TW201512252A

TW201512252A - 自矽氧烷材料回收奈米顆粒的方法

Info

Publication number: TW201512252A
Application number: TW103117215A
Authority: TW
Inventors: James A Casey; Charles Serrano; David Witker; Bizhong Zhu
Original assignee: Dow Corning
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-04-01
Also published as: WO2014186540A1

Abstract

本發明提供一種自矽氧烷材料回收奈米顆粒之方法，其包含提供包含矽氧烷材料及奈米顆粒之奈米顆粒組合物。該方法亦包含對該奈米顆粒組合物之該矽氧烷材料進行解聚合以形成揮發性矽化合物。最後，該方法包含實質上分離該等揮發性矽化合物與該等奈米顆粒以回收該等奈米顆粒。

Description

自矽氧烷材料回收奈米顆粒的方法

本發明大體上係關於一種回收奈米顆粒之方法，且更特定言之一種自矽氧烷材料回收奈米顆粒之方法。

奈米顆粒為此項技術中已知的且可藉助於各種方法進行製備。舉例而言，奈米顆粒通常定義為具有至少一個小於100奈米之尺寸之顆粒且係自塊狀材料(其起初大於奈米顆粒)或自小於奈米顆粒之顆粒，諸如離子及/或原子產生。奈米顆粒尤其獨特，因為其可具有與其所來源之塊狀材料或較小顆粒顯著不同之特性。舉例而言，充當絕緣體或半導體之塊狀材料在呈奈米顆粒形式時可導電。

亦可藉助於電漿製程產生奈米顆粒。舉例而言，奈米顆粒可於電漿反應器中產生自前驅氣體。在某些電漿製程中，在諸如矽氧烷流體之流體中捕獲或收集產生於電漿反應器中之奈米顆粒。通常難以自矽氧烷流體回收或分離奈米顆粒。此外，即使在某些應用中利用包括奈米顆粒之矽氧烷流體，奈米顆粒通常可具有長使用壽命，其中該等奈米顆粒展現所需物理特性，但奈米顆粒通常在其初次使用之後丟棄。此為非所需的，因為產生奈米顆粒可為費時且昂貴的。

本發明提供一種自矽氧烷材料回收奈米顆粒之方法。該方法包含提供包含矽氧烷材料及奈米顆粒之奈米顆粒組合物。該方法亦包含對奈米顆粒組合物之矽氧烷材料進行解聚合以形成揮發性矽化合物。最後，該方法包含實質上分離揮發性矽化合物及奈米顆粒以回收奈米顆粒。

本發明之方法允許自矽氧烷材料回收奈米顆粒，其允許再循環或再使用矽氧烷材料及/或奈米顆粒。該方法提供顯著益處且擴展矽氧烷材料及奈米顆粒二者之使用壽命。

10‧‧‧變頻RF放大器/VHF射頻電源

11‧‧‧介電放電管/介電管/放電管/電漿產生腔室

12‧‧‧輝光放電/電漿

13‧‧‧電極組態/電極/尖端/多孔電極板

14‧‧‧電極/VHF射頻供電環/接地環/多孔電極板

15‧‧‧較大抽真空反應器

16‧‧‧固體基板

20‧‧‧電漿反應器系統/系統

21‧‧‧可變頻率RF放大器/可變頻率射頻功率放大器

22‧‧‧電漿產生腔室/出口/腔室

23‧‧‧區域

24‧‧‧電極組態/電極/多孔電極板

25‧‧‧第二電極組態/電極/多孔電極板

26‧‧‧顆粒收集腔室/收集腔室

27‧‧‧捕獲流體

28‧‧‧真空源

29‧‧‧反應物氣體入口

30‧‧‧出口

31‧‧‧孔口/孔

32‧‧‧容器

33‧‧‧真空源/真空泵

50‧‧‧電漿反應器系統/系統

101‧‧‧腔室

103‧‧‧入口

105‧‧‧出口

107‧‧‧儲集器

109‧‧‧加熱器

111‧‧‧噴射組件

113‧‧‧噴嘴/冷卻系統

120‧‧‧擴散泵

可在與隨附圖式結合進行考慮時於以下實施方式中描述本發明之其他優勢及態樣，在該等隨附圖式中：圖1說明用於產生奈米顆粒之低壓高頻脈衝電漿反應器之一個實施例；圖2說明用於產生奈米顆粒之低壓高頻脈衝電漿反應器之另一實施例；圖3說明包括產生奈米顆粒之低壓脈衝電漿反應器及收集奈米顆粒之擴散泵之系統之實施例；且圖4說明用於收集藉助於反應器產生之奈米顆粒之擴散泵之一個實施例的示意圖。

本發明提供一種自矽氧烷材料回收奈米顆粒之方法。本發明之方法允許再循環矽氧烷材料及/或奈米顆粒。此擴展矽氧烷材料及奈米顆粒二者之使用壽命，且再循環矽氧烷材料及/或奈米顆粒可比丟棄矽氧烷材料及奈米顆粒且再產生該等矽氧烷材料及奈米顆粒更廉價且較不費時。

該方法包含提供包含矽氧烷材料及奈米顆粒之奈米顆粒組合物。在下文中分別各自更詳細地描述奈米顆粒組合物之矽氧烷材料及奈米顆粒。

可以任何方式提供奈米顆粒組合物。舉例而言，可購買或製備奈米顆粒組合物。當製備奈米顆粒組合物時，可購買奈米顆粒及矽氧烷材料且將其合併以形成奈米顆粒組合物，或可在形成奈米顆粒組合物之前製備奈米顆粒及/或矽氧烷材料。

矽氧烷材料可為任何矽氧烷材料。矽氧烷材料意謂該矽氧烷材料包括至少一個矽氧烷鍵，亦即Si-O-Si鍵。舉例而言，矽氧烷材料可包含固體矽氧烷、液體矽氧烷、矽氧烷之分散液、矽氧烷與有機及/或無機化合物之混合物或其組合。更特定言之，矽氧烷材料可包含矽氧烷液體、矽氧烷流體、矽氧烷膠、矽氧烷凝膠、矽氧烷固體、矽氧烷樹脂、固化矽氧烷聚合物、未固化矽氧烷膠、矽氧烷乳液、矽氧烷密封劑、聚矽氧橡膠、矽氧烷油、矽氧烷潤滑脂、矽氧烷管形材料、液體聚矽氧橡膠、矽氧烷彈性體、矽氧烷帶、矽氧烷管形材料、填充矽氧烷聚合物、纖維強化矽氧烷聚合物、矽氧烷片、矽氧烷墊、矽氧烷清漆、矽氧烷手套或其組合。矽氧烷材料可經交聯或未交聯且可經固化或未固化。

矽氧烷材料可包含矽氧烷單元之任何組合，亦即矽氧烷材料包含R₃SiO_1/2單元(亦即M單元)、R₂SiO_2/2單元(亦即D單元)、RSiO_3/2單元(亦即T單元)及SiO_4/2單元(亦即Q單元)之任何組合，其中R通常為經取代或未經取代之烴基(如下文所定義)。舉例而言，當矽氧烷材料包含橡膠、彈性體或凝膠時，矽氧烷材料包含至少一種包括重複D單元之聚合物(亦即直鏈或部分分支鏈聚合物)或由其形成。或者，當矽氧烷材料為樹脂時，矽氧烷材料通常包括具有T及/或Q單元之矽氧烷樹脂。

在矽氧烷材料為樹脂之實施例中，矽氧烷材料可包含DT樹脂、MT樹脂、MDT樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂、MDTQ樹脂、DQ樹脂、 MQ樹脂、DTQ樹脂、MTQ樹脂或MDQ樹脂。不同樹脂之組合可存在於矽氧烷材料中。此外，矽氧烷材料可包含與聚合物組合之樹脂。

當矽氧烷材料經固化或交聯時，矽材料可由多種反應機制形成。舉例而言，矽氧烷材料可由矽氫化-可固化矽氧烷組合物、輻射-可固化矽氧烷組合物、過氧化物-可固化矽氧烷組合物或縮合-可固化矽氧烷組合物形成。

在各種實施例中，矽氧烷材料包含矽氧烷流體或聚合物。矽氧烷流體或聚合物可為直鏈、分支鏈、部分分支鏈或環狀的。此外，矽氧烷聚合物可經交聯以形成矽氧烷材料。

矽氧烷材料之特定實例包括聚二甲基矽氧烷(PDMS)、苯基甲基矽氧烷、甲基氫矽氧烷、二苯基矽氧烷、乙烯基甲基矽氧烷、氟烷基矽氧烷、甲基矽倍半氧烷、苯基倍半氧矽烷及其共聚物或組合。

在矽氧烷材料包含矽氧烷聚合物或流體之實施例中，矽氧烷聚合物包含重複R₂SiO_2/2單元，其中R為獨立選擇之經取代或未經取代烴基。舉例而言，R可為脂族、芳族、環狀、脂環族等。此外，R可包括烯系不飽和性。「經取代(substituted)」意謂烴之一或多個氫原子可藉由除氫以外之原子(例如鹵素原子，諸如氯、氟、溴等)置換，或R鏈內之碳原子可藉由除碳以外之原子置換，亦即R可於鏈內包括一或多個雜原子，諸如氧、硫、氮等。R通常具有1至10個碳原子，或者1至6個碳原子。含有至少3個碳原子之經取代或未經取代之烴基可具有分支或未分支結構。烴基之實例由R表示，其包括(但不限於)烷基，諸如甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基、1,1-二甲基乙基、戊基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、壬基及癸基；烯基，諸如乙烯基；環烷基，諸如環戊基、環己基及甲基環己基；芳基，諸如苯基及萘基；烷芳基，諸如甲苯基及二甲苯基；及芳烷基，諸如苄基及苯乙基。經鹵素取代之烴基之實例由R表示，其包括(但不限於)3,3,3-三氟丙基、3-氯丙基、氯苯基、二氯苯基、2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3-四氟丙基及2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基。

除由R表示之基團以外，矽氧烷聚合物可於任何末端或側接位置包括其他取代基或官能基。舉例而言，矽氧烷聚合物可包括矽鍵結羥基、氫原子、胺基、矽氮烷基、(甲基)丙烯酸酯基、環氧基等。該等基團或原子可存在於重複D單元(下文所述)或末端M單元(其通常具有式R₃SiO_1/3，除非R中之一或多者藉由此等其他取代基或官能基中之一者置換)中。最通常地，該等基團(若存在)在矽氧烷聚合物中為末端。

由於矽氧烷聚合物包含重複R₂SiO_2/2單元，矽氧烷聚合物具有直鏈部分。然而，矽氧烷聚合物可視情況為分支鏈、部分分支鏈的及/或可包括具有三維網路化結構之樹脂部分。在該等實施例中，矽氧烷聚合物進一步包含RSiO_3/2單元及/或SiO_4/2單元。矽氧烷聚合物自身或矽氧烷聚合物之樹脂部分(若存在)之分支可歸因於T及/或Q單元之存在。

矽氧烷聚合物可由矽氧烷聚合物主鏈內之矽氧烷鍵(Si-O-Si)組成。或者，矽氧烷聚合物可包括藉由一或多個二價基團例如CH₂鍵聯基團分離之矽氧烷鍵，其中CH₂可重複至多(例如)10次。該等二價基團之存在與否通常可歸因於形成矽氧烷聚合物之反應機制，由縮合形成由矽氧烷鍵組成之矽氧烷聚合物且由矽氫化形成包括一或多個二價基團之矽氧烷聚合物。

矽氧烷聚合物可視情況具有官能基，諸如矽鍵結烯基、矽鍵結羥基、矽鍵結烷氧基等。在包括該等官能基之各種實施例中，官能基可為端基、側基或二者。通常，官能基為端基。舉例而言，矽氧烷聚合物可經二甲基乙烯基封端、二乙烯基甲基封端、二甲基羥基封端、二羥基甲基封端等。在某些實施例中，矽氧烷聚合物包括選自可水解基團、烯基或其組合之端基。一般而言，當矽氧烷聚合物包括該端基時，由組合物形成之層之物理特性得以改良。

在矽氧烷材料包含矽氧烷聚合物之各種實施例中，矽氧烷聚合物具有以下通式(A)：(X)_3-a(R)_a-Si-(CH₂)_b-(O)_c-((SiR₂-O)_d-SiR₂)_e-(CH₂)_f-[((SiR₂-O)_g-SiR₂)_h-(CH₂)_i]_j-((SiR₂-O)_k-SiR₂)_l-(O)_m-(CH₂)_n-Si-(X)_3-p(R)_p；其中X為獨立選擇之可水解基團；R定義於上文中；a及p各自為獨立地選自0至3之整數；b、f、i及n各自為獨立地選自0至10之整數；c及m各獨立地為0或1；d、g，及k各自為獨立地選自0或1至200之整數，其限制條件為d、g，及k不同時為0；e、h及l各自為獨立地選自0及1之整數，其限制條件為e、h及l不同時為0；且j為選自0至5之整數；限制條件為當下標d為0時，下標e亦為0；當下標d大於0時，下標e為1；當下標g為0時，下標h、i及j亦為0；當下標g大於1時，下標h為1且下標j至少為1；當下標k為0時，下標l亦為0；及當下標k大於0時，下標l為1。

由通式(A)中之X表示之可水解基團可選自已知可水解基團，例如矽烷醇基、矽鍵結氫基、矽鍵結烷氧基、矽鍵結鹵素原子、矽氮烷基等。

在以上通式(A)中，下標d、g及k代表矽氧烷聚合物之重複R₂SiO_2/2單元。

在各種實施例中，下標c及m為0且下標b、d、e、f、g、h、i、j、k、l及n各自為1或1以上之整數。當下標j為1時，所得矽氧烷聚合物包括各自藉由二價鍵聯基團分離之重複矽氧烷鍵的三個片段，該等二價鍵聯基團分別由下標b、f、i及n表示。在此等實施例中，矽氧烷聚合物通常由矽氫化形成且可由以下通式表示：(X)_3-a(R)_a-Si-(CH₂)_b-((SiR₂-O)_d-SiR₂)_e-(CH₂)_f-[((SiR₂-O)_g-SiR₂)_h- (CH₂)_i]_j-((SiR₂-O)_k-SiR₂)_l-(CH₂)_n-Si-(X)_3-p(R)_p。

通常，當下標d、g及k為1或1以上時，下標j為1(且如上文所定義，由於下標d大於0，下標e為1，且由於下標g大於0，下標h為1。在此等實施例中，矽氧烷聚合物具有以下通式：(X)_3-a(R)_a-Si-(CH₂)_b-(SiR₂-O)_d-SiR₂-(CH₂)_f-(SiR₂-O)_g-SiR₂-(CH₂)_i-(SiR₂-O)_k-SiR₂-(CH₂)_n-Si-(X)_3-p(R)_p。

最通常地，下標d及k各自為1且下標g為大於1之整數以使得由下標g表示之嵌段提供矽氧烷聚合物中之重複R₂SiO_2/2單元。在此等實施例中，矽氧烷聚合物具有以下通式：(X)_3-a(R)_a-Si-(CH₂)_b-SiR₂-O-SiR₂-(CH₂)_f-(SiR₂-O)_g-SiR₂-(CH₂)_i-SiR₂-O-SiR₂-(CH₂)_n-Si-(X)_3-p(R)_p。

在其他實施例中，下標c及m為1且下標b、f、i及n各自為0。在此等實施例中，矽氧烷聚合物通常由縮合形成且可由以下通式表示：(X)_3-a(R)_a-Si-O-((SiR₂-O)_d-SiR₂)_e-[((SiR₂-O)_g-SiR₂)_h]_j-((SiR₂-O)_k-SiR₂)_l-O-Si-(X)_3-p(R)_p。

由於R經獨立選擇且可在不同R₂SiO_2/2單元中變化，可重寫以上通式以不包括由下標e、h、j及l表示之嵌段中之任一者，只要並非所有此等下標同時為0。舉例而言，當在由下標d、下標h、下標j及/或下標l表示之嵌段內僅包括R₂SiO_2/2單元時，可重寫以上通式，因為此等式中之每一者將彼此重複，除了在矽氧烷聚合物包括大於200個重複R₂SiO_2/2單元之實施例中的分子量之潛在差異。作為一個實例，在下文中重寫上文介紹之通式，其中下標d、e、k及l為0，下標g為大於1之整數，且下標h及j為1：(X)_3-a(R)_a-Si-O-(SiR₂-O)_g-SiR₂-O-Si-(X)_3-p(R)_p。

此外，由於R經獨立選擇，緊鄰之上文所介紹之通式可進一步如下縮合： (X)_3-a(R)_a-Si-O-(SiR₂-O)_g-Si-(X)_3-p(R)_p。

下標a及p可各獨立地為0至3以使得此等實施例之矽氧烷聚合物不必具有任何矽鍵結可水解基團。僅為達成說明之目的而在下文中闡述緊鄰之上文之通式內之矽氧烷聚合物的特定物質：

在此等實例中之每一者中，下標g代表重複R₂SiO_2/2單元，且g係基於矽氧烷聚合物之所需分子量及黏度來選擇。

可在矽氧烷材料中利用矽氧烷聚合物之單一物質或可彼此共同利用矽氧烷聚合物之不同物質之各種組合。舉例而言，可彼此組合地利用兩種不同類型之矽氧烷聚合物，或可與矽氧烷樹脂，例如MQ樹脂組合來利用矽氧烷聚合物。

在一個特定實施例中，奈米顆粒組合物可為同在申請中之申請案序號___________(H&H 071038.01249；DC11716)之奈米顆粒組合物，該申請案特此申請且以全文引用的方式併入本文中。

如上文所介紹，奈米顆粒組合物進一步包含奈米顆粒。取決於利用奈米顆粒組合物之應用或最終用途，奈米顆粒可由任何方法形成且可包含任何類型之材料。在某些實施例中，奈米顆粒組合物之矽氧烷材料為液體以使得奈米顆粒組合物為矽氧烷材料中之奈米顆粒之懸浮液。一般而言，奈米顆粒具有至少一個小於100或者小於75或者小於50奈米之尺寸(如在下文中更詳細地描述)。或者，奈米顆粒具有小於100或者小於75或者小於50奈米之平均最大尺寸。

在某些實施例中，奈米顆粒組合物之奈米顆粒係藉助於電漿製程產生。如在此項技術中易於理解，產生奈米顆粒之製程通常影響奈米顆粒之物理特性。在下文中描述適合於產生奈米顆粒組合物之奈米顆粒之特定電漿製程及對應電漿反應器或系統。

在各種實施例中，奈米顆粒組合物之奈米顆粒係藉助於基於RF電漿之製程產生。在此等實施例中，收縮RF電漿可用於產生奈米顆粒。更特定言之，此等製程利用以收縮模式操作之RF電漿以自前驅氣體產生奈米顆粒。

在此等實施例中，可藉由將前驅氣體及視情況存在之緩衝氣體引入至電漿腔室中且於腔室中產生RF電容電漿來進行產生奈米顆粒之製程。可在促進形成電漿不穩定性(亦即在空間及時間上強烈不均勻之電漿)(其造成在腔室中形成收縮電漿)之壓力及射頻功率條件下產生RF電漿。收縮電漿(constricted plasma，有時亦被稱作contracted plasma)使得形成高電漿密度燈絲，有時亦被稱作電漿通道。電漿通道藉由相比於周圍電漿之劇烈提昇之電漿密度、電離速率及氣體溫度表徵。其可為固定或非固定的。可觀測到放電管中之燈絲之週期性旋轉，例如燈絲可無規變化其旋轉方向、軌跡及旋轉頻率。燈絲可呈現為縱向不均勻或條紋狀的。在其他情況下，燈絲可為縱向均勻的。

可與前驅氣體一起合意地包括惰性緩衝或載體氣體，諸如氖氣、氬氣、氪氣或氙氣。在基於收縮電漿之方法中摻雜該等氣體為尤其所需的，因為此等氣體促進形成熱不穩定性以達成熱收縮。在RF電漿中，解離之前驅氣體物質(亦即由前驅體分子之解離產生之解離產物)成核及生長為奈米顆粒。

咸信形成收縮RF電漿促進結晶奈米顆粒形成，因為收縮電漿使得形成高電流密度電流通道(亦即燈絲)，其中局部電離度、電漿密度及氣體溫度比傾向於產生非晶奈米顆粒之一般擴散電漿之彼等高得多。舉例而言，在一些情況下，可於收縮電漿中達成至少約1000K之氣體溫度與至多約10¹³cm^-3之電漿密度。加性效應可使得進一步加熱奈米顆粒至甚至高於氣體溫度之溫度。此等包括電漿電子及離子於奈米顆粒表面之再結合、顆粒表面之氫再結合及與奈米顆粒表面生長相關的冷凝熱釋放。在一些情況下，奈米顆粒可加熱至氣體溫度以上幾百克氏度之溫度。電漿可為連續而非脈衝電漿。

因此，本發明製程之一些實施例使用RF電漿收縮以使用相對較低電漿頻率提供高氣體溫度。

可藉由在產生RF電漿時使用足夠高射頻功率及氣體壓力達成促進形成收縮電漿之條件。可採用使得形成能夠促進自解離之前驅氣體物質形成奈米顆粒之收縮RF電漿之任何射頻功率及氣體壓力。可取決於電漿反應器幾何形狀略微改變適當射頻功率及氣體壓力位準。然而，在本文提供之製程之一個例示性實施例中，用於啟動RF電漿之射頻功率為至少約100瓦特且在電漿存在下於電漿腔室中之總壓力(亦即總電漿壓力)為至少約1托。此包括射頻功率為至少約110瓦特之實施例且進一步包括射頻功率為至少約120瓦特之實施例。此亦包括在電漿存在下於電漿腔室中之總壓力為至少約5托之實施例且進一步包括在電漿存在下於電漿腔室中之總壓力為至少約10托(例如約10至15托)之實施例。

促進形成非收縮RF電漿之條件可與上文關於產生收縮電漿所述之彼等條件類似。然而，奈米顆粒通常在較低壓力、較高前驅氣體流動速率及較低緩衝氣體流動速率下於非收縮電漿中形成。舉例而言，在一些實施例中，在小於約5托且合意地，小於約3托之總壓力下於RF電漿中產生奈米顆粒。此包括在電漿存在下於電漿反應器中之總壓力為約1至3托之實施例。在此等實施例中之前驅氣體之典型流動速率可為至少5sccm，包括前驅氣體之流動速率為至少約10sccm之實施例。在此等實施例中之緩衝氣體之典型流動速率可為約1至50sccm。

用於啟動射頻電漿之RF電壓之頻率可在RF範圍內變化。在某些實施例中，採用13.56MHz之頻率，其為用於RF電漿加工行業中之主要頻率。然而，頻率可合意地低於微波頻率範圍，亦即低於約1GHz。此包括頻率將合意地低於極高頻(VHF)範圍(例如低於約30MHz)之實施例。舉例而言，本發明方法可使用25MHz或25MHz以下之射頻產生射頻電漿。

與此特定實施例(其中藉助於此電漿製程產生奈米顆粒)相關之其他態樣係描述於美國專利第7,446,335號及美國專利第8,016,944號中，該等專利各自分別以全文引用之方式併入本文中。

在其他實施例中，在低壓電漿反應器，諸如低壓高頻脈衝電漿反應器中製備矽氧烷組合物之奈米顆粒。

在此等實施例中，脈衝電漿使得操作者能夠直接設定顆粒成核之滯留時間且進而控制電漿中之粒度分佈及聚結動力學。舉例而言，可調節脈衝反應器之操作參數以形成結晶奈米顆粒或非晶奈米顆粒。含有半導體之前驅體進入介電放電管中，在該管中操作電容耦合電漿或電感耦合電漿。當前驅體分子於電漿中解離時，奈米顆粒開始成核。當在脈衝循環期間電漿斷開或在低離子能態下時，可將帶電奈米顆粒轉移至反應器腔室，該等奈米顆粒可在該腔室中沈積於基板上或經受進一步處理。

可藉助於藉由任意函數發生器觸發之可變頻率射頻功率放大器供應電力以建立高頻脈衝電漿。在一個實施例中，使用環形電極、平行板或陽極/陰極裝置將射頻電源電容地耦合至氣體中之電漿中。或者，可於放電管周圍使用RF線圈裝置將射頻電源以電感耦合模式耦合至電漿中。可藉助於質量流量控制器或校準之旋轉流量計控制前驅氣體。可經由可變接地或偏壓孔控制自放電管至反應器腔室之壓差。取決於孔尺寸及壓力，反應器腔室中之奈米顆粒分佈可變化，因此提供可用於調節所得奈米顆粒之特性之另一製程參數。

在一個實施例中，可在放電管中於100毫托至10托之壓力下以10MHz至500MHz之頻率及5瓦特至100瓦特之功率操作電漿反應器。

現參看圖1，顯示低壓高頻脈衝電漿反應器之一個例示性實施例。在所說明之實施例中，前驅氣體可引入經抽真空之介電放電管11中。放電管11包括附接至變頻RF放大器10之電極組態13。電極14之另一部分接地、DC偏壓或相對於電極13以推拉方式操作。電極13、14用於將極高頻(VHF)電源耦合至前驅氣體中以啟動且維持輝光放電或電漿12。前驅氣體可隨後於電漿中解離且成核以形成奈米顆粒。

在一個實施例中，電極13、14用於介電管11(其為流通式噴頭設計)內部之電漿源，其中在多孔電極板13上游偏壓之VHF射頻與下游多孔電極板14分離，該等板之孔隙彼此對準。孔隙可為圓形、矩形或任何其他所需形狀。或者，介電管11可封閉耦合至VHF射頻電源10且具有尖端之電極13，該尖端在介電管11內部於尖端與接地環14之間具有可變距離。在此狀況下，在約10至500MHz之頻率範圍內操作VHF射頻電源10。在另一替代實施例中，尖端13可以尖端與以推拉模式(180°異相)操作之VHF射頻供電環14之間的可變距離安置。在又另一替代實施例中，電極13、14包括電感線圈，其耦合至VHF射頻電源以使得射頻電源藉由由電感線圈形成之電場傳遞至前驅氣體。部分介電管11可經抽空至1×10^-7至500托之間的真空度。

成核奈米顆粒可傳遞至較大抽真空反應器15中，可在該反應器中進行收集於固體基板16(包括夾盤)上或收集至適當液體基質/溶液中。舉例而言，奈米顆粒可收集於矽氧烷材料中以形成奈米顆粒組合物。或者，奈米顆粒可收集於捕獲流體中且隨後引入至可固化矽氧烷組合物中以形成矽氧烷組合物。固體基板16可電接地、偏壓、溫度控制、旋轉、相對於產生奈米顆粒之電極安置或安置於卷軸式系統上。若沈積至基板上不為所選，則將顆粒疏散至適合之泵中以轉換為常壓。奈米顆粒可隨後發送至大氣分級系統，諸如差示遷移率分析器，且經收集以用於進一步功能化或其他加工。

在所說明之實施例中，藉助於諸如AR Worldwide型號KAA2040或Electronics and Innovation 3200L之射頻功率放大器以高頻電漿來引發電漿。放大器可藉由0.15至150MHz之任意函數發生器(例如Tektronix AFG3252函數發生器)(其能夠產生至多200瓦特電力)驅動(或脈衝)。在各種實施例中，任意函數可能夠藉由脈衝串、振幅調變、頻率調變或不同波形來驅動功率放大器。放大器與前驅氣體之間的電源耦合通常隨著射頻功率之頻率增加而增加。因此，在較高頻率下驅動電源之能力可允許供電與放電之間的更有效耦合。

必要時，可藉由使奈米顆粒以VHF射頻低壓電漿放電自至少一種前驅氣體成核且藉由控制氣溶膠形式之奈米顆粒之平均自由路徑(因此允許在收集之前的顆粒-顆粒相互作用)收集成核奈米顆粒來產生具有不同聚結長度之奈米顆粒。可在真空環境內於固體基板上收集成核奈米顆粒，真空環境中之收集距離大於藉助於壓力控制之顆粒之平均自由路徑。進而可控制奈米顆粒之聚結長度。或者，可在真空環境內於液體基質中收集成核奈米顆粒，真空環境中之收集距離大於藉助於壓力控制之顆粒之平均自由路徑，因此控制奈米顆粒之聚結長度。基板距成核區域(電漿放電)愈遠，恆定壓力下之聚結愈長。合成之奈米顆粒可以氣溶膠形式自低壓環境抽至大氣環境中以藉由氣溶膠之濃度至少部分控制聚結長度。

在某些實施例中，可使用VHF射頻低壓電漿藉由合成結晶或非晶核心奈米顆粒產生奈米顆粒，該電漿藉由脈衝放電以控制電漿滯留時間而在低壓環境中放電。舉例而言，可經由VHF射頻低壓電漿放電以相對於前驅氣體分子滯留時間增加之電漿滯留時間合成非晶核心奈米顆粒。或者，可在放電驅動頻率、驅動振幅、放電管壓力、腔室壓力、電漿功率密度、通過電漿之氣體分子滯留時間及距電漿源電極之收集距離之相同操作條件下以較低電漿滯留時間合成結晶核心奈米顆粒。

與此特定實施例(其中藉助於此電漿製程產生奈米顆粒)相關之其他態樣係描述於中國際(PCT)公開案第WO 2010/027959(PCT/US2009/055587)號中，其以全文引用的方式併入本文中。

參看圖2，電漿反應器系統之替代實施例顯示於20。在此實施例中，電漿反應器系統20包含具有反應物氣體入口29及出口30(其中具有孔口或孔31)之電漿產生腔室22。顆粒收集腔室26與電漿產生腔室22連通。顆粒收集腔室26於容器32中含有捕獲流體27。容器32可經調適以進行攪動(藉由未圖示之工具)。舉例而言，容器32可安置於可旋轉支撐物(未圖示)上或可包括攪拌機構。較佳地，捕獲流體在系統之操作溫度下為液體。電漿反應器系統5亦包括與顆粒收集腔室26及電漿產生腔室22連通之真空源28。

電漿產生腔室22包含附接至可變頻率RF放大器21之電極組態24。電漿產生腔室22亦包含第二電極組態25。第二電極組態25經接地、DC偏壓或相對於電極組態24以推拉方式操作。電極24、25用於將極高頻(VHF)電源耦合至反應物氣體混合物以於鑑定為23之區域內啟動及維持電漿之輝光放電。隨後在電漿中解離第一反應前驅氣體以提供帶電原子，該等原子經成核以形成奈米顆粒。然而，涵蓋其他放電管配置，且可用於進行本文中所揭示之方法。

在圖2之實施例中，在顆粒收集腔室26中於捕獲流體中收集奈米顆粒。為控制形成之奈米顆粒之直徑，電漿產生腔室22之出口22中之孔口31與捕獲流體之表面之間的距離在約5至約50孔口直徑之間的範圍內。已發現使捕獲流體之表面定位於太接近電漿產生腔室之出口可產生電漿與捕獲流體之非所需相互作用。相反地，捕獲流體之表面定位於距孔口太遠降低顆粒收集效率。由於收集距離為出口之孔口直徑及電漿產生腔室與收集腔室之間的壓降之函數，基於本文所述之操作條件，可接受收集距離為約1至約20、或者約5至約10cm。換言之，可接受收集距離為約5至約50孔口直徑。

電漿產生腔室22亦包含電源供應器。藉助於可變頻率射頻功率放大器21供應電源，該功率放大器藉由任意函數發生器觸發以於區域23中建立高頻脈衝電漿。較佳地，使用氣體中之環形電極、平行板或陽極/陰極裝置將射頻電源電容地耦合至電漿中。或者，可於放電管周圍使用RF線圈裝置將射頻電源以電感耦合模式耦合至電漿中。

電漿產生腔室11亦可包含介電放電管。較佳地，反應物氣體混合物進入產生電漿之介電放電管。當第一反應前驅氣體分子於電漿中解離時，自反應物氣體混合物形成之奈米顆粒開始成核。

真空源28可包含真空泵。或者，真空源28可包含機械、渦輪分子或低溫泵。

在一個實施例中，用於電漿產生腔室22內部之電漿源之電極24、25包含流通式噴頭設計，其中在多孔電極板24上游偏壓之VHF射頻與下游多孔電極板25分離，該等板之孔隙彼此對準。孔隙可為環形、矩形或任何其他所需形狀。或者，電漿產生腔室22可封閉耦合至VHF射頻電源且具有尖端之電極24，該尖端在腔室22內部於尖端與接地環之間具有可變距離。

在一個實施例中，可以實質上類似於關於圖1之實施例在上文中所述之方式操作VHF射頻電源。可藉助於諸如AR Worldwide型號 KAA2040或Electronics and Innovation型號3200L或EM Power RF Systems,Inc.型號BBS2E3KUT之射頻功率放大器以高頻電漿引發區域23中之電漿。可藉由如上文關於圖1之實施例所述之任意函數發生器驅動(或脈衝)放大器。

在一個實施例中，預選電漿系統之電源及頻率以產生就形成奈米顆粒而言之最佳操作空間。較佳地，調諧電源及頻率二者於放電中產生適當離子及電子能量分佈以幫助解離反應前驅氣體之分子及使奈米顆粒成核。

圖2中所說明之電漿反應器系統20可經脈衝以使得操作者能夠直接管理顆粒成核之駐留時間，且進而控制電漿中之粒度分佈及聚結動力學。系統20之脈衝函數允許電漿中之顆粒駐留時間之受控調諧，其影響奈米顆粒之尺寸。藉由減少電漿之「接通」時間，成核顆粒具有較少聚結時間，且因此可減小奈米顆粒之平均尺寸(亦即奈米顆粒分佈可移至較小直徑粒度)。

有利地，在較高頻率範圍內操作電漿反應器系統20及脈衝電漿提供與使用電漿不穩定性以產生高離子能量/密度之習知收縮/燈絲放電技術相同之條件，但具有使用者可控制操作條件以選擇及產生具有各種尺寸之奈米顆粒(其影響奈米顆粒之特徵物理特性，例如光致發光)之額外優勢。

對於脈衝注射，可藉由脈衝能量源，諸如脈衝極高頻RF電漿、高頻RF電漿或用於熱解之脈衝雷射進行奈米顆粒之合成。較佳地，在約1至約50kHz範圍內之頻率下脈衝VHF射頻。

另一種將奈米顆粒轉移至捕獲流體之方法為在啟動電漿時脈衝反應物氣體混合物之輸入。舉例而言，吾人可在存在至少一種維持放電之其他氣體，諸如惰性氣體之情況下啟動存在第一反應前驅氣體之電漿以合成奈米顆粒。當藉由質量流量控制器使第一反應前驅氣體之流動停止時停止奈米顆粒合成。當第一反應前驅氣體再次開始流動時繼續奈米顆粒之合成。此產生奈米顆粒之脈衝流。若撞擊捕獲流體之奈米顆粒之通量大於吸收至捕獲流體中之奈米顆粒之吸收率，則此技術可用於增加捕獲流體中之奈米顆粒之濃度。

在另一實施例中，藉助於產生壓差之孔口或孔31將成核奈米顆粒自電漿產生腔室22轉移至含有捕獲流體之顆粒收集腔室26。預期可經由多種方法控制電漿產生腔室22與顆粒收集腔室26之間的壓差。在一種組態中，電漿產生腔室22之放電管內徑比顆粒收集腔室26之內徑小得多，因此產生壓降。在另一種組態中，接地物理孔口或孔可置放於放電管與收集腔室26之間，該腔室迫使電漿基於電漿之德拜長度(Debye length)及腔室22之尺寸而部分滯留於孔內。另一組態包含使用不同靜電孔，在該靜電孔中產生正同心電荷，其迫使帶負電電漿通過孔口31。

預期捕獲流體可用作材料處理及儲存媒體。在一個實施例中，選擇捕獲流體以允許在收集奈米顆粒時，奈米顆粒吸收及分散於流體中，因此於捕獲流體中形成奈米顆粒之分散液或懸浮液。若奈米顆粒與流體可混溶，則其將吸收於流體中。舉例而言，捕獲流體可包含矽氧烷材料以使得奈米顆粒可收集於矽氧烷材料中以形成奈米顆粒組合物。或者，奈米顆粒可收集於捕獲流體中且隨後引入至矽氧烷材料中以形成奈米顆粒組合物。

捕獲流體經選擇以具有就奈米顆粒捕獲及儲存而言所需之特性。在一特定實施例中，捕獲流體之蒸氣壓低於電漿反應器中之操作壓力。較佳地，反應器及收集腔室26中之操作壓力在約1至約5毫托範圍內。亦涵蓋其他操作壓力。捕獲流體可包含矽氧烷流體，諸如聚二甲基矽氧烷、苯基甲基-二甲基環矽氧烷、四甲基四苯基三矽氧烷及/或五苯基三甲基三矽氧烷。此等矽氧烷流體可構成奈米顆粒組合物之矽氧烷材料，在此情況下，可在於矽氧烷流體中收集或捕獲奈米顆粒時製備奈米顆粒組合物。然而，通常，捕獲流體包含矽氧烷流體以使得一旦奈米顆粒捕獲或收集於捕獲流體中便形成奈米顆粒組合物。在此等實施例中，奈米顆粒組合物通常為矽氧烷材料(其為液體)中之奈米顆粒之懸浮液。

可在直接捕獲奈米顆粒期間攪動捕獲流體，例如藉由攪拌、旋轉、反轉及提供攪動之其他適合之方法。若需要奈米顆粒吸收至捕獲液體中之較高吸收速率，則考慮更強烈的攪動形式，例如超音波處理。

如首先在上文中所介紹，在圖2之實施例中，當在電漿產生腔室22中解離第一反應前驅氣體時，形成奈米顆粒且夾帶於氣相中。奈米顆粒合成位置與捕獲流體之表面之間的距離必須足夠短以使得在夾帶奈米顆粒時不發生非所需功能化。若奈米顆粒在氣相內相互作用，則將形成許多個別小奈米顆粒之聚結物且捕獲於捕獲流體中。若在氣相內發生過多相互作用，則奈米顆粒可結塊在一起且形成具有較大平均直徑之奈米顆粒。收集距離定義為自電漿產生腔室之出口至捕獲流體之表面之距離。

與此特定實施例(其中藉助於此電漿製程產生奈米顆粒)相關之其他態樣係描述於中國際(PCT)公開案第WO 2011/109299(PCT/US2011/026491)號中，其以全文引用的方式併入本文中。

參看圖3，電漿反應器系統之替代實施例顯示於50。在此實施例中，在具有用於產生奈米顆粒氣溶膠(例如氣體中之奈米顆粒)之反應器及與反應器處於流體連通以收集氣溶膠之奈米顆粒之擴散泵的系統中製備矽氧烷組合物之奈米顆粒。舉例而言，可藉由將反應器(例如低壓電漿反應器)中產生之奈米顆粒氣溶膠引入至與反應器處於流體連通之擴散泵中、在來自擴散泵油、液體或流體(例如矽氧烷流體)之冷凝物中捕獲氣溶膠之奈米顆粒及在儲集器中收集捕獲之奈米顆粒來製備各種尺寸分佈及特性之奈米顆粒。

例示性反應器係描述於WO 2010/027959及WO 2011/109229中，該等專利中之每一者為上文所述且以全文引用的方式併入本文中。該等反應器可為(但不限於)低壓高頻脈衝電漿反應器。舉例而言，圖3說明圖2之實施例之電漿反應器，但包括與反應器處於流體連通之擴散泵。為此目的，就圖3之實施例而言，不在本文中重複關於此特定電漿反應器之描述。

在圖3之實施例中，電漿反應器系統50包括擴散泵120。因此，可藉由擴散泵120收集奈米顆粒。顆粒收集腔室26可與電漿產生腔室22處於流體連通。擴散泵120可與顆粒收集腔室26及電漿產生腔室22處於流體連通。在本發明之其他形式中，系統50可不包括顆粒收集腔室26。舉例而言，出口30可耦合至擴散泵120之入口103，或擴散泵120可與電漿產生腔室22實質上直接處於流體連通。

圖4為適合於圖3之實施例之系統50之例示性擴散泵120之截面示意圖。擴散泵120可包括具有入口103及出口105之腔室101。入口103可具有約2至約55吋之直徑，且出口可具有約0.5至約8吋之直徑。腔室101之入口103與反應器20之出口30處於流體連通。擴散泵120可具有例如約65至約65,000公升/秒或約65,000公升/秒以上之泵送速度。

擴散泵120包括與腔室101處於流體連通之儲集器107。儲集器107負載或含有擴散泵流體。儲集器可具有約30cc至約15公升之體積。擴散泵中之擴散泵流體之體積可為約30cc至約15公升。

擴散泵120可進一步包括加熱器109以用於將儲集器107中之擴散泵流體汽化為蒸氣。加熱器109加熱擴散泵流體且汽化擴散泵流體以形成蒸氣(例如液相至氣相轉換)。舉例而言，擴散泵流體可加熱至約100至約400℃或約180至約250℃。

噴射組件111可與儲集器107處於流體連通，其包含噴嘴113以將汽化之擴散泵流體排放至腔室101中。汽化之擴散泵流體經由噴射組件111流動及上升且自噴嘴113發射出。在圖4中藉由箭頭說明汽化之擴散泵流體之流動。汽化之擴散泵流體冷凝且流回至儲集器107。舉例而言，噴嘴113可相對於腔室101之壁排放汽化之擴散泵流體。可藉由冷卻系統113(諸如水冷卻系統)冷卻腔室101之壁。腔室101之經冷卻之壁可使得汽化之擴散泵流體冷凝。經冷凝之擴散泵流體可隨後沿腔室101之壁流動且流下該等壁且流回至儲集器107。可經由擴散泵120持續循環擴散泵流體。擴散泵流體之流動使得進入入口103之氣體自腔室101之入口103擴散至出口105。真空源33可與腔室101之出口105處於流體連通以幫助自出口105移除氣體。

當氣體流經腔室101時，可藉由擴散泵流體吸收氣體中之奈米顆粒，進而自氣體收集奈米顆粒。舉例而言，可藉由經汽化及/或冷凝之擴散泵流體潤濕奈米顆粒之表面。此外，循環之擴散泵流體之攪拌可相比於靜態流體而另外改良奈米顆粒之吸收率。腔室101內之壓力可小於約1毫托。

可隨後自擴散泵120移除具有奈米顆粒之擴散泵流體。舉例而言，可藉由實質上不具有奈米顆粒之擴散泵流體持續移除及置換具有奈米顆粒之擴散泵流體。

有利地，擴散泵120不僅可用於收集奈米顆粒且亦可用於抽空反應器20(及收集腔室26)。舉例而言，反應器20中之操作壓力可為低壓力，例如小於常壓、小於760托或在約1與約760托之間。收集腔室26可例如在約1至約5毫托範圍內。亦涵蓋其他操作壓力。

可選擇擴散泵流體以具有就奈米顆粒捕獲及儲存而言所需之特性。擴散泵流體可與上文關於圖2之實施例所述之捕獲流體相同。類似地，擴散泵流體可包含矽氧烷材料，例如上文所述之矽氧烷流體中之任一者，使得當奈米顆粒捕獲於擴散泵流體中時便形成奈米顆粒組合物。或者，奈米顆粒可與擴散泵流體分離或隔離且與矽氧烷材料合併以形成奈米顆粒組合物。舉例而言，擴散泵流體可經離心及/或傾析以濃縮或分離其中之奈米顆粒。其他擴散泵流體及油可包括烴、苯基醚、氟化聚苯醚及離子流體。流體可在23±3℃下具有0.001至1、0.005至0.5或0.01至0.1Pa．s之黏度。此外，流體可具有小於約1×10^-4托之蒸氣壓。通常，擴散泵流體包含矽氧烷擴散泵流體以使得一旦奈米顆粒捕獲或收集於矽氧烷擴散泵流體中(一旦經冷凝)便形成奈米顆粒組合物。在此等實施例中，奈米顆粒組合物通常為矽氧烷材料(其為液體)中之奈米顆粒之懸浮液。

系統50亦可包括與擴散泵120之出口105處於流體連通之真空泵或真空源33。可選擇真空源33以便恰當地操作擴散泵120。在本發明之一種形式中，真空源33包含真空泵(例如輔助泵)。真空源33可包含機械、渦輪分子或低溫泵。然而，亦涵蓋其他真空源。

一種藉由圖3之系統50產生奈米顆粒之方法可包括在反應器20中形成奈米顆粒氣溶膠。奈米顆粒氣溶膠可於氣體中包含奈米顆粒，且該方法進一步包括將奈米顆粒氣溶膠自反應器5引入至擴散泵120中。該方法亦可包括在儲集器107中加熱擴散泵流體以形成蒸氣、經由噴射組件111傳送蒸氣、經由噴嘴113將蒸氣發射至擴散泵120之腔室101中、冷凝蒸氣以形成冷凝物及使冷凝物流回儲集器107。此外，該方法可進一步包括在冷凝物中捕獲氣溶膠之奈米顆粒且在儲集器107中收集捕獲之奈米顆粒。該方法可進一步包括藉由真空泵自擴散泵移除氣體。

與此特定實施例(其中藉助於此電漿製程產生奈米顆粒)相關之其他態樣係描述於中美國申請案序號61/655,635中，其以全文引用的方式併入本文中。

如在上文各種實施例中所介紹，不管用於產生矽氧烷組合物之奈米顆粒之特定電漿系統及製程，電漿系統通常依賴於前驅氣體。前驅氣體可替代地被稱作反應物氣體混合物或氣體混合物。如參考奈米顆粒在下文中更詳細地描述，通常基於奈米顆粒之所需組成來選擇前驅氣體。舉例而言，當奈米顆粒包含矽奈米顆粒時，前驅氣體可含有矽，且當奈米顆粒包含鍺時，前驅氣體可含有鍺。此外，前驅氣體可選自矽烷、二矽烷、鹵素取代之矽烷、鹵素取代之二矽烷、C₁-C₄烷基矽烷、C₁-C₄烷基二矽烷及其混合物。在本發明之一種形式中，前驅氣體可包含矽烷，其佔總氣體混合物之約0.1%至約2%。然而，氣體混合物亦可包含矽烷及/或其他或替代前驅氣體之其他百分比(如參考自其形成之奈米顆粒在下文中所述)。

前驅氣體可與諸如惰性氣體之其他氣體混合以形成氣體混合物。可包括於氣體混合物中之惰性氣體之實例包括氬、氙、氖或惰性氣體之混合物。當存在於氣體混合物中時，惰性氣體可佔氣體混合物之總體積之約1%至約99%。前驅氣體可具有氣體混合物之總體積之約0.1%至約50%。然而，亦預期前驅氣體可佔其他體積百分比，諸如氣體混合物之總體積之約1%至約50%。

在本發明之一種形式中，反應物氣體混合物亦包含第二前驅氣體，該氣體自身可佔反應物氣體混合物之約0.1至約49.9體積%。第二前驅氣體可包含BCl₃、B₂H₆、PH₃、GeH₄或GeCl₄。第二前驅氣體亦可包含其他氣體，該等氣體含有碳、鍺、硼、磷或氮。第一前驅氣體及第二前驅氣體在一起之組合可佔反應物氣體混合物之總體積之約0.1%至約50%。

在本發明之另一形式中，反應物氣體混合物進一步包含氫氣。氫氣可以反應物氣體混合物之總體積之約1%至約10%之量存在。然而，亦預期反應物氣體混合物可包含氫氣之其他百分比。

可藉由上文所述之方法中之任一者製備用於奈米顆粒組合物之奈米顆粒。取決於電漿製程中所用之前驅氣體及分子，可產生各種組成之奈米顆粒。舉例而言，奈米顆粒可為包含至少一種選自第IV族、第IV-IV族、第II-IV族及第III-V族之元素之半導電奈米顆粒。或者，奈米顆粒可為包含至少一種選自第IIA族、第IIIA族、第IVA族、第VA族、第IB族、第IIB族、第IVB族、第VB族、第VIB族、第VIIB族及第VIIIB族金屬之元素之金屬奈米顆粒。週期表之此等族名稱通常來自CAS或舊的IUPAC命名法，儘管第IV族元素根據現代IUPAC系統被稱作第14族元素(如在此項技術中易於理解)。又或者，奈米顆粒可為金屬合金奈米顆粒、金屬氧化物奈米顆粒、金屬氮化物奈米顆粒、陶瓷奈米顆粒等。

本文中所揭示之製程尤其適用於自含有第IV族半導體(包括矽、鍺及錫)之前驅體分子產生單晶且包含此等元素之奈米顆粒。矽烷及鍺烷為分別可用於產生包含矽及鍺之奈米顆粒之前驅體分子之實例。亦可使用有機金屬前驅體分子。此等分子包括第IV族金屬及有機基團。有機金屬第IV族前驅體包括(但不限於)有機矽、有機鍺及有機錫化合物。第IV族前驅體之一些實例包括(但不限於)烷基鍺、烷基矽烷、烷基錫烷、氯矽烷、氯鍺、氯錫烷、芳族矽烷、芳族鍺及芳族錫烷。矽前驅體之其他實例包括(但不限於)二矽烷(Si₂H₆)、四氯化矽(SiCl₄)、三氯矽烷(HSiCl₃)及二氯矽烷(H₂SiCl₂)。用於形成晶體矽奈米顆粒之又其他適合之前驅體分子包括烷基及芳族矽烷，諸如二甲基矽烷(H₃C--SiH₂--CH₃)、四乙基矽烷((CH₃CH₂)₄Si)及二苯基矽烷(Ph-SiH₂-Ph)。除鍺烷以外，可用於形成結晶Ge奈米顆粒之鍺前驅體分子之特定實例包括(但不限於)四氯化鍺(GeCl₄)、四乙基鍺烷((CH₃CH₂)₄Ge)及二苯基鍺烷(Ph-GeH₂-Ph)。

在某些實施例中，奈米顆粒包含矽及鍺中之至少一者。此外，奈米顆粒可包含矽合金及/或鍺合金。可形成之矽合金包括(但不限於)碳化矽、矽鍺、矽硼、矽磷及氮化矽。矽合金可由混合至少一種第一前驅氣體與第二前驅氣體或使用含有不同元素之前驅氣體形成。然而，亦涵蓋形成合金化奈米顆粒之其他方法。

在本發明之另一形式中，奈米顆粒可經歷另一摻雜步驟。舉例而言，奈米顆粒可於電漿中經歷氣相摻雜，其中第二前驅氣體經解離且在奈米顆粒成核時併入奈米顆粒中。奈米顆粒亦可在產生奈米顆粒下游，但在奈米顆粒捕獲於液體中之前經歷在氣相中之摻雜。此外，亦可在擴散泵流體中產生摻雜奈米顆粒，其中將摻雜物預負載至擴散泵流體中且在捕獲奈米顆粒之後與奈米顆粒相互作用。摻雜奈米顆粒可由與有機矽氣體或液體，包括(但不限於)三甲基矽烷、二矽烷及三矽烷接觸形成。氣相摻雜物可包括(但不限於)BCl₃、B₂H₆、PH₃、GeH₄或GeCl₄。

由於量子限制效應，奈米顆粒可展現多種獨特電子、磁力、催化、物理、光電及光學特性。舉例而言，許多半導體奈米顆粒展現顯著大於具有相同組成之宏觀材料之光致發光效應的光致發光效應。

奈米顆粒可具有小於50、小於20、小於10或小於5nm之最大尺寸或平均最大尺寸。此外，奈米顆粒之最大尺寸或平均最大尺寸可在1與50之間、2與50之間、2與20之間、2與10之間或約2.2與約4.7nm之間。可藉由多種方法，諸如藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)量測奈米顆粒。舉例而言，如在此項技術中所理解，通常藉助於數百不同奈米顆粒之TEM影像分析計算粒度分佈。在各種實施例中，奈米顆粒可包含量子點，通常為矽量子點。量子點具有在所有三個空間維度受限之激子且可包含個別晶體，亦即各量子點為單晶體。

在各種實施例中，奈米顆粒可在藉由曝露於UV光激發時光致發光。取決於奈米顆粒之平均直徑，其可在可見光譜中之任一波長下光致發光且可在視覺上呈現為紅色、橙色、綠色、藍色、紫色或可見光譜中之任何其他顏色。舉例而言，具有小於約5nm之平均直徑之奈米顆粒可產生可見光致發光，且具有小於約10nm之平均直徑之奈米顆粒可產生近紅外(IR)發光。在本發明之一種形式中，光致發光矽奈米顆粒在約365nm之激發波長下具有至少1×10⁶之光致發光強度。可藉由具有450W Xe激發源、激發單色器、試樣夾、邊帶濾光片(400nm)、發射單色器及矽偵測器光電倍增管之Fluorolog3光譜螢光計(可購自Edison,NJ之Horiba)量測光致發光強度。為量測光致發光強度，將激發及發射狹縫寬度設定為2nm且積分時間設定為0.1s。在此等或其他實施例中，如藉助於耦合至累計球及分光光度計(具有>10%之入射光子吸收)之1000微米光纖在HR400分光光度計(可購自Dunedin,Florida之Ocean Optics)上所量測，光致發光矽奈米顆粒在約395nm之激發波長下可具有至少4%之量子效率。藉由將樣品置放至累計球中且藉助於藉由Ocean Optics LED驅動器驅動之395nm LED激發樣品來計算量子效率。藉由已知燈源校準系統以量測來自累計球之絕對輻照度。隨後藉由奈米顆粒發射之總光子與奈米顆粒吸收之總光子之比計算量子效率。此外，在此等或其他實施例中，奈米顆粒在270-500nm之激發波長下可具有20至250之半高全寬發射。

此外，當奈米顆粒(視情況存在捕獲流體、擴散泵流體或矽氧烷材料中)曝露於空氣時，光致發光強度及發光量子效率二者可隨時間推移繼續增加。在本發明之另一形式中，當曝露於氧氣時，奈米顆粒之最大發射波長隨時間推移而位移至較短波長。當曝露於氧氣時，奈米顆粒組合物之發光量子效率可增加約200%至約2500%。然而，亦涵蓋發光量子效率之其他增加。取決於曝露於氧氣之時間及奈米顆粒於矽氧烷材料(或捕獲流體(若不同於矽氧烷材料))中之濃度，光致發光強度可增加400%至4500%。然而，亦涵蓋光致發光強度之其他增加。自直接捕獲組合物發射之波長亦經歷發射光譜之藍移。在本發明之一種形式中，取決於曝露於氧氣之時間，最大發射波長基於奈米顆粒核心尺寸減小約1nm而位移約100nm。然而，亦涵蓋其他最大發射波長位移。

獨立於奈米顆粒組合物中使用之特定矽氧烷材料奈米顆粒，該方法進一步包含解聚合奈米顆粒組合物之矽氧烷材料以形成揮發性矽化合物。解聚合矽氧烷材料可包含解聚合矽氧烷材料之任何已知方法且可為連續、半連續或分批法。

在一個實施例中，矽氧烷材料在碳酸二烷基酯存在下解聚合。在此實施例中，矽氧烷材料可，或者可不在除碳酸二烷基酯以外的催化劑存在下解聚合。適合於解聚合之催化劑之特定實例包括無機鹽、金屬氧化物、金屬氫氧化物、無機鹼及有機路易斯鹼(Lewis base)(視情況與醇組合)。催化劑可增加矽氧烷材料之解聚合速率。催化劑之各種組合可視情況用於解聚合中。舉例而言，兩種不同類型之無機鹽可彼此組合來使用，及/或無機鹽可與金屬氧化物組合來使用等。藉助於此解聚合方法產生之揮發性矽化合物通常為如下所述之烷氧矽烷。

碳酸二烷基酯在此項技術中已知且通常係指碳酸酯(亦即有機碳酸酯)。碳酸二烷基酯通常為碳酸之酯。為此目的，在某些實施例中，用於解聚合矽氧烷材料之碳酸二烷基酯通常具有以下通式：(R¹O)₂C=O，其中R¹為獨立選擇之C₁-C₁₂烷基。在某些實施例中，R¹獨立地選自甲基、乙基及丙基。適合於解聚合矽氧烷材料之碳酸二烷基酯之特定實例包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及碳酸二丙酯，儘管在碳酸二烷基酯中烷基不必相同。

可以不同量來使用碳酸二烷基酯，儘管所用量通常足以解聚合矽氧烷材料。在一個實施例中，以矽氧烷材料中之每莫耳矽至少 0.1、或者至少0.2、或者至少0.5、或者至少1、或者至少2、或者至少5、或者至多10莫耳碳酸二烷基酯之量使用碳酸二烷基酯。

如以上所介紹，可在催化劑存在下解聚合矽氧烷。適合於催化劑之無機鹽之特定實例包括鹼金屬鹽，諸如KF、NaF、NaCl、LiCl、KI、KCl及CsCl。適合於催化劑之金屬氧化物之特定實例包括包含鹼金屬或鹼土金屬之彼等催化劑，諸如CaO、Na₂O、K₂O及MgO。適合於催化劑之金屬氫氧化物之特定實例同樣包括包含鹼金屬或鹼土金屬之彼等催化劑，諸如KOH、NaOH、CsOH、LiOH及Ca(OH)₂。

或者或另外，催化劑可包含有機路易斯鹼。有機路易斯鹼可選自已知有機路易斯鹼。有機路易斯鹼通常具有孤電子對，其可供給至路易斯酸以形成路易斯加合物。有機路易斯鹼在大氣壓下可為液體或固體。或者，有機路易斯鹼可為均質催化劑或異質催化劑。均質催化劑為通常共溶解於溶劑中以使得有機路易斯鹼與反應物在相同相中之一種催化劑。異質催化劑為與反應物在不同相(例如固體對氣體)中之一種催化劑。不同相亦可為液體-液體，其中該等液體彼此不可混溶。通常，選擇有機路易斯鹼以使得其在大氣壓下可溶以與碳酸二烷基酯可混溶。

有機路易斯鹼可包含例如氮、磷、硫、氧、硒及/或碲。舉例而言，當有機路易斯鹼含氮時，有機路易斯鹼可包括一級胺、二級胺、三級胺、雜環胺、雙環胺或其組合。或者，當有機路易斯鹼含磷時，有機路易斯鹼可包括一級膦、二級膦、三級膦、磷氮烯、環磷氮烯或其組合。

在特定實施例中，有機路易斯鹼包含1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷(DABCO)、啶、N,N-二甲基苯甲胺及嗎啉中之至少一者。

可以不同量來使用有機路易斯鹼，儘管所用量通常足以解聚合矽氧烷材料。在一個實施例中，以1：1,000至5：1；或者1：100至約1：1之有機路易斯鹼與矽氧烷材料之重量比使用有機路易斯鹼。

當解聚合矽氧烷材料包括醇時，醇通常為具有單一羥基官能基之有機化合物，儘管醇可具有兩個或兩個以上羥基官能基。通常，羥基官能基在醇中位於末端，儘管羥基官能基可替代地位於距有機化合物之鏈之側位。有機化合物可為C₁-C₁₂有機化合物。醇之特定實例包括甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等。

若使用，則可以各種量來使用醇。在某些實施例中，以1：50至5：1、或者1：30至4：1、或者1：20至3：1、或者至少2：10、3：10、4：10、5：10、6：10、7：10、8：10、9：10、1：1、1.5：1、2：1或2.5：1之醇與碳酸二烷基酯之體積比使用該醇。

必要時，矽氧烷材料可在存在酸催化劑之情況下或在不存在酸催化劑之情況下解聚合。

解聚合矽氧烷材料通常包含加熱包含奈米顆粒組合物、碳酸二烷基酯、催化劑及視情況存在之醇之混合物。可在常壓以上或以下之壓力下進行加熱混合物。在某些實施例中，加熱混合物至小於275、或者小於225、或者小於175℃之溫度。舉例而言，混合物可在各種實施例中加熱至75至250℃之溫度。然而，由於催化劑及醇在解聚合中為視情況存在的，熟習此項技術者可使該方法之參數(例如溫度、壓力及碳酸二烷基酯之相對量)最優化以排除對於催化劑及/或醇之需要。

解聚合矽氧烷材料可視情況在惰性氛圍，例如包含氮(N₂)及/或氬(Ar)之大氣中進行。

如下所述，矽氧烷材料解聚合之時段通常對於矽氧烷材料之實質性解聚合為充足的。該時段可為5至72或者6至64小時。

如在上文中首先介紹，在此實施例中，藉由解聚合矽氧烷材料產生之揮發性矽化合物通常為烷氧基矽烷及/或烷氧基矽氧烷。烷氧基矽烷可為不同烷氧基矽烷之混合物或包含複數個相同烷氧基矽烷之混合物。烷氧基矽烷通常包括0至3個經取代或未經取代烴基及1-4個烷氧基，限制條件為烷氧基矽烷包括第二矽原子。然而，烷氧基矽烷可為單體或寡聚的，儘管後者通常為烷氧基矽氧烷。

揮發性矽化合物(亦即烷氧基矽烷)通常具有以下通式：(R²)_w(R³)_xSi(OR⁴)_y(OR⁵)_z，其中R²-R⁵獨立地選自以上R，亦即R²-R⁵獨立地選自經取代或未經取代之烴基；y+z1；且w+x+y+z=4。R²-R⁵之特定實例包括烷基、芳基、芳烷基及烷芳基。

一般而言，所用烷基碳酸酯之類型影響所得烷氧基矽烷。舉例而言，烷基碳酸酯之R¹通常與烷氧基矽烷之R⁴及/或R⁵相同。

可藉助於解聚合形成之烷氧基矽烷之特定實例包括Me₂Si(OMe)₂、PhMeSi(OMe)₂、Me₂Si(OEt)₂、(MeO)₂SiMe(CH₂CH₂CF₃)、MeSi(OMe)₃、PhSi(OMe)₃、Ph₂Si(OMe)₂及Me₂(OMe)Si-O-SiMe₂(OMe)。

在特定實施例中，以相對於矽氧烷材料之矽氧烷含量之至少約40、或者至少50、或者至少75、或者至少90、或者至少95、或者至少98重量%之產率獲得烷氧基矽烷。

與此特定解聚合技術相關之其他資訊可發現於美國專利申請案序號61/768,709中，其以全文引用的方式併入本文中。

在替代實施例中，矽氧烷材料在除上文所述之碳酸二烷基酯以外之解聚合催化劑存在下解聚合。在此等實施例中，揮發性矽化合物通常包含環矽氧烷化合物。

在此替代實施例中，解聚合催化劑可選自適合於解聚合矽氧烷材料之任何解聚合催化劑。在某些實施例中，解聚合催化劑包含有機或無機鹼。在其他實施例中，解聚合催化劑包含有機或無機酸。

可用作解聚合催化劑之固體酸之特定實例包括鋁矽酸鹽、酸處理之鋁矽酸鹽、沸石、混合金屬氧化物、雜多酸、硫酸化金屬氧化物、基於碳之固體酸、離子交換樹脂、磺化聚合物、高分子量羧酸、酸性金屬鹽及其組合。

或者，解聚合催化劑可包含黏土、混合金屬氧化物、磺化金屬氧化物或其組合。或者，解聚合催化劑可包含高嶺土、膨潤石、伊利石(illite)、綠泥石、坡縷石海泡石或其組合。黏土可經酸洗，亦即黏土可包含酸洗黏土。解聚合催化劑之其他實例包括蒙脫石、皂石、綠脫石(鐵蒙脫石)、貝得石、膨潤土、鋰皂石及其組合。

在各種實施例中，在除上文所述之解聚合催化劑以外之有機聚合物存在下進行解聚合矽氧烷材料。有機聚合物可為另外適合於再循環之廢產物。有機聚合物可為熱塑性有機聚合物，例如聚烯烴。

在特定實施例中，有機聚合物包括以下中之至少一者：直鏈聚烯烴或共聚物聚烯烴、分支鏈聚烯烴或共聚物聚烯烴、接枝聚烯烴或共聚物聚烯烴、硼烷接枝之聚烯烴、具有側羥基之聚烯烴、經另一聚合物接枝之聚烯烴、聚烯烴與另一聚合物之摻合物及填充有無機材料之聚烯烴。

在特定實施例中，有機聚合物包含以下中之至少一者：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(PMP)、聚丁烯-1(PB-1)、聚異丁烯、聚(乙烯-共-丙烯)、聚(丙烯-共-1,4-己二烯)、聚(異丁烯-共-異戊二烯)、聚(乙烯-共-丙烯-共-1,4-己二烯、PE-g-PVA、PP-g-PMMA、PP-g-PVA、PE-g-PCL、PP-g-PCL、EP-g-PMMA、丁基-g-PMMA、PMMA、PVA、PS、PVC、PVAC及填充有雲母、碳酸鈣、二氧化矽、玻璃、氧化鎂、氧化鋁及黏土中之至少一者之聚烯烴。聚乙烯可例如為低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)及/或高密度聚乙烯(HDPE)。

在特定實施例中，有機聚合物為包括以下中之至少一者之熱塑性有機聚合物：聚甲醛、具有氧伸乙基及視情況存在之其他結構單元之聚甲醛共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA共聚物、聚苯乙烯、聚苯乙烯共聚物、賽璐璐(celluloid)、賽璐璐乙酸酯、環狀烯烴共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、伸乙基乙烯醇(EVOH)、氟塑膠、PTFE、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯胺-醯亞胺、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、聚酮、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、聚酯、聚己內酯、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚乳酸、聚苯醚、聚苯硫醚、熱塑性聚胺基甲酸酯、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚二氯亞乙烯(PVDC)及苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物。

當在有機聚合物存在下進行奈米顆粒組合物之矽氧烷材料之解聚合時，預期奈米顆粒可視情況在矽氧烷材料之解聚合期間及/或在其之後直接併入至有機聚合物中。可在揮發性矽化合物與奈米顆粒/有機聚合物混合物之任何分離之前、在其期間或在其之後進行將奈米顆粒併入至有機聚合物中。

一般而言，奈米顆粒組合物、解聚合催化劑及視情況存在之有機聚合物經合併以形成混合物。混合物可以0.01至25、或者0.01至20、或者0.01至15、或者0.01至10重量%(以混合物之總重量計)之量包含解聚合催化劑。在此等實施例中，混合物可以以混合物之總重量計0.1至99重量%之量包含有機聚合物(若存在)。在某些實施例中，混合物可以以混合物之總重量計至少90或者至少95重量%之量包含有機聚合物(若存在)。在其他實施例中，混合物以以混合物之總重量計1至25重量%之量包含有機聚合物(若存在)。

混合物可視情況經受剪切以形成均質或半均質混合物。舉例而言，奈米顆粒組合物、視情況存在之有機聚合物及解聚合催化劑可經合併及混合以於高剪切機械裝置、擠壓機、雙螺桿擠壓機等(視情況具有除氣端口)中形成混合物。

儘管混合物可不含溶劑，混合物亦可包括有機溶劑。然而，通常，混合物以以混合物之總重量計小於20、或者小於10、或者小於1、或者小於0.5、或者小於0.1、或者小於0.05重量%之量包含有機溶劑。

在此實施例中通常藉由加熱上文所述之混合物來解聚合矽氧烷材料。可進行加熱足以解聚合矽氧烷材料之時段以形成揮發性矽化合物。在某些實施例中，加熱混合物至少0.1、或者至少1、或者至少5、或者至少10、或者至少30、或者至少60分鐘。可持續比60分鐘長得多的時段，例如24小時來進行加熱。

加熱混合物之溫度通常小於350℃。當在有機聚合物存在下進行解聚合時，溫度通常小於有機聚合物之分解溫度，例如低於有機聚合物之分解溫度至少5或者至少10℃。為此目的，加熱混合物之溫度取決於混合物中使用之有機聚合物。溫度通常為60至340℃。即使在混合物不包括有機聚合物時亦通常使用此溫度範圍。

如上文所介紹，在此特定實施例中產生之揮發性矽化合物包含環矽氧烷。環矽氧烷在此項技術中已知且包含重複D矽烷氧基單元。舉例而言，當揮發性矽化合物包含環矽氧烷時，環矽氧烷可具有通式：(R⁶R⁷SiO₂)_n'，其中R⁶及R⁷獨立地選自R，其為上文所定義。下標n'表示環矽氧烷中之矽烷氧基單元之數目。藉助於解聚合矽氧烷材料產生之環矽氧烷可包含混合物，其中環矽氧烷可就其取代基及/或矽烷氧基單元之數目而言進行改變。一般而言，n'為3至25、或者3至20、或者3至12、或者3至7之整數。當n'小於3時，環矽氧烷在本質上無法為環狀的。

可藉助於解聚合矽氧烷材料產生除環矽氧烷以外的揮發性矽化合物(不包括及包括環矽氧烷)。舉例而言，揮發性矽化合物可另外包含非環狀矽氧烷寡聚物及/或單體。此外，揮發性矽化合物可另外包含直鏈矽氧烷寡聚物或單體。

與此特定解聚合技術相關之其他資訊可發現於美國專利申請案序號61/768,710中，其以全文引用的方式併入本文中。

獨立於用於解聚合奈米顆粒組合物之矽氧烷材料之技術，該方法進一步包含自揮發性矽化合物實質上分離奈米顆粒之步驟。當在奈米顆粒組合物存在於混合物中時解聚合矽氧烷材料時，該方法可包含自混合物實質上分離奈米顆粒之步驟。此可替代地被稱作實質上分離奈米顆粒。實質上分離或分離奈米顆粒允許將其併入或用於其他組合物或應用中，因此增加奈米顆粒之使用壽命。

如參考奈米顆粒自揮發性矽化合物實質上分離在本文中所用之「實質上」意謂藉助於實質上分離奈米顆粒與揮發性矽化合物移除(減小)奈米顆粒組合物之初始重量之至少10、或者至少20、或者至少30、或者至少40、或者至少50、或者至少60、或者至少70、或者至少75、或者至少80、或者至少85、或者至少90重量%。舉例而言，假定質量為100kg之奈米顆粒組合物，在解聚合矽氧烷材料及實質上分離奈米顆粒與揮發性矽化合物及其他副產物，包括矽(氧烷)單體、寡聚物或聚合物之後，所得組合物具有小於100kg之質量，例如以僅10kg之量，其對應於90%質量減小。此可藉由量測奈米顆粒組合物之初始質量及在實質上分離奈米顆粒與揮發性矽化合物及任何其他副產物之後奈米顆粒之所得質量容易地量測。該減小亦取決於奈米顆粒組合物中之奈米顆粒之含量，該含量可改變。舉例而言，若奈米顆粒組合物以以奈米顆粒組合物之總重量計50重量%之量包含奈米顆粒，則質量減小通常將不超過50%。

可自已知方法實質上分離揮發性矽化合物與奈米顆粒。舉例而言，可藉助於蒸餾及/或除氣分離揮發性矽化合物與奈米顆粒。蒸餾溫度及條件通常取決於藉助於解聚合矽氧烷材料產生之揮發性矽化合物及其沸點。

一旦奈米顆粒及揮發性矽化合物實質上分離，奈米顆粒及/或揮發性矽化合物可再用於或再循環於其他最終用途及應用中。舉例而言，奈米顆粒可取決於物理特性而包括於其他組合物中及用於許多最終用途中。揮發性矽化合物可經聚合以形成矽氧烷。

應理解所附申請專利範圍不限於表現描述於實施方式中之特定化合物、組合物或方法(其可在屬於所附申請專利範圍之範疇之特定實施例之間改變)。就描述各種實施例之特定特徵或態樣在本文中所依賴之任何馬庫西組(Markush group)而言，可自獨立於所有其他馬庫西成員之各別馬庫西組之各成員獲得不同、特殊及/或出人意料的結果。可個別及/或組合地依賴馬庫西組之各成員且對屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。

此外，在描述本發明之各種實施例中依賴的任何範圍及子範圍獨立地及共同地屬於所附申請專利範圍之範疇內，且理解為描述且涵蓋所有範圍，包括其中的整數值及/或分數值，即使該等值在本文中未明確寫出。熟習此項技術者易於識別所列舉之範圍及子範圍充分地描述並使得本發明之各種實施例能夠進行，且該等範圍及子範圍可進一步描述成相關的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。僅舉一例而言，「0.1至0.9之(of from 0.1 to 0.9)」範圍可進一步描述為下三分之一(亦即0.1至0.3)、中三分之一(亦即0.4至0.6)及上三分之一(亦即0.7至0.9)，其個別地且共同地屬於所附申請專利範圍之範疇內，且可單獨地及/或共同地依賴且對屬於所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。另外，關於界定或修飾一個範圍之語言，諸如「至少」、「大於」、「小於」、「不超過」及其類似語言，應瞭解該等語言包括子範圍及/或上限或下限。作為另一實例，「至少10」之範圍本質上包括至少10至35之子範圍、至少10至25之子範圍、25至35之子範圍等，且各子範圍可單獨地及/或共同地依賴且對所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。最後，可依賴所揭示之範圍內之個別數目且對所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。舉例而言，「1至9之」範圍包括各種個別整數，諸如3，以及包括小數點(或分率)之個別數字，諸如4.1，可依賴該等數字且對所附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。

以下實例意欲說明本發明且不以任何方式視為限制本發明之範疇。

實例 實例1：

藉由藉助於電漿製程產生奈米顆粒且直接捕獲或收集矽氧烷材料中之奈米顆粒而就地製備奈米顆粒組合物。特定言之，在前驅氣體中之額外Ar及H₂之情況下，藉助於電漿反應器系統自以16sccm包含SiH₄(Ar中之2體積%)之前驅氣體製備奈米顆粒。藉助於質量流量控制器將前驅氣體傳遞至反應器。

產生矽奈米顆粒且捕獲或收集於矽氧烷材料中以產生奈米顆粒組合物。矽氧烷材料包含聚二甲基矽氧烷流體。自電漿反應器系統移出奈米顆粒組合物且在潮濕烘箱中進行老化以增加奈米顆粒組合物之矽奈米顆粒之光致發光強度。

將5g奈米顆粒組合物及0.25g解聚合催化劑安置於圓底燒瓶中且經音波處理5分鐘。解聚合催化劑包含酸化黏土(蒙脫石)。燒瓶附接至旋轉蒸發器且在大氣壓下於85℃至90℃下旋轉2小時。施用真空且將溫度增加至145℃以蒸餾燒瓶之內容物約1小時。經一小時將溫度增加至約180℃，且於此溫度下再蒸餾燒瓶之內容物約15分鐘。蒸餾造成由矽氧烷材料，亦即聚二甲基矽氧烷流體之解聚合形成之揮發性矽化合物與奈米顆粒之實質性分離。冷卻燒瓶之內容物且將甲苯安置於燒瓶中。使燒瓶之內容物經受音波浴且在用額外甲苯沖洗時藉助於細玻璃過濾器過濾。藉由旋轉蒸發移除甲苯以分離奈米顆粒。相比於初始奈米顆粒組合物，分離之奈米顆粒具有約90%之質量減小，其可歸因於矽氧烷材料之解聚合及奈米顆粒與揮發性矽化合物之實質性分離。當藉由UV輻射照射時，分離之奈米顆粒展示明亮的紅色光致發光。

實例2：

以與實例1之奈米顆粒組合物相同之方式製備奈米顆粒組合物。

5g奈米顆粒組合物、8.5g碳酸二甲酯、20g甲醇、17g均三甲苯及0.25g NaCl係安置於100mL巴爾(Parr)反應器容器中，隨後密封該反應器容器。將容器在600rpm下設定為固定且以N₂淨化約10分鐘，在其之後重新密封容器。在攪拌下持續16小時加熱容器至約180℃以解聚合奈米顆粒組合物之矽氧烷材料以形成揮發性矽化合物。一旦容器冷卻且壓力減小至接近常壓，在容器上打開通氣閥且施用真空。將容器緩慢加熱至80℃且在乾冰冷阱下於燒瓶中收集包含揮發性矽化合物之餾出物。在蒸餾之後，量測容器之內容物，且經測定，藉助於蒸餾解聚合及移除約50重量%之液相，亦即矽氧烷材料。換言之，奈米顆粒實質上與由解聚合矽氧烷材料，亦即聚二甲基矽氧烷流體形成之揮發性矽化合物分離。

已以說明方式描述本發明，且應瞭解已使用之術語意欲具有字語之描述而非限制性質。顯然，根據以上教示，本發明之許多修改及變化為可能的。可以與特定描述不同之方式來實踐本發明。