DE102009048348B4 - Kohlenstoffnanoröhrenproduktionsprozess - Google Patents

Abstract

Kohlenstoffnanoröhren können für viele Anwendungen genutzt werden, aber der Hauptnachteil von Ihnen ist das sie sehr teuer sind. Diese Erfindung beschreibt einen einfachen Prozess für die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren im großen Still. Dieser Prozess ist sehr billig. Er nutzt den sonochemischen Ansatz zur Erzeugung von Kohlenstoffnanoröhren. Es wird auch gezeigt, dass dieser Prozess genutzt werden kann für die Industrialisierung von sonochemischen Prozessen. Der zweite Teil der Erfindung beschreibt ein Gerät welches in der Lage ist starke Stosswellen für Ultraschallanwendungen zu erzeugen.

Description

• Diese Erfindung befasst sich mit der Anwendung sonochemischer Reaktionen allgemein und im Speziellen auf dem Gebiet der Nanopartikelsynthese.
• Stand der Technik
• In der Chemie, wird unter der Sonochemie die Anwendung von Schallwellen auf chemische Systeme verstanden. Der chemische Effekt kommt nicht von einer direkten Interaktion mit molekularen Teilchen. Studien haben gezeigt, dass es keinen direkten Zusammenhang zwischen dem akustischen Feld mit chemischen Teilchen auf molekularer Ebene geben kann, welcher für Sonochemie und Sonoluminescene eine Erklärung bietet. Statt dessen, entsteht Sonochemie aus der akustischen Kavitation (Die Bildung, Wachstum und Implosion von Blasen in einer Flüssigkeit.)
• Dies wird durch Phänomene demonstriert wie, die Ultraschallbeschallung, Sonoluminescene und akustische Kavitation. Ein Hauptproblem warum Sonochemie bisher nicht im größeren Maßstab genutzt wird ist es, dass es nicht möglich ist wirtschaftlich starke akustische Welle in Flüssigkeiten zu erzeugen. Eine neue Anwendung von Sonochemie ist die Produktion von Nanopartikeln wie Kohlenstoffnanoröhren, Titaniumnanokristalle etc. Diese Nanopartikel können für neue revolutionäre Elektroniken, Maschinen und Materialien angewendet werden. Beispielsweise nutzt der von Soo-Hwan Jeong, Ju-Hye ko, Jong-Bong Park und Wanjun Park in ihrem Artikel „A Sonochemical Route to Single-Walled Carbon Nanotubes under Ambient Conditions” beschriebene Prozess eine 0.01 mol% ferrocene-dissolved p-xylene Lösung um 60% reine einwandige Kohlenstoffnanoröhren zu erzeugen.
• Die Patentschrift DE 957474 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Emulsionen.
• Ein Vibrationstisch ist ein Tisch welcher in der Lage ist Vibrationen zu produzieren meistens vertikale Vibrationen. Dies geschieht durch Vibrationsmotoren welche eine Zentripetale Kraft erzeugen, diese wird in eine vertikale Kraft umgerichtet. Vibrationstische werden oft dazu genutzt Emulsionen zu erzeugen. Falls die vertikale Oszillation der Flüssigkeit stärker als 2 G ist dann wird sie auseinandergerissen, so dass ein Teil von ihr nach oben und der andere nach unten fließt. Eine große Kavität entsteht. Diesen Effekt nennt man Wasserhammereffekt. Eine detaillierte Beschreibung kann hier gefunden werden: „Cavitation lumiescene in a water hammer: Upscaling sonoluminescence” http://adsabs.harvard.edu/abs/2003PhFl...15.1457S.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Massenfertigung von Nanopartikeln bereitzustellen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Bezugszeichenliste

1

Flüssigkeit welche verarbeitet wird hier 0.01 mol% ferrocene gelöste p-xylene Lösung mit Silica Puder

2

Vibrationstisch

3

Kavität

4

kollabierende Kavität

5

Richtung der Flüssigkeit

6

Vakuumpumpe

7

Vakuumdichtung und Anschluss

• Beschreibung der Erfindung
• Diese Erfindung ermöglicht die Massenfertigung von Nanopartikeln durch Kavitation.
• Normalerweise wird Kavitation durch Ultraschall erzeugt dies ist jedoch ineffizient. Eine Möglichkeit besteht darin eine Flüssigkeit vertikal vibrieren zu lassen – Wasserhammereffekt. Diese Erfindung kann nicht nur genutzt werden um Kohlenstoffnanoröhren zu erzeugen sondern auch für alle anderen Arten von Nanopartikel. Durch Verwenden eines Vakuums können bei der Wasserhammereffektmethode bisherige sonochemische Prozesse wesentlich verbessert werden.
• Ausführungsbeispiel 1 – Fig. 1
• 1 zeigt die Ausführung der Erfindung. Diese besteht aus einem Vibrationstisch (2) welcher mit einer Flüssigkeit (1) in einem Behälter gefüllt ist, in unserem Fall die 0.01% mol Ferrozene gelöste p-Xylol Lösung mit Silica Partikeln. Oberhalb des Behälters befindet sich Vakuumdichtung mit Anschluss (7) der zu einer Vakuumpumpe führt (6).
• Durch die vertikale Bewegung des Vibrationstisches werden innerhalb der Flüssigkeit Hohlräume erzeugt durch den Wasserhammereffekt die implodieren wieder – Kavitation. Durch die Kavitation werden sonochemische Prozesse gestartet diese erzeugen die Kohlenstoffnanoröhren. Dieser Effekt kann erheblich durch die Verwendung eines Vakuums gesteigert werden.

Claims (4)

1. Ein Verfahren zur Massenfertigung von Nanopartikeln durch Kavitation, dass Kavitation in einer Flüssigkeit erzeugt, dadurch dass die Flüssigkeit in vertikale Schwingungen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen mit einem Vibrationstisch erzeugt werden.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Ferrocen und P-Xylol beinhaltet.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Silika Partikel beinhaltet.
4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel Fullerene oder Kohlenstoffnanoröhren beinhalten.

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