CN106145089A - 批量生产碳纳米管的合成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种批量生产碳纳米管的合成装置，包括反应腔，反应腔上端设有进料管、供气管，供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，反应腔内设有等离子发射器，反应腔下端连接出料管，反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，出料管外侧连接加气腔，加气腔一侧设有加气口，所述出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接，本发明解决了碳纳米管生长效率低、反应均匀性较差、在碳纳米管出料时会附着在出料管内壁以及反应腔内很难保证温度的恒定及容易受热不均的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种批量生产碳纳米管的合成装置，属于碳纳米管技术领域。
背景技术
纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作金属导电体，比金的导电性高得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳米管在极低的温度下还具有超导性。
纳米管的类别有：硅纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化多壁碳纳米管、短多壁碳纳米管、工业化多壁碳纳米管、石墨化多壁碳纳米管、大内径薄壁碳纳米管、镀镍碳纳米管。陨石碳质晶体纳米管。
在纳米管应用于电脑运算的发展进程中，一个重要的里程碑就是把纳米管制造成电脑中所用的开关或晶体管。1998年，IBM公司所属威特森研究中心的一个研究小组即以此为目标进行了研究。研究人员证明单个的纳米管可以具有晶体管的作用，而且提高了其晶体的导电性能。
然而，应用于电脑运算也只是纳米管展露其优越性的一个方面。人们可以把这些微型管粘合在一起，制成纤维或绳索，用作超导线缆，或者塑料及其他高级材料的超强加固剂。如果纳米管具备极强的挠性、强度和恢复力，它们将可合成高性能的体育和航空材料。由于其强大的张力，它们具有弯而不折且能恢复原来形状的特殊性能。
此外，纳米管还可应用于最需要导热性能的地方。例如，电动机如果采用纳米管做散热片，其中的塑料部件就不会被高温所熔化。这种微型材料还可置入需要耐受极度高温的材料之中，如飞机和火箭外部的嵌板等。美国国家航宇和宇航局期望将纳米管置入从防热层到宇航服等各种设施之中。
能源公司对纳米管也刮目相看。纳米管可以用来制造更小、更轻、效能更高的燃料电池，它还能够用于贮存用作能源的氢气。研究人员在平玻璃片或其他材料上把无数个纳米管排列起来，让它们看起来像一片收割的整齐麦田。日本的NEC和韩国的三星公司准备将这种由纳米管组成的“田野”做成电视机的显示屏，以取代电视机所采用的老式阴极射线管。
目前，碳纳米管制备工艺主要有电弧放电法、镭射烧蚀法以及化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法以其工艺简便、成本低、纳米管可控、长度大、收集率高等特点得到广泛研究与应用。化学气相沉积法主要是运用纳米尺度的过度金属或其氧化物作为催化剂，在相对低的温度下热解含碳的气源来制备碳纳米管的。
传统的碳纳米管制备装置中，衬底是不透气的，当反应气体通入时，与催化剂薄膜接触，可以在其表面生长碳纳米管，随着碳纳米管逐渐增厚，催化剂薄膜逐渐被完全淹没，被淹没的催化剂薄膜不能再与反应气体接触，起不到催化剂的作用，导致碳纳米管无法继续生长。一般当碳纳米管生长至约1-2mm 后就会停止生长，这种情况下，使得碳纳米管不能连续生长和垂直向下生长，生长效率较低，而且一般的制备装置在制备碳纳米管和出料时，碳纳米管会附着在反应腔和出料管内壁。
中国发明专利说明书CN 103569998 A公开这样一种碳纳米管制备装置，包括：一反应腔，所述反应腔内设置有：至少一个进气管，每个进气管上设有多个进气孔；基片承载盘；至少一个出气管，每个出气管上设有多个出气孔；其中，所述基片承载盘位于所述进气管和所述出气管之间，每个进气管和每个出气管可拆卸的安装在所述反应腔中。但是这种制备装置反应均匀性较差，在碳纳米管出料时会附着在出料管内壁以及反应腔内很难保证温度的恒定及容易受热不均。
中国实用新型专利说明书CN 205045828 U公开这样一种碳纳米管的生产装置，包括卧式反应腔、石英反应管、石英舟、加热装置、温控柜，所述石英反应管位于所述卧式反应腔内，所述加热装置位于所述卧式反应腔的上方，所述温控柜位于所述卧式反应腔的下方，该生产装置还包括超声振荡器、微孔过滤器、氢氟酸洗池、高锰酸钾反应器，所述超声振荡器与所述卧式反应腔相连，所述超声振荡器与所述微孔过滤器相连，所述微孔过滤器与所述氢氟酸洗池相连，所述氢氟酸洗池与所述高锰酸钾反应器相连，所述高锰酸钾反应器与所述干燥器相连。但是这种制备装置生产效率低，反应均匀性较差，在碳纳米管出料时会附着在出料管内壁以及反应腔内很难保证温度的恒定及容易受热不均。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种批量生产碳纳米管的合成装置，该批量生产碳纳米管的合成装置解决了碳纳米管生长效率低、反应均匀性较差、在碳纳米管出料时会附着在出料管内壁以及反应腔内很难保证温度的恒定及容易受热不均的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的批量生产碳纳米管的合成装置包括反应腔，反应腔上端设有进料管、供气管，供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，反应腔内设有等离子发射器，反应腔下端连接出料管，反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，出料管外侧连接加气腔，加气腔一侧设有加气口，所述出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接。
所述超声雾化器底端与供气管底端等高。
所述基板材质为陶瓷。
所述反应腔底部呈凹形。
所述喷气嘴的出气口倾斜向下。
所述储油腔内填充二甲基硅油。
采用这种批量生产碳纳米管的合成装置，具有以下优点：
1、由于供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，这样反应液由进料管进入，通过超声雾化器雾化，雾化后的反应液与碳源气体在环形罩内充分接触，提高了碳纳米管的生长效率和反应的均匀性及连续性；
2、由于反应腔内设有等离子发射器，这样可以进一步碳源气体的分解，使反应更加充分，进一步提高了碳纳米管的生长效率；
3、由于出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接，这样可以往加气腔加入惰性气体，然后从喷气嘴喷出，避免了碳纳米管附着在出料管内壁上及堵塞出料管；
4、由于反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，这样可以保证反应腔内温度的恒定，提高了反应腔受热均匀性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图。
其中有：1. 反应腔；2. 进料管；3. 超声雾化器；4. 供气管；5. 环形罩；6. 等离子发射器；7. 储油腔；8. 加热装置；9. 出料管；10. 加气腔；11. 喷气嘴；12. 加气口。
具体实施方式
图1所示批量生产碳纳米管的合成装置，包括反应腔，反应腔上端设有进料管、供气管，供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，反应腔内设有等离子发射器，反应腔下端连接出料管，反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，出料管外侧连接加气腔，加气腔一侧设有加气口，所述出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接。
所述超声雾化器底端与供气管底端等高。
所述基板材质为陶瓷。
所述反应腔底部呈凹形。
所述喷气嘴的出气口倾斜向下。
所述储油腔内填充二甲基硅油。
反应时，碳源气体从供气管与进料管之间进入，反应液从进料管进入，由于进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，这样反应液由进料管进入，通过超声雾化器雾化，雾化后的反应液与碳源气体在环形罩内充分接触，提高了碳纳米管的生长效率和反应的均匀性及连续性，所述反应液为催化剂。由于反应腔内设有等离子发射器，这样可以进一步碳源气体的分解，使反应更加充分，进一步提高了碳纳米管的生长效率。由于出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接，这样可以往加气腔加入惰性气体，然后从喷气嘴喷出，避免了碳纳米管附着在出料管内壁上及堵塞出料管。所述惰性气体可以为氮气。由于反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，这样可以保证反应腔内温度的恒定，提高了反应腔受热均匀性。
本申请中没有详细说明的技术特征为现有技术。上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：包括反应腔，反应腔上端设有进料管、供气管，供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，反应腔内设有等离子发射器，反应腔下端连接出料管，反应腔外侧连接储油腔，储油腔外侧连接加热装置，出料管外侧连接加气腔，加气腔一侧设有加气口，所述出料管内壁设有若干个喷气嘴，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与加气腔连接。
2.按照权利要求1所述的批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：所述超声雾化器底端与供气管底端等高。
3.按照权利要求1所述的批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：所述基板的材质为陶瓷。
4.按照权利要求1所述的批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：所述反应腔底部呈凹形。
5.按照权利要求1所述的批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：所述喷气嘴的出气口倾斜向下。
6.按照权利要求1所述的批量生产碳纳米管的合成装置，其特征在于：所述储油腔内填充二甲基硅油。
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