些产物颗粒来说可能具有或不具有重要意义。
使用悬浮微粒可保证使用较宽范围的金属/准金属以及用于激光热解的 其它前体，而不是只适合于气态发送。因而，悬粒微粒发送优选用不太昂 贵的前体。采用悬浮微粒发送装置时，固态前体化合物可通过把化合物溶 解在溶剂中而予以发送。或者，粉末状前体化合物可分散在液剂/溶剂中用 于悬浮微粒发送。液剂前体化合物可作为悬浮微粒从纯液剂、多液剂悬浮 液或者液剂溶液中发送。悬浮微粒反应剂可用于获得相当大的反应剂通过 量。适当的溶剂包括：水、甲醇、乙醇、异丙醇、其它有机溶剂以及它们 的混合物。
如图5和6所示，入口喷嘴150在反应室108下表面152处与其连接。 入口喷嘴150包括平板154，用螺栓连接到下表面152内以固紧入口喷嘴 150。入口喷嘴150包括内喷嘴156和外喷嘴158。内喷嘴156优选在喷嘴 顶部具有一对孔眼内部混合雾化器160。合适的气体雾化器可购自Spraying Systems公司(Weaton，IL)。一对孔眼内部混合雾化器160呈扇形，以产生悬 浮微粒薄片和气态前体。液剂经由管筒162输入雾化器，而送入反应室的 气体经由管筒164输入雾化器。气体与液剂的相互作用有助于小滴构成。
外喷嘴158包括：腔室段166、漏斗段168和发送段170。腔室段166 固定内喷嘴156的雾化器。漏斗段168将悬浮微粒和气态前体引进发送段 170。发送段170通向矩形出口172，示于图5的插入部分。外喷嘴158包 括泄放管174，以排出任何聚集在外喷嘴中的液剂。外喷嘴158由外壁176 覆盖，外壁构成围绕出口172的保护气孔口178。惰性气体经由入口180送 入。
参照图3，收集装置包括多个颗粒收集器140。一般，每一收集器用以 收集在特定一组反应参数下生成的一批颗粒。因而，多个收集器140包括 在内，以在特定的一个单独的进程中收集所需数量的样本。如果收集器可 予以更换，而不干扰另一收集器中的颗粒收集过程，则收集器可逐步递增 地予以装满，从而收集过程可长时期地继续下去。
在一个实施例中，液流经由过滤器通向大气压力。颗粒收集器140包 括容器，在颗粒脱出液流时，颗粒聚集在容器内。对于这些实施例，可能 希望水平地导引反应剂液流。经过该系统的液流依靠注入的反应剂液流的 力来维持。用于该实施例的合适的收集器200示于图7。收集器200可以是 安放成收集沉积颗粒的微小杯器等。至每一收集器的流量是由分隔器202 分隔的。由过滤器204盖住的孔口保证了通风。产物颗粒沉积到收集器200 内，如果希望鉴定颗粒，后者可从收集器装置上脱开。
参照图3，在优选实施例中，反应装置100包括与外部环境封隔开来的 反应室108。一般，泵机144用以维持通过腔室142的流动。合适的泵机包 括：例如出自Busch，Inc.，Vingina Beach，VA的Busch Model B0024泵机，具 有大约每分钟25立方英尺(cfm)的泵送能力；以及出自Leybold Vacuum Products，Export，PA的Leybold Model SY300泵机，具有大约195cfm的泵送 能力。洗涤器或其它废气清除装置146可从泵机144连接于排气口。在适 中的生成速度下，液氮捕集器可用于废气消除。如果泵机用以维持腔室中 的压力，至特定收集器140的流动是通过把泵送力引向特定收集器140而 维持的。
在图8中所示的基于泵机的特定实施例中，多个收集器220连接于反 应室108的一个单独的出口222上。阀门224可用于控制进入每一收集器 220的流量。收集器220还连接于通向泵机144的泵机管汇226。阀门228 可用于控制收集器220与泵机管汇226的连通。可采用手动或自动阀门。 对于组合式合成工艺的自动化来说，自动阀门是优选的。过滤器230一般 位于通向阀门228的收集器220的端部处。平面、圆筒形和其它形状的过 滤器可用于促进所需量的颗粒的收集和收集到的材料的分析。过滤器可例 如由玻璃纤维、Nomex材料或编织金属制成。虽然在图8中示出三个收集 器220，但该实施例可设计得采用较大数量的收集器220，诸如至少大约十 个收集器。
一个或多个收集器可用作废料收集器。当条件在反应系统中正在稳定 时，液流被引向废料收集器。一般，条件稳定很快，从而并不需要废料收 集器，虽然采用废料收集器是一种确保收集较多的均匀颗粒的任选方案。
在优选实施例中，液流的引向特定收集器可通过相对于收集器移动喷 嘴将反应剂液流引向特定收集器而进一步予以促进。参照图4，多个收集器 236装在喷嘴130上方，后者可沿轨道132移动。每一收集器236连接于通 向泵机管汇240的阀门238。泵机管汇240通向泵机242。在该实施例中， 收集器236可包括带有过滤器的管件。该管件将液流从反应区域引向过滤 器。过滤器将颗粒从液流中分离出来进入泵机管汇240。该实施例设计得具 有两个或多个收集器并可设计得具有至少大约十个收集器，或者具有至少 大约二十个收集器，或者甚至具有至少大约五十个或更多收集器。如果图4 中的装置用于激光热解或其它聚焦辐射合成，则来自辐射源246的聚焦能 束244可平行于轨道132发出，从而能束244在喷嘴130的各个位置与反 应剂液流交汇。
在该实施例中，喷嘴130对准特定收集器236，以收集在特定一组反应 条件下生成的一批颗粒。反应剂液流和任何辐射在为合成特定颗粒所设定 的时间内都是开通的。在时间结束时，反应剂液流和辐射场优选关断，而 喷嘴130沿轨道132移动到对准于下一个收集器的位置，以收集一般在不 同反应参数下生成的另一批颗粒。然后，反应在相关于该收集器的特定反 应参数下重新触发。该过程继续下去，直到已经用过所需数量的收集器为 止。
喷嘴可用于在两维上移动，以进出一组两维的收集器。类似的两维轨 道可用于移动喷嘴。如果采用激光束或其它聚焦能量束，则安装在可沿激 光束移动的台子上的镜子可用于当喷嘴移动离开未偏移的激光光径时导引 激光束经过喷嘴。
另外或除了使用可动的喷嘴以外，收集器236可安装得相对于喷嘴130 移动。例如，收集器236可安装在类似于轨道132的轨道上，以相对于一 固定的喷嘴移动收集器236。在一个特定实施例中，一组两维的收集器安装 在轨道132上的喷嘴130的上方。喷嘴130在轨道132上的移动保证了一 排收集器236的使用。该组收集器沿轨道132正交于喷嘴130的移动而移 动，以使另一排收集器与喷嘴130对准。这样，这组收集器236一次使用 一排。或者，喷嘴可在两维上移动，以进出两维的收集器一组中的所有收 集器。该组收集器可包括：(例如)20乘20的收集器，总共400个收集器。 可随需要而采用多一些或少一些的收集器。
另一带有固定喷嘴和可动收集器的实施例示于图9中。固定喷嘴250 安装在反应室252内，以产生指向出口254的反应剂液流。出口254通向 收集装置256。收集装置256具有通向泵机260的通路258。过滤板262安 装得延伸通过通路258。挠性密封件264形成过滤板262与通路258之间的 密封。挠性密封件264可由天然或合成橡胶或金属制成，并可用(例如)水冷 却。
挠性密封件264连接于一个或多个定位臂266，后者与驱动器268邻接。 机动驱动器定位臂266，以将选定部分的过滤板262移入到通路258中。参 照图10，过滤板262被划分为一组颗粒收集器270，其中每一收集器是沿 着过滤板平面的被隔绝的位置。颗粒收集器270顺序地放置在通路258内。 当所需量颗粒由特定颗粒收集器270收集时，各驱动臂移动过滤板262，将 另一颗粒收集器270定位在通路258中。
如果合成装置在不接近大气压力的压力下工作，则在颗粒合成结束之 后，收集器可挪开，而腔室被置于大气压力下。例如，激光热解一般是在 从大约80乇到大约650乇的压力下进行的。如果希望在合成物合成继续进 行的同时得到收集器，则可采用空气闭锁机构。
参照图11，反应室12包括大体上指向收集装置276的反应剂发送喷嘴 274。收集装置276包括：收集器278、泵机280和两个闭锁腔室282、284。 收集器278可以是过滤件、杯状收集器或任何其它合适的收集件。装置可 扩展，以包括可移入闭锁腔室282、284和从中移出的多个收集器。在此所 述的各种收集器组可适用该目的。
闭锁腔室282、284分别包括通入通路290的密封门286、288。闭锁腔 室282、284还包括：自动臂292和驱动器294，用于移动通路290与闭锁 腔室282、284之间的收集器/收集器组278。自动臂可代之以皮带、牵引机 构等。图11中，臂292以虚线画出，以表明当适当的密封门286、288敞 开而允许进出通路290时它们的位置。闭锁腔室282、284还包括压力装置 296，以保证闭锁腔室内在反应室压力与大气压力之间压力方面的变化。
采用示于图11中的装置，收集器或收集器组可经由进出门298送入闭 锁腔室之一中。然后，可使闭锁腔室降压到反应室压力。一旦达到该压力， 相应的密封门打开，而收集器被推入通路290内。在一个或多个产物样本 收集到之后，通向已经处在反应室压力之下的闭锁腔室之一的密封门被打 开，而一个或多个收集器移进闭锁腔室内。一旦移动，密封门即关闭而另 外的一个或多个收集器可置放在通路290内。闭锁腔室连同一个或多个收 集器和一种或多种产物样品与反应室封隔，并置于大气压力下。在大气压 力下，进出门可打开以移动一个或多个收集器。该过程可重复，直到收集 到所有所需的样本为止。
用于在悬浮液中直接收集固体颗粒的收集装置示于图12中。收集装置 300从反应系统304接纳产物颗粒302。液雾由连接于液源308的喷嘴306 喷到产物颗粒上。液流通过沿着收集通路312底部伸展的槽道310。液剂从 液源314供向槽道310。液剂从槽道310连同收集到的颗粒流向收集液剂的 储槽316。液剂从储槽316可泄放到瓶器318内，用于搬移、贮存和鉴定。 多个瓶器318可用于收集多个样本。通路312连接于泵机320。过滤器322 可用于从通路312中除去任何剩余颗粒。瓶器318连接于一组阀门324，后 者可用于任由选择地将接纳液体的瓶器316连接于泵机320以便从瓶器318 中除去空气，或者连接于大气从而瓶器316在它被挪走和更换之前处在大 气压力下。离心处理或其它合理的方法可用于从收集液体中分离出产物颗 粒。
反应室108可用任何耐久和钝性材料构造。对于多数反应来说，不锈 钢由于其耐久性和耐腐蚀性而是特别方便的材料。如果辐射源110安装在 反应室108的外面，窗口或透镜300可安装在带有气密密封的反应室上， 以保证辐射的进入。
对于红外光来说，硒化锌透镜或窗口是合适的。合适的ZnSe透镜可购 自于Laser Power Optics，San Diego California。为了减少窗口/透镜300表面 上的污染，窗口/透镜300可沿着管筒302从主腔室空穴中移动出来。对于 激光热解，辐射源110可为红外激光，尤其是CW CO2激光，诸如可购自 PRC Corp.，Landing，NJ.的1800瓦最大功率输出的激光。
如上指出，系统100优选由处理器112控制。处理器112可以是任何 比较好的计算机，诸如，基于WINDOWS的计算机、MacIntosh计算机或 UNIX计算机。市售的合适的软件可适配于操作该系统。处理器112可用于 控制例如使收集器和喷嘴彼此相对定位的步进电机、样本温度、辐射出量、 泵机速度、阀门位置和反应剂流量。 其它的加工
收集一批颗粒之后，可使颗粒承受与颗粒收集器有关的附属加工。在 一些实施例中，该附属加工可在颗粒收集器依然安装在其在颗粒合成装置 内的位置上的同时予以进行。适当的附属加工例如包括：热处理、化学混 合和它们的组合。任何附属加工可在全部样本的一个子集上进行，从而一 些样本可保持在未经加工的状态中。
1.热加工
颗粒的特性可通过热加工来改进。用于热处理的适当的原料包括毫微 颗粒，诸如通过激光热解生成的那些。毫微颗粒的热加工可提高结晶度， 除去诸如元素碳这样的污染物，并且可能例如通过加入补充氧气或者来自 别的气态或非气态化合物的原子而改变理想配比。
加工条件可是适中的，从而不出现较大量的颗粒烧结。如果必须避免 颗粒烧结，则加热温度优选比原料和产物材料二者的熔点都低。或者，如 果要鉴定烧结产物的特性，则颗粒可予以烧结或部分烧结。例如，颗粒的 某种受控烧结可在适度的温度下进行，以形成稍大一些的平均颗粒直径。
加热可在收集器中进行而不改变颗粒合成装置中的自然环境。在其它 实施例中，如下所述，收集器与装置中的自然气氛封隔，而提供受控的气 氛用于加热工艺。覆盖颗粒的受控气氛可以是静止的，或者气体可流经隔 热的收集器。用于加热工艺的气氛可以是氧化的气氛或惰性气氛。特别是， 为了将非晶颗粒转变为结晶颗粒或从一种结晶结构形成为基本上具有相同 理想配比的不同结晶结构，气氛一般可是惰性的。
适当的氧化气体包括：例如，O2、O3、CO、CO2和它们的各种组合。 O2可作为空气供应。同样，适当的还原气体包括H2和烃。氧化气体或还原 气体任由选择地可与诸如氩、氦这样的惰性气体和N2相混合。当惰性气体 与氧化气体或还原气体相混合时，气体混合物可包括大约1％氧化/还原气体 至大约99％氧化/还原气体，更优选的是大约5％氧化/还原气体至大约99％ 氧化/还原气体。或者，基本纯净的氧化/还原气体或纯净的惰性气体可随需 要采用。
精确条件可被改变，以改变所生成的毫微颗粒的类型。例如，温度、 加热时间、加热和冷却速度、气体和关于这些气体的外界影响条件全都可 加以选定，以生成所需的产物颗粒。一般，在氧化气氛下加热时，加热时 间愈长，达到平衡之前加入材料中的氧愈多。一旦达到平衡条件，总体条 件确定了粉末的结晶相。
参照图4，加热盖罩290装接于收集器250，以提供收集器的加热。加 热盖罩290可设计得任由选择地加热特定的颗粒收集器250，或者同时加热 所有颗粒收集器250。加热盖罩290依靠电阻加热或依靠诸如水这样的受热 液体的流动，或者依靠任何其它适当的加热方法而工作。
参照图13，特定收集器350适于在受控气氛下加热。收集器350包括 管式结构352，其经由阀门356通向泵机管汇354。颗粒收集器350还包括 可关闭的枢转小门358，如图13中虚线所示。如果小门358和阀门356都 被关闭，则管筒352内的过滤器360与颗粒合成装置的其它部件隔绝。过 滤器360用于将产物颗粒收集在收集器350内。
在过滤器360与反应合成装置隔绝的情况下，可通过使气体从连接于 气源368的供给管筒366流入管筒352而提供受控气氛。然后，气体在阀 门372打开的情况下经由排放管筒370排出。加热盖罩374可靠近过滤器 360围绕管筒352安放以提供所需的加热。为了阻止产物颗粒收集在供给管 筒366中，可在产物颗粒在过滤器360上被收集时采用小流速通过供给管 筒366。
通过供给管筒366的各种流速可用于受控的热加工，适当的流速值一 般将取决于收集器的尺寸。对于一英寸收集器管筒352，流速优选是在大约 每分钟1标准立方厘米(sccm)到大约1000sccm之间，而更优选的是从大约 10sccm到大约500sccm。流速一般在整个加工步骤都是不变的，虽然如果 需要，流速和气体成分在加工期间可随时间作系统地改变。或者，可采用 静止的气体气氛。
另外，收集器可作为整体或个体从合成装置中去除，以进行热加工步 骤。具有多个收集器的整体可在同样条件下或在不同条件下同时或并行予 以加工。如果需要，颗粒可从收集器取出而用于热加工。从收集器取出颗 粒在下面另作说明。
为了加工在此所述多种材料的毫微颗粒而无大量烧结，温度一般范围 是从大约50℃到大约600℃，而在大多数情况下从大约60℃到大约400℃。 一般，较高的温度将用于烧结。加热一般持续大约5分钟或更多。优选的 加热温度和次数将取决于特定的原料和目标产物。可能需要某种经验性的 调整，以形成适于生成所需材料的条件。
转变结晶VO2成为正交V2O5和二维结晶V2O5的条件，以及转变非晶 形V2O5成为正交V2O5和二维结晶V2O5的条件在授予Bi等人的美国专利 5989514中描述，题为“氧化钒颗粒的热加工”，在此引入作为参考。
2.化学混合
除了热加工之外，附属加工可包括添加其它化学合成物于收集到的颗 粒。适当的化学品可用于把颗粒转变成适当的形式，用于进一步鉴定，或 用于使颗粒发生发应以形成不同的化学合成物。例如，用于添加于收集到 的颗粒的适当化学品包括：例如，溶剂、分散剂、结合剂和其它粉末。适 当的结合剂包括，例如，诸如乙烯基聚合物这样的聚合物溶液。其它粉末 包括，例如，导电颗粒和在适当条件下与合成颗粒发生反应的合成物的颗 粒。
参照图4，一个单独的喷嘴380包括反应剂发送入口382和用于将附加 化合物发送到阵列390中选定的收集器388的附加入口384和386。如果可 行的话，反应剂发送入口382对准于辐射路径392。在带有附加入口的一些 实施例中，只是使用一个附加入口或使用多于两个的附加入口。此外，附 加入口384和386可安装在与反应剂发送入口382分开的喷嘴上。
添加化学合成物于合成粉末中可与加热步骤相结合，以促进新材料的 生成。附加材料可用作溶液和/或用作粉末。例如，银化合物作为粉末或作 为溶液可添加于金属氧化物颗粒，诸如氧化钒颗粒。如上述的随后加热可 导致生成结晶体银金属氧化物颗粒，例如银氧化钒颗粒。在加热步骤期间， 任何溶剂一般都挥发了。在热处理过程中，银从银盐结合入氧化钒毫微颗 粒在同时待审和共同受让的美国专利申请系列第09/311506号中描述，题为 “金属氧化钒颗粒”，在此引入作为参考。
各个附属加工步骤可与附加的颗粒合成同时进行，或在完成全部颗粒 合成之后进行。对于同时生成来说，例如，假定一百个样本以每分钟一个 样本的速度生成。如果第一样本的附属加工是在第二样本正在彼生成的时 候开始的，则到最后的样本生成时，第一样本本应接受了99分钟的附属加 工。或者，所有的附属加工，诸如热加工，可同时在所有的颗粒样本上进 行。
在另外一些实施例中，从收集器中取出合成物以备进一步加工。如果 收集器成线性阵列或二维阵列，则收集器可倒回到适于进一步加工的其它 容器的管筒的相应阵列。然后，收集器可借助体力摇动或振动，以将合成 物释放到管筒内。同样，可添加液剂以释放合成物产物(粉末或液剂的)，而 得到的液剂混合物(每种收集起的合成物产物的混合物)可倾入管筒或别的 适当容器内。在合成物产物带有或不带液剂地被传送到分别的管筒的情况 下，管筒可用包括传统样本输送装置在内的自动样本输送装置来予以输送。 附属加工和鉴定可在系统的(优选是自动的)样本并行加工中进行。 颗粒特性
各种化学颗粒，一般是固态颗粒，可用在此所述的方法生成。固态颗 粒一般作为粉末被收集。具有特殊意义的化学粉末包括：例如，碳颗粒、 硅颗粒、金属颗粒、和金属/准金属化合物，诸如金属/准金属氧化物、金属 /准金属碳化物、金属/准金属氮化物，以及金属/准金属硫化物。一般，粉末 包括细或超细颗粒，粒径在微米或更小的量级上。
对于某些应用场合，希望具有非常均匀的颗粒。采用聚焦辐射的工艺 特别适于形成高度均匀的颗粒，尤其是毫微规模的颗粒。特别是，激光热 解可生成一批有意义的颗粒，一般原始颗粒的平均直径小于大约750纳米， 优选的是大约3纳米到大约100纳米，较优选的是从大约3纳米到大约75 纳米，而更为优选的是从大约3纳米到大约50纳米。各颗粒直径是通过发 射电子显微技术来鉴定的。非对称颗粒的直径测量基于沿着颗粒主轴的长 度测量的均值。
因为其尺寸很小，所以原始颗粒由于附近颗粒之间范德瓦(van der Waals)和其它电磁力而趋向于形成松散的附聚物。这些附聚物可在很大程度 上被分散，如下文进一步所述。次级或附聚的粒径取决于随在颗粒初始形 成之后颗粒的后续加工以及颗粒的组分和结构。
尽管颗粒形成松散的附聚物，但原始颗粒的毫微米尺度还是在颗粒的 发射电子显微照相中清楚可见的。颗粒一般具有对应于在显微照相中看到 的毫微米尺度上的颗粒的表面积。此外，颗粒由于其微小尺寸和材料每单 位重量的巨大表面面积而表现出一些独特的性质。例如，氧化钒毫微颗粒 在锂电池中可显出惊人的高能密度，如授予Bi等人的美国专利5952125所 述，该专利题为“带有电放射毫微颗粒的电池”，在此引入作为参考。
原始颗粒优选可具有尺寸上的高度均匀性。如上所述，激光热解一般 导致颗粒具有很窄范围的颗粒直径。此外，在适当温和条件下的热加工不 会改变很窄范围的颗粒直径。在激光热解的反应剂的悬浮微粒式发送的情 况下，颗粒直径的分布对于反应条件特别敏感。不过，如果适当控制反应 条件，采用悬浮微粒式发送系统可获得很窄的颗粒直径分布。不过，如果 需要，也可通过控制流速、反应剂密度和在激光热解中的居停时间或通过 采用其它液流反应系统来获得原始粒径的较宽分布。
在高度均匀的粉末中，如从检验发射电子显微技术中所确定的那样， 原始颗粒一般具有如下尺寸分布，即，原始颗粒的至少大约95％，优选99％， 具有的直径大于平均直径的大约40％并小于平均直径的大约160％。同样， 在更加高度均匀的粉末中，原始颗粒可具有如下直径分布，即，原始颗粒 的至少大约95％，优选99％，具有的直径大于平均直径的大约60％并小于 平均直径的大约140％。
此外，在具有高度均匀颗粒的实施例中，实际上没有颗粒具有大于大 约4倍平均直径的致敬，优选的是3倍平均直径，而更为优选的是2倍平 均直径。换句话说，粒径分布实际上不具有表示少数颗粒带有相当大尺寸 的尾部。这是颗粒的微小反应区域和相应快速抑制的后果。尺寸分布的尾 部上的有效切除表明：106个颗粒中少于大约一个颗粒具有的直径大于平均 直径之上的特定切除值。窄的尺寸分布、在分布中缺少尾部和大略球形的 形态可用在各种应用场合中。
此外，颗粒可具有极高的纯度。由上述各种方法生成的毫微颗粒被期 望具有的纯度大于反应剂，由于反应和(当可用时)结晶形成过程趋于从颗粒 中排除污染。此外，由激光热解生成的结晶体毫微颗粒具有高度的结晶度。 同样，由热加工生成的结晶体毫微颗粒也具有高度的结晶度。颗粒表面上 的杂质可通过加热颗粒去除，以达到不仅高结晶纯度而且全面高纯度。
几种不同类型的毫微规模的颗粒已经由带有或不带有附属热加工的激 光热解生成。这些颗粒一般具有很窄的粒径分布，如上所述。
特别是，已经制成了毫微规模的氧化锰颗粒。这些颗粒的生成在Kumar 等人的同时待审和共同受让的美国专利申请系列第09/188770号中描述，申 请题为“金属氧化物颗粒”，在此引入作为参考。该申请描述了MnO、Mn2O3、 Mn3O4和Mn5O8的生成。
氧化硅毫微颗粒的生成在Kumar等人的同时待审和共同受让的美国专 利申请系列第09/085514号中描述，申请题为“氧化硅颗粒”，在此引入作 为参考。该专利申请描述了非晶SiO2的生成。氧化钛毫微颗粒和结晶体二 氧化硅毫微颗粒的生成在Bi等人的同时待审和共同受让的美国专利申请系 列第09/123255号中描述，申请题为“金属(硅)氧化物/碳复合材料”，在此 引入作为参考。特别是，该申请描述了锐钛矿和金红石TiO2的生产。氧化 铝毫微颗粒的生成在Kumar等人的同时待审和共同受让的美国专利申请系 列第09/136483号中描述，申请题为“氧化铝颗粒”，在此引入作为参考。 特别是，该申请披露了γ-Al2O3的生成。
此外，已经通过激光热解生成出氧化锡毫微颗粒，如Kumar等人的同 时待审和共同受让的美国专利申请系列第09/042227号中所述，申请题为 “氧化锡颗粒”，在此引入作为参考。氧化锌毫微颗粒的生成在Reitz的同 时待审和共同受让的美国专利申请系列第09/266202号中描述，申请题为 “氧化锌颗粒”，在此引入作为参考。特别是，说明了ZnO毫微颗粒的生成。
铁、氧化铁和碳化铁的生成在Bi等人的出版物中描述，题为“通过 CO2激光热解生成毫微结晶体α-Fe、Fe3C和Fe7C3”，J.Mater.Res.第8卷，第 7号，1666-1674(1993年7月)，在此引入作为参考。银金属毫微颗粒的生成 在Reifz等人的同时待审和共同受让的美国专利申请系列第09/311506号中 描述，申请题为“金属氧化钒颗粒”，在此引入作为参考。通过激光热解生 成的毫微规模的碳颗粒在Bi等人的参考文献中描述，题为“通过CO2激光 热解生成的毫微规模的碳黑”，J.Mater.Res.第10卷，第11号， 2875-2884(1995年11月)，在此引入作为参考。
通过激光热解生成硫化铁(Fel-xS)毫微颗粒在Bi等人的文章中描述，见 Material Research Society Symposium Proceedings，第286卷，第161-166页 (1993)，文章在此引入作为参考。用于硫化铁激光热解生成的前体是五羰基 化铁(Fe(CO)5)和硫化氢(H2S)。
氧化铈可采用上述的激光热解装置予以生成。用于悬浮微粒发送的适 当前体包括：例如，硝酸铈(Ce(NO3)3)、氯化铈(CeCl3)和草酸铈(Ce2(C2O4)3)。 同样，氧化锆也可采用上述的激光热解装置生成。适当的用于悬浮微粒发 送的锆前体包括：例如，二氯氧化锆(ZrOCl2)和硝酸氧锆(ZrO(NO3)2)。
硅酸铝和钛酸铝的三元毫微颗粒的生成可通过在类似于生成银氧化钒 毫微颗粒的过程之后的激光热解来实现，后一生成在Reifz等人的同时待审 和共同受让的美国专利申请系列第09/311506号中描述，申请题为“金属氧 化钒颗粒”，在此引入作为参考。用于生成硅酸铝的适当前体包括，用于蒸 气发送时的氯化铝(AlCl3)和四氯化硅(SiCl4)的混合物，用于悬浮微粒发送时 的四(N-丁氧基)硅烷和异丙氧化铝(Al(OCH(CH3)2)3)。同样，用于生成钛酸 铝的适当前体包括：用于悬浮微粒发送时的氮酸铝(Al(NO3)3)和溶于硫酸中 的二氧化钛(TiO2)粉末的混合物，或异丙氧化铝和异丙氧化钛 (Ti(OCH(CH3)2)4)的混合物。
通过激光热解合成碳化硅和氮化硅在Reifz等人的同时待审和共同受 让的美国专利申请系列第09/433202号中描述，申请题为“颗粒分散”，在 此引入作为参考。 颗粒鉴定
可能的情况下，组合式合成方法的一个整体部分包括对所得材料的鉴 定，从而可识别合乎要求的材料。可进行一种或多种鉴定。合成物产物可 收集在多个单个的收集器中，或者收集在一组成固定排列的收集器中。用 于鉴定的适当的特性包括：例如，借助X射线衍射的晶体结构、表面积(例 如，BET表面积)、光谱特性、电子特性、磁特性和化学组成。
为了进行鉴定，从收集器中取出合成物。在其它实施例中，颗粒鉴定 是不从颗粒收集器中取出合成物而进行的。在这种实施例的一些中，合成 物的鉴定是不从合成装置中取出颗粒收集器而进行的；或者鉴定是在收集 之前在合成装置内进行的，其中合成物在液流内。当然，某些鉴定方法可 能与在收集器中或在合成装置内的鉴定不相容。
如果进行多样鉴定，则多次鉴定可用同一容器、或收集器或不同容器 中的颗粒进行。或者，不同的鉴定可在不同的容器中进行。某些鉴定，诸 如化学反应性，可能不可逆地改变了产物。如果多次鉴定是在一次或更多 次鉴定改变了产物的情况下进行的，则产物必须分成为多等分部分以便分 别处理。当然，即使没有进行不可逆鉴定，把产物分成不同的等分部分也 会很方便。
无论鉴定是如何进行的，鉴定优选是用多个样本系统地进行。用于测 试材料的电放射特性的系统处理的示例示于图15中。合成过程示于位置400 处，在该处，合成物产物收集在一组收集器402中。收集器被移动到第二 位置404。收集器组402适当地定位在一组样本夹持器406之上。施加摇动 或其它力，以把样本从收集器组402中的位置转移到样本夹持器406中的 相应位置。
在位置408处，液剂分散器410用以添加导电颗粒的分散液和结合剂 于分散剂/溶剂中。添加液剂之后，混合物可通过搅拌或其它合理方法予以 混合。在位置412，带有几部分装接于非导电框架的镍金属网的网络414， 浸涂有样本夹持器406中的多种混合物。在位置416，浸涂过的网络414加 以烘干。烘干可在空气中进行，采用烘炉或采用别的加热装置，诸如热空 气鼓风机。在位置418，网络414带有一组烧杯式电池420，从而镀镍元件 是烧杯式电池中的电极。作为电放射材料的每一化合物的性能可用电池测 试器422鉴定。
对于颗粒状产物来说，粒径和粒径分布可借助流向收集器的颗粒通过 光学散射来鉴定。动态光线散射是鉴定粒径的一种传统方法。适当的商用 粒径分析器包括：例如，基于动态光线散射的出自Honeywell公司的 Microtrac UPA仪器和基于光子相关光谱学的出自Malvern公司的Zetasizer 系列仪器。
合成物产物的光学特性可在流往收集器的颗粒流内或在收集器内来鉴 定。有关的光子特性包括：例如，热颗粒发射；微波、红外、可见和/或紫 外光的吸收；以及喇曼(raman)散射和/或荧光。
对于在合成装置内进行动态光线散射或测定光学特性来说，光学器件， 诸如透镜、反光镜和光导纤维可用于向装置内或从装置向外发送光线。显 示适当结构的实施例示于图16中。参照图16，收集器440具有通向过滤器 444的管筒442。收集器440与通向泵机的导管446连接(以虚线示出)。
第一光源450借助光导纤维452连接于管筒442。光源450可能是单色 或近单色光源，诸如带有滤光器或衍射件的激光或白光，或者是宽带光源。 散射检测器454借助光导纤维456通向管筒442。分别连接于光导纤维452、 456的孔口458、460优选沿着管筒442大致成直角定位，从而从452传播 的光线一般不会照射孔口460。检测器454优选包括处理器或连接于经过编 程以计算来自光线散射测量结果的粒径的处理器。另外，该配置可用于借 助液流中的颗粒测定荧光或喇曼散射。
第二光源470借助光导纤维472把光线射向过滤器444上的颗粒。一 般，第二光源470是宽带光源，其覆盖所需频率范围的合理的一部分。检 测器474连接于光导纤维476，后者连接于两条光导纤维支线478、480。 光导纤维478，480分别连接于孔口482、484。孔口482设置成接收来自过 滤器444上合成物的发射光、散射光和/或荧光。孔口484定位成接收来自 光导纤维472和孔口486的传播的光线。如果吸收量不是太大的话，传播 的光线的量按照Beer定律与吸收的光的量有关。检测器474一般包括衍射 器件，诸如衍射光栅或棱镜，从而可测定规定的波长。孔口458、460、486、 482、484可包括光学器件，如透镜。
结晶度和结晶化合物的合成物可通过X射线散射来鉴定。一般，粉末 必须以小批量传送给适当的盛器，以进行X射线衍射测定。盛器放置在X 射线衍射仪器内以进行测定。
发射电子显微照相同样包括传送小批产物颗粒到用以进行显微照相测 定的专门盛器中。盛器连同样本放置在适当的发射电子显微放大器内。比 较精确的粒径测定结果(尤其是)原始粒径可以该方法获得。另外，可确定颗 粒形态。
材料的电放射特性的测定已如上所述。原则上，材料的电和磁特性可 在收集器内测定，但实际上由于粉末在收集器上的分散的性质，这是很困 难的。因而，优选是把材料从收集器中取出以备这些测定。一旦颗粒被取 出，就可采用传统的测定方法，可采用并行或同时处理，诸如以上为测定 电放射特性所述的。
另外，多批合成物产物可用在破坏性试验中，诸如化学反应性和/或元 素组分分析中。元素组分分析可通过传统分析技法进行。反应性鉴定取决 于有待鉴定的具体反应性。 组合式设计和应用
组合式合成和鉴定保证了系统地检验一项或多项合成参数以在由鉴定 出的一种或多种特性确定之后确定符合所需各种特征的各参数的数值或范 围。在特定的组合进程期间，可改变一项或多项合成参数。随后的进程可 用于获得同样合成参数(一项或多项)的更为精确的数值，以检验其它合成参 数。这样，化学合成物可研制出来而带有改进的特性用于适当的商用产物。
如果反应参数关于有意义的材料特性是独立的，则参数一般可独立地 予以改变以优化该特性。对于独立的参数，参数相应的独立改变就较少量 的合成样本而言，比通过同时改变多项独立参数所可能获得的要更为有效。 如果两项或多项反应参数关于该特性是强相关的，则在坐标网上改变相关 的各反应参数可能是有效的。弱相关的反应参数可在坐标网上来鉴定，或 者它们可在狭窄范围上予以改变和迭代，如以下进一步所述。
参照图17，示出在两项反应参数改变的情况下，生成100个样本的一 个单独颗粒的合成进程。估计可能的是，反应参数与所关注的特性是相关 的。例如，参数1和参数2可以是两种不同金属前体的流速。每一点对应 一批产物颗粒。所产生的样本数量和被改变的合成参数的数量可根据装置 设计予以选定。如果同时改变两个以上的参数，则得出三维或更多维的坐 标值。
在该假定的举例中，在鉴定所得颗粒的一项特性时，确定的是，以具 有第四个数值的反应参数1和具有第三个数值的反应参数2生成的颗粒具 有受鉴定的一项或多项特性的最佳值。接在产生图17所示的结果之后，围 绕P1-4、P2-3的那部分参数空间在接续的组合式合成进程中可以较大的分 辨率予以检验，如图18所示。根据图18，进行了二十五个样本的进程。通 过使参数范围变窄，可获得对应于所需特性的合成参数的更为精确的数值。 当然，该细化过程可随需要推广，在每一进程中产生不同数量的相关参数 和不同数量的样本。
除了优化相关的合成参数之外，大致上独立于参数1和2的第三参数 (如反应室压力)可在一系列数值上改变。该第三参数的改变图示在图13中 为第三参数的十二个数值。参数1和参数2可固定在优化的数值处，以便 改变第三参数，尽管如果参数3的确是独立的，参数1和参数2的数值将 不会影响关于参数3的结果。
对于耦合的参数，尤其是弱耦合的参数来说，可能需要在参数的各范 围内迭代。一项或多项参数可初始改变，同时保持其它参数固定，以获得 优化数值。然后，一项或多项其它参数可改变，同时保持初始改变的参数 在优化数值上。这样继续下去，直至所有有关的合成参数已被改变为止。 然后，最初改变的参数围绕初始优化的数值改变，同时保持其它参数固定 在其优化数值上。由于其它合成参数的许多关系和变化，初始改变的参数 的变化将导致随后进程中的不同的结果。
该过程可迭代，直到在合成参数方面和在测定的一种或多种特性方面 获得所需的精度为止。如果需要，非线性回归程序，诸如牛顿方法，可用 于在随后的组合式合成进程之前作出优化的合成参数的收敛的较为精确的 预测。利用参数的系统性改变，材料特性的优化可在需要合成较少样本的 情况下进行。
遵循这些方法的多种组合，参数空间可加以探查以寻找更多的合于需 要的材料。操作人员确定要改变多少重要的参数。同样，操作人员确定为 改变参数所需的精度。
采用在此所述的各种组合式合成方法，可以系统和有效的方式研制新 的合成物或具有改进特性的合成物。关于新的合成物，反应剂液流的组成 和合成物参数可改变，以产生具有新的理想配比的合成物。尤其是，在固 态颗粒产物的情况下，相图的宽的部分可用组合式合成方法探查。同样， 在固态颗粒产物的情况下，合成参数可改变，以改变粒径、颗粒形状、结 晶度、孔隙度等。这些颗粒特性本身可以是受关注的各种特性，或者对于 一些特定的应用场合，诸如结合入一些装置中，这些颗粒特性可与其它受 关注的各种特性如电、磁或光学特性有关。
上述各实施例是说明性的而不是限制性的。另外的实施例也在各项权 利要求内。虽然本发明已经参照优选实施例予以说明，但本领域中的许多 技术熟练人员将会认识到，在不偏离本发明的精神和范畴下，形式和细节 方面都可作出变更。