目前在纳米粉末的生产方面存在着相当大的商业利益和科学价值。可以通 过许多种方法制备许多种纳米粉末材料，这些材料包括碳(金刚石、金刚石状的 碳、富勒烯、石墨碳)、其它元素材料(金属、半导体)、非氧化物陶瓷、金属氧 化物、有机化合物、聚合物和复合材料。通常对于任意特定的纳米微粒的合成， 要对许多参数进行最优化，而对一个试验中的一组特定的参数，要逐一收集样 品进行表征。这一过程是昂贵而耗时的。
一种加快材料开发的方法是形成很多分子的集合(库)，对具有所需性质的 分子的集合进行系统性筛选。通过使用这种方法，人们已经开发出了用来合成 生物分子(例如肽、低聚核苷酸等)的大库(高达1014个分子)，并对其进行筛选的 方法。已经证明生物分子适于用来构建大库，这是由于它们可以使用单体前体， 通过分步法很容易地合成。
对无机材料库的开发，特别是对材料性质存在系统性差异的无机材料库的 开发已经被证明具有相当大的问题。通常使用常规的化学合成法制备各种材 料，然后将这些材料组合起来，形成组合库。
改进的组合合成法和形成库的方法的开发将会显著加快功能性无机材料 的开发和应用。

本发明提供了用来系统性合成材料库的原位和/或多步法，所述材料库包含 大量具有不同的组成、化学计量关系、粒度等的纳米尺寸的无机化合物。该方 法提供了相当多的材料组成、尺寸、化学计量关系等。
在各种形成粉末的方法中，我们确定热解法，特别是激光热解法是用于该 目的的最佳方法。因此在某些实施方式中，本发明提供了使用激光热解法合成 基于多组分纳米粉末(纳米微粒)的组合库的方法和设备。制得的纳米粉末的粒 径通常为1或10纳米至大约100或500纳米。
在所述体系中可使用各种前体源合成多组分粉末，这些前体源包括气体 源、液体源和固体源。根据设计的组成比例，输入源的比例随时间连续变化。 随着输入源的组成的变化，制得了具有不同组成的纳米粉末，并将其收集在可 空间寻址的基材中，或者使用单独的样品收集器依次收集。在某些实施方式中， 源输送单元包括CVD注入器或被载气驱动的前体源。另外，对于连续的逐步进 行的反应，提供了多个串联的反应室，其中具体的反应依照设定的方法进行。 这种多步法避免了不希望有的复合材料的形成，或者将其减至最少，并且对粉 末的相和组成进行精确的调控。最后，精确的源控制和独特的粉末收集法使得 该系统可以高效地制得具有不同化学组成的多种纳米粉末样品。
定义
在本文中，术语“基材”用来表示一种或多种材料，上文所述通过热解系 统形成的纳米粉末沉积在该材料上。通常基材会承载多种不同的纳米粉末，从 而形成组合材料库。在某些实施方式中，所述基材是具有刚性或半刚性表面的 材料。在许多实施方式中，基材的至少一个表面基本上是平坦的，但是在一些 实施方式中，可能需要用以下结构为不同的材料以物理方式分出区域，这些结 构包括例如凹陷、凹井、抬升的区域、沟槽等。在一些实施方式中，所述基材 本身包括凹井、抬升的区域、蚀刻出的沟槽等，这些结构形成全部或部分的合 成区域。根据其它的实施方式，可以在凹陷内的表面上或者表面的其它区域提 供小珠粒或颗粒，或者所述小珠粒或颗粒本身可以是所述基材。
“预先限定的区域”或“预定的区域”是位于基材上的局域化的区域，该 区域在过去、现在或将来用来沉积特定的纳米粉末(纳米微粒)群体(即特定种类 的纳米微粒)。所述预先限定的区域可具有任意合适的形状，例如直线形、圆形、 矩形、椭圆形、楔形等。
当术语“可空间寻址的”或“空间寻址的”用来描述收集器或基材的时候， 表示一种可以在基材上特定的，例如预定的区域沉积纳米微粒的收集器，或者 表示在特定区域沉积有纳米微粒的基材，例如在一个或多个特定的区域沉积特 定种类的纳米微粒。
当术语“辐射”用于热解系统的时候，表示可以选择性施加的能量，其包 括波长为10-14至104米的能量，例如电子束辐射、γ-辐射、x-射线辐射、紫外辐 射、可见光、红外辐射、微波辐射和无线电波辐射。辐射源是提供这种辐射的 设备(例如激光器)。
材料库表示其上的不同位置承载着不同材料的基材。在某些实施方式中， 所述材料库可以包括多个基材。
附图简述
图1显示了用来制备纳米粉末的常规激光热解系统。
图2示意性地显示了用于纳米粉末合成的组合激光热解系统，其包括CVD 注入器和空间寻址粉末收集器。
图3显示了具有被载气驱动的前体源的另一种源输送系统。
图4显示了有激光多次通过的激光热解。
图5A和5B显示了用于组合纳米粉末制备的多步热解。在一个实施方式中， 使用分束器217将来自单一辐射源115的辐射分裂开，为两个反应室115a和115B 提供辐射(例如参见图5A)。在另一个实施方式中，为各个反应室115a和115a使 用独立的辐射源115a和115b(例如参见图5B)。
图6A至6C显示了使用远程等离子源的激光辅助热解法。在“后处理”结构 中(图6A)，当纳米微粒在反应区域165中形成之后，引入等离子体233。在“原 位”结构中，等离子体233在反应区之前例如其上游(例如参见图6B)加入反应 区，或直接加入反应区(例如参见图6C)。
图7显示了另一种用于空间寻址的粉末收集器的泵送方式。
图8显示了旋风粉末收集器和具有连续的组成变化的组合纳米粉末库。
图9显示了使用静电会聚系统直接进行纳米微粒沉积。
图10显示了一个实施方式，其中在纳米粉末形成之后，即在激光束路径上 立刻用电子源对其进行了轰击。在最优化的离子化环境下，这些微粒可以90-100 ％地离子化。使带电的微粒发生磁性会聚，朝向基材偏转以沉积。可以对磁铁 进行“操控”以实施可空间寻址的粉末收集。
图11显示了本发明的激光热解系统的计算机控制。
详述
本发明涉及用来制备组合材料库的方法和设备。所述材料库包括在预先确 定的区域上具有多种材料的“基材”。在某些实施方式中，所述库中的材料随 着基材上位置的变化以连续的方式变化，在某些其它的实施方式中，所述库的 材料以离散样品的形式提供，不同的样品位于基材上不同的位置。
本发明的组合材料库是通过将纳米粉末以可空间寻址的方式沉积在一个 或多个基材上而制备的。所述纳米粉末以热解反应(例如在激光热解装置中)制 备，其中前体材料随时间变化产生随时间变化的微粒输出，这些微粒通过可空 间寻址的微粒收集器传输到一个或多个基材上预定的位置。因此，不同的基材 位置包括不同的纳米微粒材料。所述纳米粉末材料可以随着基材上位置的变化 而连续变化，或者离散的不同纳米粉末材料可以占据离散的不同位置。所述基 材承载了多种不同的纳米粉末材料，从而形成了组合材料库。
所述组合材料库具有许多种用途。例如，可对该材料库进行筛选，以筛选 出具有某些有用的性质的材料。可供筛选的性质包括例如电性质、热机械性质、 形貌性质、光学性质、磁学性质、化学性质等。更具体来说，可供筛选的性质 包括，但不限于电导性、超导性、电阻性、热导性、各向异性、硬度、结晶度、 光学透明度、磁阻、磁导性、倍频、光电发射性质、矫顽性、介电强度等。
本发明的方法提供了一种系统合成大量具有不同组成(例如化学组成、化学 计量关系、粒度等)的不同纳米尺寸无机材料(例如纳米粉末)的途径，以及由这 些纳米粉末的集合制备组合库的途径。
令人惊讶地发现，激光热解法特别适于制造组合材料。尽管在常规方法中， 激光热解法已经用来制备单独“种类”材料的高度均一的群体，但是我们发现 通过改良激光热解法，例如如本文所述，可以使用激光热解法制备复杂的材料 库，所述材料库依照系统的预定的方式，在材料组成、化学计量关系、粒度等 方面发生变化。
使用激光热解法的材料库合成确实被证明在参数控制方面具有很高的灵 活性，使得可以很容易地改变前体源的化学组成、化学计量关系，使得可以在 特定条件下获得粒度的窄分布。
常规的激光热解法通常被称为光热法，是本领域技术人员众所周知的(例 如参见美国专利第5,958,348号，第3,941,567号，第6,254,928号等)。如图1所示， 在此方法中，辐射吸收体或其它前体气态物质吸收能量(例如激光)，造成反应区 内的材料受热，使得化学组分在反应区内发生热驱动的化学反应。激光热解法 通常使用精确限定的热区域(通常为1000～1500C)，该区域是通过例如使激光束 通过化学蒸气区域而形成的，在此区域内，气体发生热反应以形成所需的纳米 级微粒材料。由于不存在与热区相接触的壁，杜绝了任何污染的产生。
在热解反应中形成的材料通常在重力或气流的驱动下离开热区。这些材料 迅速冷却/骤冷，从而形成具有非常均匀的尺寸分布和形状的纳米微粒。在典型 的实施方式中，使用二氧化碳(CO2)激光器，通过光吸收直接加热气体分子。使 用激光的另一个优点是它具有窄光谱宽度，使得光和具有精确的吸收波长的分 子之间有效地匹配(消耗掉15％以上的激光能量)。
激光热解法的一个典型的例子是形成包括Si3N4和SiC的硅基陶瓷。通过气- 微粒转化形成粉末的过程可通过许多种化学方法和物理方法进行。尽管反应区 的温度相对于等离子反应器和火焰反应器的温度并不是非常高，但是可以达到 一百万℃/秒的气体加热速率。通常反应物向产物的转化率可达80％，微粒浓度 经常大于1010/厘米3，平均粒度为10-20纳米。该技术近来获得了扩展，用来由 金属、金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物制备各种纳米尺寸的材料[例如参 见Haggerty等的(1981)第165-241页In：Laser Induced Chemical Processes，J.J. Steinfeld编；Bi等人，(1993)J.Mater.Res.8(7)：1666-1674；Bi等人，(1995)J. Mater.Res.10(11)：2875-2884；Curcio等人，(1990)Applied Surface Science，46： 225-229；Danen等人，(1984)SPIE，458：124-130；Gupta等人，(1984)SPIE，458： 131-139；美国专利第5,958,348号，第6,225,007号，第6,200,674号，第6,080,337 号等]。因此，对通过激光热解法形成碳-金属杂合纳米粉末的工艺条件进行最 优化是非常有可能的。
本发明所用的激光热解系统制得的纳米粉末的粒径通常约为1-500纳米， 更优选约为10-100纳米。如图2所示，本发明的系统通常包括三个主要的部分： A)源输送部分；B)反应室；C)控制器，该控制器用来使得反应室内制得的纳米粉 末可以以可空间寻址的方式回收。每个部分具有大量其它的方式。下面详细描 述了该系统，显示了用来形成碳-金属杂合纳米粉末的多组分激光热解法的一个 例子。
源输送
源输送部分通常包括用来将多种反应物或前体113输送到反应室的装置。 各反应物向反应室的输送速率通常可以独立地控制。在各种实施方式中，源输 送装置包括CVD注入器(例如见图2)，或者前体源被载气驱动(例如参见图3)。各 种前体源可用于该系统中，用来合成多组分粉末，这些前体源包括气体源、液 体源和固体源。例如，源可包括金属或有机金属前体，或者反应气体，例如氢 气、氮气、氧气或者各种烃类气体(例如氢化物气体、卤化物气体等)。
在某些实施方式中，源输送装置包括多个前体管道153和气体管道155。在 CVD注入器中，使用液体源，同时使用加压气体111，以保持液体源流向注入 器151。所述气体管道可以输送反应气体145和/或吸收气体147和/或惰性气体 149。
在一些情况下，一种或多种前体113有效地吸收辐射束，使得不需要另外的 吸收气体145。在其它的情况下，可以使用或者需要另外的辐射吸收气体145以 促进向反应物的传热。某些优选的用于CO2激光器的辐射吸收气体包括但不限 于C2H4，NH3，SF6等。
可以通过例如气压调节器141和或控制注入器151来独立地控制前体蒸气 和气体，使得可以以预定的方式产生任意组成的源混合物。在CVD注入器中， 脉冲的频率和持续时间可以控制前体源的注入。当前体源被载气控制的时候， 可以通过精密质量流量计调节流量。
另外，可以用调节器127调节辐射吸收气流，可通过惰性气流调节器129控 制任选的惰性气体149。在某些实施方式中，辐射吸收气体供应装置147通过气 流控制器127与气体加入管道155相连，惰性气体供应装置149通过气流控制器 129与共用气体加入管道155相连。如果需要的话，惰性气体可以与辐射吸收气 体混合，以制得所需浓度的流经气体加入管道155的辐射吸收气体。所述惰性 气体供应装置和辐射吸收气体供应装置的精确构造取决于需要用来混合气体 的方式。
所述各种前体流动控制和气体流动控制可以在所述热解系统的连续操作 过程中独立地变化，从而可以精确而系统地控制/改变反应器中反应物的组成。
在某些实施方式中，前体管道153以及用于惰性气体149和辐射吸收气体 147的气体管道进入混合室/汇流管133中，以改进反应物/气体混合物的均一性， 然后再使其进入反应室中。混合良好的反应物气体通常会制得更加均一的反应 物流，相应地提高产物微粒的质量和数量。可以使用许多种其它的设计来混合 所述气体/反应物。可使用其它的方法将混合室/汇流管133与前体管道和气体管 道相连。如果需要的话，可以任选地对气体输送系统进行加热，以帮助某些反 应物保持在气体状态，以及在反应之前对反应物进行预热。类似地，可以将混 合室133和气体输送系统一起进行加热。
可以在本发明的热解系统中使用许多种前体中的任意前体。优选的前体包 括金属源，例如氢化物气体、卤化物气体和/或有机金属前体。各种氢化物或卤 化物气体包括，但不限于三氯化硼、三氟化硼、三氟化氮、六氟化硫、硅烷、 氯硅烷、四氯化硅、四氟化硅、六氟化钨、四氟化碳、膦、三氯化磷、三氟化 磷、氟化氢；氰化物气体(硅烷，锗烷等)。一些金属源候选物包括但不限于金属 氯化物、溴化物、碘化物和酰胺化物等。
在输送有机金属前体时最重要的控制参数是控制蒸发的参数。这些参数包 括压力、温度和载气流。为了调节这些参数，在蒸发器中提供了与自动控制阀 门相连的精确高温压力计。一些金属源候选物是金属氯化物、溴化物、碘化物 和酰胺化物。
反应室
在所述设备中，在反应室157内保持控制的反应条件，该反应室密闭，与周 围环境隔离。反应物流和辐射束的交汇粗略地限定了反应区165，在此处引发反 应。反应产物形成微粒材料。该微粒的确切性质取决于反应室内的反应物和条 件。反应室内的条件通常是均一的，以制备比较均一的微粒，优选为纳米微粒。
如图2所示，主反应室由内含反应区165的不锈钢室主体157构成。通过一个 或多个气体进口179将前体和/或辐射吸收气体和/或惰性气体引入反应室。通常， 所述气体进口179的宽度使得所得的反应物气流的宽度大致等于辐射束的宽 度。通过这种方式，辐射或反应物气体都不会由于位于反应区以外而造成显著 浪费。或者可以将反应气的进口制成小于辐射束宽度。较小的宽度造成在相同 质量流量之下的气体流速较快。较快的气体流速通常产生较小的粒度，可能会 产生不同的晶体结构。
在某些实施方式中，所述热解系统包括屏蔽气体输送系统。可使用被称为 “屏蔽气体”的一种惰性气体149限定反应物流的流动，以及防止活性气体和 产物微粒撞击在所述室的室壁上和敏感部件(例如光学部件)上。该屏蔽层防止 反应产物沉积在壁、反射镜和激光透镜窗上。
通常选择不会从辐射束中吸收大量能量的屏蔽气体149。优选的屏蔽气体 包括但不限于Ar，He和N2。
通过流动调节器123控制该屏蔽气流。在一些实施方式中，所述屏蔽气体 供应系统可包括多个惰性气体储存装置和/或另外的流动控制器。所述屏蔽气体 通过端口183进入反应室157。通常端口183使得惰性气体以离开反应物流的状 态进入反应室157，使得反应气体和产物微粒保持离开周边区域。从端口183输 送惰性气体有助于保持反应物气体和微粒产物离开反应室157内的反应室壁、 光学部件和其它部件。
在某些实施方式中，使用例如加热器251将屏蔽气体加热至与反应物气体 近似相等的温度，以防止反应气体或前体进口冷却，这种冷却会造成反应气体 冷凝。另外，对屏蔽气体进行加热可以减少从反应区165损失的热量。
从辐射源115将辐射引入反应室157(例如参见图2)。该反应源可以如图2所 示与反应室相隔离。或者，反应源可以构建成与反应室整合在一起的一部分。
一种优选的辐射源115是以电磁波中红外、可见或紫外范围内的光学频率 发射电磁波的激光器，其中使用光学部件控制光束。优选的激光器包括红外激 光器，特别是高能二氧化碳激光器(CO2激光器)。二氧化碳激光器是可在市场上 购得的，可以在数十千瓦功率输出下进行连续操作(例如参见PRC Corp. Landing，N.J.)。需要具有可以在很宽的功率范围内进行调节的辐射源。通常不 同的微粒优选在不同的激光功率下制备。
在某些实施方式中，辐射源115可以是非激光器光源、电子束发生器、x射 线源或类似的辐射源或其组合。这些辐射源中的一部分可对设备的设计具有特 殊的要求，以对辐射进行导向，或者具有超高真空条件，以免发生不希望有的 辐射吸收。不考虑辐射的特性，优选的辐射源115应当能够在反应室的反应区 165内会聚的辐射束内输送足量的可吸收能量，以制得合理的产物微粒流。
辐射通常通过窗159进入反应室157。窗159可以由任意的材料制成，只要 这种材料能够使辐射透入反应区即可，因此材料的选择取决于辐射的种类。因 此，例如，如果使用红外辐射，窗159可以由ZnSe制造。在各种实施方式中，所 述窗可以成形为一个或多个透镜，或者另外包括一个或多个透镜，以便在反应 区内会聚光学辐射。在某些实施方式中，所述辐射源115可位于反应室内。
所述辐射路径可另外包括终端部分161，该终端部分通常包括一个或多个 光学元件。一种这样的光学元件可以是镜子，用来将辐射反射回反应区165内， 或者是窗，用来使辐射透射出反应室。使用镜子作为光学元件在反应区内提供 了更高的能量密度，这是由于未被吸收的辐射被反射回了反应区。如果终端部 分161包括窗，可以将辐射检测器置于反应室外的辐射路径以内，以测量反应室 内吸收的辐射的量。在某些实施方式中，所述光学元件可包括部分反射镜，以 同时完成镜子和窗的部分功能。
可以根据需要将其它的光学元件置于辐射路径中。用来制备光学元件的材 料的种类通常取决于辐射的种类。
所述反应室157可任选地包括其它的开口。因此，例如，窗可以位于反应 室157侧面，以便观察反应区165。可以在该窗外设置高温计来监测反应物的发 散。
在某些实施方式中，将压力传感器175与反应室157一侧的小开口相连。可 以将来自压力传感器175的信号输送到计算机，用来监控反应室157内的压力。 测量反应室的压力，使得可以针对收集系统中微粒的波动和聚集来调节流动， 使室内的压力稳定。
所述反应室可另外包括任选的阀门和阀门控制器177，它们可以调节流过 室的微粒，如果需要的化话，可以将室关闭，切断其与收集系统的连接。
在某些优选的实施方式中，所述系统使用光斑直径为1-5毫米的CO2激光 束，该激光束通过由高度IR透明的ZnSe材料制成的窗进入反应室，所述的窗包 括一个或多个平面会聚透镜。这些会聚透镜使得矩形的光束会聚在刚好低于反 应物气体/前体进口179中心的区域。所述激光辐射与雾状的源前体蒸气和其它 活性和吸收气体形成的混合气流相交。入口179的开口可以设计成具有长的矩 形的缝隙，形成与激光束平行的气流，使得激光和源前体之间有效地相互作用。
产物微粒的性质包括粒度、晶体结构和表面性质，它们会随着反应条件变 化。影响微粒性质的反应条件包括辐射强度、反应器进口长度和宽度、反应室 压力和反应物气体流量。优选的室压力从极低的真空压力至大约1大气压，更优 选约为10-500托。通常较小的反应物/前体进口开口使得在相同的质量流量下可 以得到较高的气体流速，从而得到较小的粒度。如果其它参数不变，较高的气 体流速可以获得较高的反应物质量流量。
较高的气体流速还造成在反应区内的停留时间较短，因此使用相同的辐射 能输入的时候，加热较少。反应室压力也会影响反应气体在反应区内的停留时 间。较少的加热导致在较低温度下形成晶相。较高的辐射功率能提高反应温度， 反应温度的升高会导致形成较高温度相的反应产物材料。反应物进口179的尺 寸会影响全部微粒产品的质量。
在某些实施方式中，可以采用激光多次通过的方法来使气相反应最大化 (例如参见图4)。在激光束第一次通过之后，可以通过设计，用反光镜209使激光 束沿流动方向反射和通过气流(图4)，从而使气相反应最大程度地进行，最终在 终端部分161消失。
多步热解将不希望有的复合材料的形成减至最少，使得可以精确地调控粉 末的相和组成。在某些实施方式中使用双室系统来达成这一目标，其中依次进 行两种处理(例如参见图5a)。使用分束器217将CO2激光束分为两束光束，这两 束光束通过两个独立的窗159a和159b进入两个反应室157a和157b。在各个步骤 中的控制化学反应要比一步式热解处理更容易。当然，还可使用两个独立控制 的辐射源115a和115b，每个辐射源用于各自的反应室157a和157b(例如参见图 5b)。
人们还可以在激光热解过程中经由远程(remote)等离子源引入活性的氧 气、氮气、氢气或其它气体，这与金刚石状碳(氢化无定形碳)的制备过程类似(例 如参见Lin和Wu(1992)，Semicond.Sci.Technol.7：233-238)。图6A到6C显示了 远程等离子源的应用。在某些“后处理”结构中，当所述微粒离开反应区165 的时候，通过等离子源231将等离子体233引入微粒流中(例如参见图6A)。在某 些原位结构中，将等离子体233引入反应区的上游(例如参见图6B)或者直接引 入反应区中(例如参见图6C)。各种远程等离子源包括但不限于RF或微波源。
可空间寻址的粉末收集
在上文所述的热解系统中形成的纳米粉末沿着泵送的方向随气流向下游 流动。使用可空间寻址的收集器121将纳米粉末收集在基板325上(例如参见图 2)。所述可空间寻址的收集器使得纳米粉末沉积在基板上特定的、例如预定的 位置，这些位置可以连续地递增改变，也可以离散地递增改变。
在某些实施方式中，所述可空间寻址的收集器包括固定所述基材的可移动 的平台，该平台可以沿一个方向移动(X)，沿两个方向移动(X-Y″)，在某些实施 方式中，甚至沿三个方向移动(X-Y-Z)。最优选的是所述可空间寻址的收集器沿 两个方向移动，即X和Y。在某些实施方式中，所述基材的位置是固定的，将掩 模置于基材上方，该掩模仅允许纳米粉末微粒沉积在基材上的特定位置。该掩 模可以连续移动或者以离散的步骤移动，而且/或者其可以被移除并被不同的掩 模所代替。
通过差动泵吸操作使收集区域和反应室之间产生差分压力。可以通过将收 集端口与主泵连接，即通过绕过自动压力控制阀门119来施加差分泵吸操作(图 2)。在各种实施方式中，人们可以使收集端口与独立的泵源135直接连接(例如见 图7)。
当输入源(例如前体、等离子源、反应气体等)随时间连续变化以例如制得 预定的组成比时，制得的纳米粉末被可空间寻址的微粒收集器(例如原位移动 薄膜盘)收集。所述薄膜盘可以通过直线或x-y运动导向装置随时间做直线和/或 两维运动。
可以将许多种基材用于本发明的热解系统以形成组合材料库。在某些实施 方式中，所述基材是具有刚性或半刚性表面的材料。所述表面可以是实心的或 多孔的或纤维性的。在许多实施方式中，基材的至少一个表面是基本平坦的， 但是在一些实施方式中，需要用例如凹陷、凹井、抬升的区域、沟槽等结构为 不同的材料以物理方式分出区域。某些基材包括凹井或小瓶的集合(例如微量滴 定板)。
在某些优选的实施方式中，所述基材是多孔性的，由聚四氟乙烯、玻璃纤 维或者不会与所述反应物化合物或纳米粉末微粒发生显著反应的任意材料或 材料的组合。在某些实施方式中，所述基材的孔径优选约为0.1-1微米。典型的 基材包括但不限于各种材料的薄膜和/或过滤器，例如不锈钢、合金、碳、沸石 等。
在某些实施方式中，所述纳米粉末可以通过旋风微粒阱(图8)收集。偏离中 心的进口造成微粒流的回旋运动，这有助于将阱内较长的微粒保留下来，最终 将微粒收集在托盘内。在旋风阱的出口处，安装了不锈钢多孔薄膜以防未过筛 的纳米微粒逃离。
在某些实施方式中，制造组合库的速率被屏蔽气体和/或反应气体的流动 所限制。在这样的情况下，当热解系统的流量增大的时候，屏蔽气体和/或反应 气体的流动也会增加。当较高流速的屏蔽气体/反应气体撞击基材的时候，容易 将制得的特定纳米微粒分散在基材上较宽的区域。这样，不同种类的纳米微粒 容易互相掺混。
在某些实施方式中，可以通过使用例如图9所示的结构来消除这一点。在 某些实施方式中，气体可以通过端口进入外界环境，以及/或者通过排放管道 518，最终导向泵站。在排气口之前，为热解装置(收集设备)提供充电元件(例如 充电的板)，使纳米微粒带静电。然后使用一个或多个会聚元件521(例如磁性或 静电会聚元件/透镜)将纳米微粒会聚在基材上(偏转的气流以外)。另外，可以使 用磁性或静电加速元件任选地提高纳米微粒的沉积速率，所述磁性或静电加速 元件是所述会聚元件的部件而且/或者位于微粒流中会聚元件的上方和/或下 方。
在某些实施方式中，可以通过使用所述会聚元件而省去可移动的平台。可 以通过会聚元件简单地控制纳米微粒沉积的位点。
如上所述，产物微粒、未反应的反应物气体和惰性气体离开反应室，进入 收集系统(可空间寻址的收集器)。收集系统的压力通常低于反应室，以提供从 反应室向收集系统的物质流动。所述可空间寻址的收集系统用来收集来自反应 室的物质流，分离反应物微粒，以及除去未反应的气体和惰性气体，将这些物 质排掉或循环使用。除了上述可空间寻址的微粒收集器以外，所述收集系统可 具有许多种其它的部件以达到这些目的。
在某些实施方式中，所述收集系统可包括粒度分析仪。通过实时测量粒度， 可以对气流进行调节，以得到所需范围内的粒度。典型的粒度分析仪包括多个 光散射检测器和一个窗，所述窗用来提供光束，与从反应室射入可空间寻址的 收集器的微粒流相碰撞。激光器提供了用于光散射测量的便利光源，但是也可 使用其它类似的光源。可以通过散射检测器的测量估计粒度分布。
所述粒度分析仪可以与计算机相连，用来监控反应产物，同时随着反应的 进行提供有关反应条件的反馈。通过这种方式，可以根据测得的粒度分布和聚 集程度实时调节激光强度、室压力和各种反应物气体流量。
在某些实施方式中，热解系统包括自动阀门119和自动阀门控制器177。来 自自动阀门的物质流流经通道，然后到达泵135。泵135具有排放装置137，用 来排放气体，或者收集气体用于循环。优选的泵包括能够在不显著损失泵油的 前提下处理大量气体的机械泵。合适的泵可购自例如Busch Inc.Virginia Beach， Va。
产物微粒在基材325上的聚集可以减小系统的泵送速度。泵送速度的降低 会导致反应室157内的压力增大。由于粒度和结晶度之类的微粒性质很敏感地 取决于室的压力，在某些实施方式中，在合成过程中要使室的压力稳定。
如上所述，可以用泵135和可空间寻址的收集器121之间的自动阀门119调 节泵送效率。可以用来自安装在反应室157上的压力传感器175的控制信号控制 阀门119的开和关，以补偿由于基材上逐渐聚集粉末造成的压力变化。
本发明的热解系统通常由计算机系统311控制(例如参见图8)。该计算机311 可以监控和控制反应物的流量、屏蔽气体的流量、反应气体的流量、惰性气体 的流量、系统的压力和泵送速率、可空间寻址的收集器的位置等。可将许多种 处理器用于控制计算机311，可使用标准的数据收集和控制界面。因此，例如在 某些实施方式中，计算机311通过I-EEE协议连接，但是也可使用其它种类的连 接协议。
在某些实施方式中，用一定的程序对所述计算机311编程，由该程序为各种 纳米粉末选择合适的反应物，以及反应条件，然后适当地对可空间寻址的收集 器发出指令，将各种纳米粉末沉积在基材上预先选定的位置。
组合库的制备
使用上述的热解系统可以很容易地制备组合材料库。通常选择所需的反应 所需要的反应物。然后确定是否需要辐射吸收气体将能量传输到反应物分子。 可以基于反应物的总数和特征以及是否存在辐射吸收气体来调节反应物供应 系统的构造。
在所需的压力下产生气流以提供反应物流和屏蔽气流。同时开启辐射源将 其导向反应区。产物微粒离开反应室，通过可空间寻址的粉末收集器沉积在基 材上的第一预定区域。然后改变反应物(前体)和/或气体流量和/或辐射强度和/ 或泵送速率以制备不同的微粒，该不同的微粒沉积在基材上的第二(通常是不同 的)区域上。通常再次重复该方法，在基材上的第三预定区域制备第三微粒，依 此类推，直至基材承载了所有不同的所需的微粒种类，从而形成这些不同微粒 种类(材料种类)的库。在某些实施方式中，所述基材承载了至少两种不同的微粒 种类(类)，优选具有至少四个或至少十个不同的微粒种类(类)，更优选是至少15， 20，25或50个不同的微粒种类(类)，最优选至少100，500，1000，5000或10,000个 不同的微粒种类(类)。可以理解，可以改变反应物(前体)和/或气体流量和/或辐 射强度和/或泵送速率，而不会使热解反应停止。
在某些实施方式中，所述反应物(前体)和/或气体流量和/或辐照强度和/或 泵送速率在热解装置运作过程中连续变化，而可空间寻址的收集器连续改变收 集微粒的基材的部分，以制得一种或多种材料性质的连续梯度变化。
可以使所述反应进行，直至制得所需量的微粒。然后如果需要，可以终止 流入反应室的气流。如果有合适的阀门，可以用这些阀门将微粒收集器隔离并 且/或者改变基材，同时保持系统的其它部分与周围大气相隔离。或者，可以变 换阀门，将产物微粒导向用来制造第二个库的第二可寻址的微粒收集器。
人们理解本文所述的实施例和实施方式仅是用来说明的，通过本发明，本 领域技术人员可以提出各种修改和改变形式，这些修改和改变形式包括在本申 请的精神和界限以内，以及包括在所附权利要求书的范围之内。本文所引用的 所有的出版物、专利和专利申请都全文参考结合入本文中。
相关申请交叉引用
本申请要求2004年10月13日提交的USSN 60/618,803的优先权，该申请全文 参考结合入本文中。
关于在联邦资助的研发之下获得的发明权利的声明
无