JP2009502702A - Method and apparatus for producing nanostructures - Google Patents

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Abstract

【課題】ナノ構造体の生成方法及び装置を提供する。
【解決手段】ナノ構造体の生成方法は、ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを一つ以上の中空陰極反応装置に通す段階と、ナノ構造体を収集し、次いで副産物を、酸化ガスと一緒に一つ以上の中空陰極反応装置に通して排気ガスから除去する段階と、を含む。
【選択図】図1
A method and apparatus for producing a nanostructure is provided.
A method for producing a nanostructure includes passing a gas containing nanostructure components through one or more hollow cathode reactors to produce a nanostructure, collecting the nanostructure, and Removing by-products from the exhaust gas together with oxidizing gas through one or more hollow cathode reactors.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、ナノ構造体の生成に関し、その好ましい実施形態では、連続バッチプロセスでカーボンナノチューブの生成の利用法を見出す。   The present invention relates to the production of nanostructures, and in a preferred embodiment thereof, finds the use of carbon nanotube production in a continuous batch process.

一般的には、ナノテクノロジーという用語は、大きさが1.0ないし100.0nmの物体を示すのに用いられる。ナノテクノロジーの理論が40年以上前に提案されてから、ナノテクノロジーは、最も展開の早い科学分野の一つになった。   In general, the term nanotechnology is used to denote an object with a size of 1.0 to 100.0 nm. Since nanotechnology theory was proposed over 40 years ago, nanotechnology has become one of the fastest developing scientific fields.

ナノ構造体のバッチ生産は、日用品へのナノ構造体の組込みに不可欠である。最近、多数のナノ構造体のバッチ生産方法及び装置が報告されている。これらの方法のほとんどは、プラズマ或いは非常に熱い加熱炉を用いて原子カーボン蒸気を生成し、次いで原子カーボン蒸気を適当な基板上に凝縮させる。これは、ナノチューブを含む、カーボンナノ構造体の配列を形成する。原子金属が生産の際に供給される場合には、単壁ナノチューブが主に生成され、原子金属が供給されない場合には、多層カーボンナノチューブが通常生成される。   Batch production of nanostructures is essential for the incorporation of nanostructures into everyday goods. Recently, numerous nanostructure batch production methods and devices have been reported. Most of these methods use plasma or a very hot furnace to generate atomic carbon vapor, which is then condensed onto a suitable substrate. This forms an array of carbon nanostructures, including nanotubes. When the atomic metal is supplied during production, single-walled nanotubes are mainly produced, and when the atomic metal is not supplied, multi-walled carbon nanotubes are usually produced.

ナノチューブと一緒にいろいろな大きさの粒子も生成される。これらの粒子のあるものは、常に原子カーボン及びそのクラスター(塊)であり、それら粒子は、環境或いは人間の健康に及ぼすそれらの未知の影響により、論争の焦点になっており、従ってそれら粒子の大気中への放出について感心がある。係る粒子を、皮膚を通して容易に吸収し或いは吸込み、癌を形成し、及び又は心臓や肺のような主要臓器を害することがあると現在信じられている。   Particles of various sizes are generated along with the nanotubes. Some of these particles are always atomic carbon and their clusters, which are the focus of controversy due to their unknown impact on the environment or human health, and thus I'm impressed with the release into the atmosphere. It is currently believed that such particles can easily be absorbed or inhaled through the skin, form cancer, and / or harm major organs such as the heart and lungs.

第1の形態では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運んでハウジング内にガス流を形成する段階と;酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と;ハウジング内で、ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、ナノ構造体生成の副産物を酸素含有ガスと反応させることによってガス流から副産物を除去する段階、を行う段階と;ガス流をハウジングから排気する段階と、を含む。   In a first aspect, the present invention provides a method for producing a nanostructure, the method comprising transporting a gas containing components of the nanostructure to a housing to form a gas stream within the housing; Conveying the contained gas into the housing; generating nanostructures from the components contained in the gas stream within the housing; separating the generated nanostructures from the gas stream for subsequent collection Removing the by-product from the gas stream by reacting the by-product of nanostructure formation with an oxygen-containing gas; and evacuating the gas stream from the housing.

かくして、上記方法は、簡単且つ環境的に安全な方法でカーボンナノチューブのようなナノ構造体の大量生産のための新しい実現技術を提供し、低コスト電源及び真空成分を利用することができる。生成工程の面は、単一且つ小型のハウジングの中で行うことができ、それによって潜在的に危険な副産物、例えば、カーボンナノ粒子へのユーザの暴露を制限する。   Thus, the above method provides a new realization technology for mass production of nanostructures such as carbon nanotubes in a simple and environmentally safe manner, and can utilize a low cost power source and vacuum components. The aspects of the production process can be performed in a single and small housing, thereby limiting the user's exposure to potentially dangerous by-products such as carbon nanoparticles.

ナノ構造体は、好ましくは、それぞれの中空陰極反応装置の中で生成され、且つ副産物は、好ましくはそれぞれの中空陰極反応装置の中でガス流から除去される。従って、第2の面では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に通してナノ構造体を生成する段階と、ナノ構造体を、収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第2の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、を含む。   Nanostructures are preferably produced in each hollow cathode reactor and by-products are preferably removed from the gas stream in each hollow cathode reactor. Accordingly, in a second aspect, the present invention provides a method for producing a nanostructure, the method comprising passing a gas comprising a nanostructure component through a first hollow cathode reactor to pass the nanostructure. Generating, separating the nanostructures from the gas exhaust from the first hollow cathode reactor for collection, followed by a second hollow cathode reactor with the exhaust gas together with the oxygen-containing gas. Removing the byproduct of nanostructure formation from the exhaust gas by passing through.

中空陰極反応装置は、低コスト電源で賦勢されるのがよい。中空陰極反応装置は、典型的には、サイズが小さく且つ低周波数で安全に動作する。中空陰極反応装置で得られたガス温度は、ナノ構造体の生成の際に発生するガス反応及び排気ガスからのカーボンナノ粒子の除去に適する。   The hollow cathode reactor should be powered by a low cost power source. Hollow cathode reactors are typically small in size and operate safely at low frequencies. The gas temperature obtained in the hollow cathode reactor is suitable for the gas reaction generated during the production of the nanostructure and the removal of carbon nanoparticles from the exhaust gas.

この方法における中空陰極材料とプロセスガスの両方のいろいろな選択は、装置のユーザに異なる種類及び品質のカーボンナノ構造体の配列を生成させる利点を与える。   Various choices of both the hollow cathode material and process gas in this method give the user of the apparatus the advantage of generating an array of different types and qualities of carbon nanostructures.

第1の中空陰極反応装置は、好ましくは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成された、中実導電性本体に平行な配列の穴からなるのが好ましく、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。   The first hollow cathode reactor preferably consists of holes arranged in parallel to the solid conductive body formed from one of aluminum, copper, stainless steel, tungsten, graphite, and passes through the holes. A plasma is formed in the hole by the generated gas.

金属含有ガスは、金属ナノ構造体を生成するために第1の中空陰極反応装置に通され、ガスに含まれる金属は、有利にはFe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdである。金属ナノ構造体は、カーボンナノ構造体が成長することができる表面を提供する。金属含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素と共に第1の中空陰極反応装置に通され、電子的に励起可能なガスは、金属ナノ構造体の生成を開始し且つ高めることができる。   The metal-containing gas is passed through the first hollow cathode reactor to produce metal nanostructures, and the metals contained in the gas are preferably Fe, Ni, Mo, Co, Pt, Pd. Metal nanostructures provide a surface on which carbon nanostructures can be grown. The metal-containing gas is passed through a first hollow cathode reactor with an electronically excitable gas such as argon, helium, nitrogen, the electronically excitable gas initiates the formation of metal nanostructures and Can be increased.

変形例或いは追加例として、例えば、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つを含む炭素含有ガスは、カーボンナノ構造体を生成するために第1の中空陰極反応装置を通されるのがよい。炭素含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つと一緒に第1の中空陰極反応装置に通されるのが有利である。   As a modified example or an additional example, for example, a carbon-containing gas containing at least one of acetylene, methane, ethane, carbon monoxide, carbon dioxide, methanol, ethanol, tetrafluoromethane, and hexafluoroethane is used as a carbon nanostructure. It may be passed through a first hollow cathode reactor to produce. The carbon-containing gas is advantageously passed through a first hollow cathode reactor together with at least one of electronically excitable gases such as argon, helium, nitrogen.

ナノ構造体は、好ましくは、複数の第1の中空陰極反応装置を用いて生成される。   Nanostructures are preferably produced using a plurality of first hollow cathode reactors.

ナノ構造体は、同じ電圧か異なる電圧のいずれかで単一の電気集塵装置或いは電気集塵装置の配列を用いてガスから分離されるのがよいし、有利には、全ての或いはいろいろな大きさのナノ構造体の収集を可能にする。好ましくは、電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増大する。   The nanostructures may be separated from the gas using a single electrostatic precipitator or array of electrostatic precipitators, either at the same voltage or different voltages, and advantageously all or various Allows collection of nanostructures of size. Preferably, the voltage between the array of electrostatic precipitators increases in the direction of gas flow through the array.

また、ナノ構造体は、基板上の収集によってガスから分離されてもよい。基板は、例えば、液体窒素を用いて、室温以下の温度に冷却されてもよし、或いは、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの酸素含有ガスの存在下で室温以上に加熱されてもよい。これは、有利には、不要な反応副産物を除去し、不要な反応副産物がナノ構造体の生成からのガスからも分離される。   The nanostructures may also be separated from the gas by collection on the substrate. The substrate may be cooled to a temperature below room temperature, for example using liquid nitrogen, or in the presence of at least one oxygen-containing gas, for example oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, ozone. It may be heated above room temperature. This advantageously removes unwanted reaction byproducts, which are also separated from the gas from the production of the nanostructures.

基板の使用は、有利には、それによって収集されたナノ構造体の除去を、例えば、負荷ロックを用いて基板の隔離によって可能にする。   The use of the substrate advantageously allows the removal of the nanostructures collected thereby, for example by isolating the substrate using a load lock.

第2の中空陰極反応装置は、第1の中空陰極反応装置と好ましくは同じ材料で形成された、中実導電性本体に設けられた好ましくは平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンが、好ましくはアルゴン、窒素、ヘリウムの一つのような電子的に励起可能なガスで、好ましくは第2の中空陰極反応装置に供給される。   The second hollow cathode reactor is preferably a parallel array of holes provided in the solid conductive body, preferably made of the same material as the first hollow cathode reactor, and the gas passed through the holes. A plasma is formed in the hole. An oxygen-containing gas, such as oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, ozone, is preferably an electronically excitable gas such as one of argon, nitrogen, helium, preferably the second hollow cathode reaction. Supplied to the device.

第3の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、ナノ構造体の成分を含むガスを受け取るためのハウジング内にガス流を形成するための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えるハウジングを含み、ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から形成するための手段と、形成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体形成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む。   In a third aspect, the present invention provides an apparatus for generating a nanostructure, the apparatus comprising means for forming a gas flow within a housing for receiving a gas comprising a component of the nanostructure. , And means for receiving the oxygen-containing gas, the housing comprising means for forming the nanostructures from components contained within the gas stream and subsequent collection of the formed nanostructures. Means for separating from the gas stream for the purpose and means for removing the by-product of nanostructure formation from the gas stream by reacting the by-product with the oxygen-containing gas, the housing exhausting the gas stream Means for further comprising:

第4の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、第1の中空陰極反応装置と、ナノ構造体を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に供給するための手段と、収集のためにナノ構造体を第1の中空陰極反応装置からの排気ガスから分離するための手段と、排気ガスを続いて受けるための第2の中空陰極反応装置と、排気ガスからのナノ構造体形成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第2の中空陰極反応装置に供給する手段と、を含む。   In a fourth aspect, the present invention provides an apparatus for producing a nanostructure, the apparatus comprising a first hollow cathode reactor and a component of the nanostructure to form the nanostructure. Means for supplying gas to the first hollow cathode reactor, means for separating the nanostructures from the exhaust gas from the first hollow cathode reactor for collection, and subsequently receiving the exhaust gas And a means for supplying an oxygen-containing gas to the second hollow cathode reactor for removal of by-products of nanostructure formation from the exhaust gas.

本発明の方法形態に関して上述した特徴は、装置形態に同様に適用可能であり、その逆もまた同様である。   Features described above with respect to the method form of the present invention are equally applicable to the apparatus form, and vice versa.

本発明の好適な特徴を、いま添付図面を参照して一例として記述する。   Preferred features of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.

図1は、ナノ構造体の生成装置を概略的に示す。装置は、ハウジング或いは本体2を含み、本体2には、ナノ構造体の形成のための第1の装置8と、第1の装置8によって形成されたナノ構造体の収集のための第2の装置10と、ガス流が本体2から排気される前にナノ構造体の生成からの反応副産物の、ガス流からの除去のための第3の装置12とが配置される。本体2は、ナノ構造体の生成に使用するためのガスを受けるための入口4、14と、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスを受け取るための入口16とを含む。また、入口4及び14は、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスの受け取りに用いられてもよい。また、本体2は、排気ガスを該本体から機械的真空ポンプに向って排気ガスを排気するための排気口6も含む。   FIG. 1 schematically illustrates a nanostructure generator. The device comprises a housing or body 2 which comprises a first device 8 for the formation of nanostructures and a second for the collection of nanostructures formed by the first device 8. An apparatus 10 and a third apparatus 12 for removing reaction byproducts from the production of nanostructures from the gas stream before the gas stream is evacuated from the body 2 are arranged. The body 2 includes inlets 4, 14 for receiving gas for use in producing nanostructures and an inlet 16 for receiving gas for use in removing byproducts from the gas stream. Inlets 4 and 14 may also be used to receive gas for use in removing by-products from the gas stream. The main body 2 also includes an exhaust port 6 for exhausting the exhaust gas from the main body toward the mechanical vacuum pump.

ナノ構造体の生成のための第1の装置8a、8b、8cのいろいろな実施形態が図2、図3、図4にそれぞれ詳細に示される。   Various embodiments of the first apparatus 8a, 8b, 8c for the production of nanostructures are shown in detail in FIGS. 2, 3 and 4, respectively.

図2に示した第1の実施形態では、本体2は、ほぼ円筒形の本体からなり、該本体は、本体2内にガス流を形成するガスを受けるための、本体とほぼ同軸に配置された第1の生成装置ガス入口4を有する。第1の装置8aは、本体2内に配置された非導電性内殻20を含む。内殻20は、ほぼ円筒形の導電性ブロック22を支持する。ブロック22には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、またほぼリング形の陽極24を支持する。多数の有孔陽極尖端26が陽極24からブロック22のほぼ平坦面の外周方向に延びている。係る陽極尖端26は、ブロック22の穴のそれぞれにプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助けることができる。   In the first embodiment shown in FIG. 2, the main body 2 comprises a substantially cylindrical main body, which is arranged substantially coaxially with the main body for receiving a gas forming a gas flow in the main body 2. And a first generator gas inlet 4. The first device 8 a includes a non-conductive inner shell 20 disposed in the main body 2. The inner shell 20 supports a substantially cylindrical conductive block 22. A plurality of axially oriented holes are formed in the block 22. The inner shell 20 also supports a substantially ring-shaped anode 24. A number of perforated anode tips 26 extend from the anode 24 toward the outer periphery of the substantially flat surface of the block 22. Such an anode tip 26 can help maintain a plasma and hollow cathode effect in each of the holes in the block 22.

電源28が、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。第1の装置8aからのガス出口は、図2に40で示され、第1の装置8aからのガス流排気がガス出口40から第2の装置10まで運ばれる。   A power supply 28 is provided to charge the block 22 to a cathode (negative) potential and to charge the anode 24 to an anode (positive) potential. The gas outlet from the first device 8a is shown at 40 in FIG. 2, and the gas flow exhaust from the first device 8a is carried from the gas outlet 40 to the second device 10.

図2に示す第1の装置8aの使用中、金属含有化合物の蒸気、例えば、メタロセン、金属スポンジ、有機金属化合物及び金属ハロゲン化物の少なくとも一つの蒸気は、第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経てブロック22に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック22の中で金属含有化合物がプラズマ(電離状態)の中で原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガス、例えば、窒素、アルゴン及びヘリウムの少なくと一つと一緒に或いは別に第1の生成装置ガス入口4に運ばれることがある。   During use of the first apparatus 8a shown in FIG. 2, the vapor of the metal-containing compound, for example, at least one vapor of metallocene, metal sponge, organometallic compound and metal halide, is generated by the first generator gas inlet 4 and the anode. 24, the metal-containing compound is dissociated into atomic metal in the plasma (ionized state) in the block 22 continuously or periodically. The metal-containing vapor may be carried to the first generator gas inlet 4 together with or separately from at least one of electronically excitable gases such as nitrogen, argon and helium.

金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガス、例えばアセチレン、メタン、エタン、一酸化カーボン、二酸化カーボン、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン及びヘキサフルオロエタンの少なくとも一つが、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック22の中でガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。原子金属及び原子カーボンは、結合してナノ構造体12の収集のためにブロック22の穴内と第2の装置10の表面上で、ブロック22から下流のガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単壁ナノチューブの生成を促進する。   At least one of a carbon-containing gas, such as acetylene, methane, ethane, carbon monoxide, carbon dioxide, methanol, ethanol, tetrafluoromethane, and hexafluoroethane, simultaneously or separately with the metal-containing vapor and the electronically excitable gas. The gas is dissociated into atomic carbon and its clusters in the plasma in the block 22 by being conveyed continuously or periodically through the first generator inlet 4 and the anode 24 to the block 22. Atomic metal and atomic carbon combine to align other carbon nanostructures in the gas stream downstream from block 22 within the holes of block 22 and on the surface of second device 10 for collection of nanostructures 12. Along with promoting the production of single-walled nanotubes.

酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの少なくとも一つを、第1の装置入口4及び陽極24を経てブロック22に随意に運んでもよく、ブロック22の中でガスが酸素ラジカルに解離される。ブロック22の中で生成された酸素ラジカルは、第1の装置8aで生成されたカーボンナノ粒子、及び第2の装置10で生成されたいかなるカーボンナノ粒子と反応して装置2からカーボンナノ粒子を除去することができる。   An oxygen-containing gas, such as oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, water and ozone, may optionally be carried to block 22 via first device inlet 4 and anode 24, The gas is dissociated into oxygen radicals. The oxygen radicals generated in the block 22 react with the carbon nanoparticles generated in the first device 8a and any carbon nanoparticles generated in the second device 10 to react with the carbon nanoparticles from the device 2. Can be removed.

第2の実施形態の第1の装置8bを図3に示す。この第2の実施形態では、本体2は、本体2とほぼ同軸に配置された第1の生成装置ガス入口4と、ガスを本体の中に実質的に半径方向に運ぶための第2の生成装置ガス入口14とを有するほぼ円筒形の本体からなる。内殻20は、二つの離間した、ほぼ円筒形の導電性ブロック22及び34を支持する。第1の実施形態のブロック22におけるように、ブロック22、34には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子32がブロック22、34の間にさらなる絶縁をもたらすためにブロック22、34の間に配置される。図3に示すように、ブロック22、34は、第2の生成装置ガス入口14の両側に配置される。   A first device 8b of the second embodiment is shown in FIG. In this second embodiment, the main body 2 has a first generator gas inlet 4 arranged substantially coaxially with the main body 2 and a second generation for carrying the gas substantially radially into the main body. It consists of a substantially cylindrical body with a device gas inlet 14. Inner shell 20 supports two spaced, generally cylindrical conductive blocks 22 and 34. As in the block 22 of the first embodiment, the blocks 22 and 34 are formed with a plurality of axially oriented holes. An annular insulating element 32 is disposed between the blocks 22, 34 to provide further insulation between the blocks 22, 34. As shown in FIG. 3, the blocks 22, 34 are disposed on both sides of the second generator gas inlet 14.

第1の実施形態におけるように、内殻20は、ほぼリング形の陽極24を支持する。複数の有孔陽極尖端26は、陽極24からブロック22の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端26は、ブロック22、34の穴の各々のプラズマ及びホロー陰極効果を維持するのを助けることができる。第1の装置8bからのガス出口は、図3に40で示され、第1の装置8bからのガス流排気がガス出口40から第2の装置10に運ばれる。   As in the first embodiment, the inner shell 20 supports a substantially ring-shaped anode 24. The plurality of perforated anode tips 26 extend from the anode 24 toward the outer periphery of the substantially flat surface of the block 22. Such an anode tip 26 can help maintain the plasma and hollow cathode effects of each of the holes in the blocks 22, 34. The gas outlet from the first device 8b is shown at 40 in FIG. 3, and the gas flow exhaust from the first device 8b is carried from the gas outlet 40 to the second device 10.

電源28は、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。同様な電源29は、ブロック34を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。   A power supply 28 is provided to charge the block 22 to a cathode (negative) potential and to charge the anode 24 to an anode (positive) potential. A similar power supply 29 is provided to charge the block 34 to the cathode (negative) potential and the anode 24 to the anode (positive) potential.

図3に示す第1の装置8bの使用中、第1の実施形態におけるように金属含有化合物の蒸気は、第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経てブロック22及び34に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック22及び34の中で金属含有化合物がプラズマの中で原子金属に解離される。蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第1の生成装置ガス入口4に運ばれることがある。   During use of the first apparatus 8b shown in FIG. 3, the vapor of the metal-containing compound continues to the blocks 22 and 34 via the first generator gas inlet 4 and the anode 24 as in the first embodiment or Carried periodically, in blocks 22 and 34, metal-containing compounds are dissociated into atomic metals in the plasma. The vapor may be carried to the first generator gas inlet 4 together with or separately from the electronically excitable gas.

金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガスは、第2の生成装置ガス入口14を経てブロック34に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック34の中で、ガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、及びブロック22、34の穴内の、ガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単一壁ナノチューブの生成を促進することができる。   Concurrently or separately with the metal-containing vapor and the electronically excitable gas, the carbon-containing gas is carried continuously or periodically through the second generator gas inlet 14 to the block 34, where it is within the block 34. The gas is dissociated into atomic carbon and its clusters in the plasma. The atomic metal and atomic carbon then combine to promote the production of single-walled nanotubes along with other carbon nanostructure arrays in the gas stream downstream from the metal block and within the holes in blocks 22,34. can do.

酸素含有ガスを、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22、34に、及び第2の生成装置ガス入口14を経てブロック34に随意に運んでもよし、ブロック22、34の中でガスが酸素ラジカルに解離される。その中で生成された酸素ラジカルは、装置2からカーボンナノ粒子を除去するために、第1の装置8bで生成されたカーボンナノ粒子、及び第2の装置10で生成されたいかなるカーボンナノ粒子とも反応することができる。   An oxygen-containing gas may optionally be conveyed to the blocks 22, 34 via the first generator inlet 4 and the anode 24 and to the block 34 via the second generator gas inlet 14, in the blocks 22, 34. The gas is dissociated into oxygen radicals. The oxygen radicals generated therein are combined with the carbon nanoparticles produced by the first device 8b and any carbon nanoparticles produced by the second device 10 in order to remove the carbon nanoparticles from the device 2. Can react.

第3の実施形態の第1の装置8cを図4に示す。この第3の実施形態では、第1の装置8cの本体2は、二つのほぼ直交する、連結された円筒形のアーム3、5を含む。第1の生成装置ガス入口4は、第1のアーム3とほぼ同軸に配置される。第1のアーム3は、非導電性内殻20を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック22を支持する。ブロック22には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、またほぼリング形の陽極24を支持する。複数の有孔陽極尖端26が、陽極24からブロック22の略平坦面の外周の方向に延びている。   A first device 8c of the third embodiment is shown in FIG. In this third embodiment, the body 2 of the first device 8c includes two generally orthogonal, connected cylindrical arms 3,5. The first generator gas inlet 4 is arranged substantially coaxially with the first arm 3. The first arm 3 includes a non-conductive inner shell 20 and supports a substantially cylindrical conductive block 22. A plurality of axially oriented holes are formed in the block 22. The inner shell 20 also supports a substantially ring-shaped anode 24. A plurality of perforated anode tips 26 extend from the anode 24 toward the outer periphery of the substantially flat surface of the block 22.

第2のアーム5は、第2のアーム5とほぼ同軸に配置された第2の生成装置ガス入口14を含む。また、第2のアーム5は、また非導電性内殻20の一部を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック35を支持する。ブロック35には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、また第2のアーム5内のほぼリング形の陽極25を支持する。複数の有孔陽極尖端27は、陽極25からブロック35の略平坦面の外周の方向に延びている。第1の装置8cからのガス出口は、図4に40で示される。   The second arm 5 includes a second generator gas inlet 14 disposed substantially coaxially with the second arm 5. The second arm 5 also includes a part of the non-conductive inner shell 20 and supports a substantially cylindrical conductive block 35. A plurality of axially oriented holes are formed in the block 35. The inner shell 20 also supports a substantially ring-shaped anode 25 in the second arm 5. The plurality of perforated anode tips 27 extend from the anode 25 toward the outer periphery of the substantially flat surface of the block 35. The gas outlet from the first device 8c is shown at 40 in FIG.

電源28は、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられている。同様な電源29は、ブロック35を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極25を陽極(正)電位に帯電させるために設けられている。   A power supply 28 is provided to charge the block 22 to a cathode (negative) potential and to charge the anode 24 to an anode (positive) potential. A similar power supply 29 is provided to charge the block 35 to a cathode (negative) potential and to charge the anode 25 to an anode (positive) potential.

使用中、金属含有化合物の蒸気は、ブロック22に第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック22の中で金属含有化合物がプラズマ中の原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第1の生成装置ガス入口4に運ばれてもよい。金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時、或いは別個に、カーボン含有ガスは、ブロック35に、第2の生成装置ガス入口14及び陽極25を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック35の中でガスがプラズマ中の電子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、ガス流の中の、他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に、単壁ナノチューブが、ブロック22、35の穴内に、及びそのように形成されたナノ構造体の収集のために第2の装置10の表面上にカーボン生成されるのを促進する。   In use, the vapor of the metal-containing compound is carried continuously or periodically to the block 22 via the first generator gas inlet 4 and the anode 24, in which the metal-containing compound is an atomic metal in the plasma. Is dissociated. The metal-containing vapor may be delivered to the first generator gas inlet 4 together with or separately from the electronically excitable gas. Simultaneously or separately from the metal-containing vapor and the electronically excitable gas, the carbon-containing gas is carried to block 35 continuously or periodically via the second generator gas inlet 14 and the anode 25, In block 35, the gas is dissociated into electronic carbon and its clusters in the plasma. The atomic metal and atomic carbon are then combined together with an array of other carbon nanostructures in the gas stream, downstream from the metal block, so that single-walled nanotubes are in the holes of blocks 22, 35, And facilitates the generation of carbon on the surface of the second device 10 for the collection of nanostructures so formed.

第1の実施形態の第1の装置8a及び第2の実施形態の第1の装置8bに関して上述したように、酸素含有ガスは、また、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22、34に、及び第2の生成装置ガス入口14及び陽極25を経てブロック35に運ばれてもよいし、ブロック22、34、35の中でガスがカーボンナノ粒子との反応のために酸素ラジカルに解離される。   As described above with respect to the first device 8a of the first embodiment and the first device 8b of the second embodiment, the oxygen-containing gas also passes through the first generator inlet 4 and the anode 24 to block 22. , 34 and via the second generator gas inlet 14 and the anode 25 may be carried to block 35 and in blocks 22, 34, 35 the oxygen radicals for reaction with the carbon nanoparticles. Is dissociated.

上述した各々の実施形態では、第1の装置8から出力されたガス流は、その中に含まれるナノ構造体の収集のために本体2内で第2の装置10に運ばれる。第2の装置10の二つの実施形態10a、10bを図5及び図6をそれぞれ参照して、さらに詳細にいま説明する。   In each of the embodiments described above, the gas stream output from the first device 8 is conveyed to the second device 10 within the body 2 for collection of the nanostructures contained therein. Two embodiments 10a, 10b of the second device 10 will now be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6, respectively.

図5に示す第1の実施形態では、第2の装置10aは、ナノ構造体とさらに小さいナノ粒子のようなナノ構造体の生成からの副産物とを含むガス流を第1の装置8から受けるための第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を含む。第2の装置10aは、本体2内に配置された非導電性内殻50を含む。内殻50は、第1の電気集塵装置52を支持する。知られているように、電気集塵装置52は、適当な横支持ロッドで交互の順序に支持された、複数の平行に離間され、高電圧帯電の、ほぼ矩形のコレクタプレート54及び接地プレート56と、絶縁体と、スペーサとを含み、順序通りの各プレートが直ぐ隣のプレートと反対の極性を有し、電気集塵装置52の収集部分を形成する。また、知られているように、イオン化ワイヤ58及び延びた接地プレート56aは、延びた接地プレート56aに向って延びるコロナ電流を生じさせるように、第1の収集装置ガス入口60に近接して配置され、それにより高濃度イオンカーテンのイオン化部分を形成する。内殻50からのガス出口は、図5に65で示される。   In the first embodiment shown in FIG. 5, the second device 10a receives a gas flow from the first device 8 that includes nanostructures and by-products from the production of nanostructures such as smaller nanoparticles. Including a first nanostructure collector gas inlet 60. The second device 10 a includes a non-conductive inner shell 50 disposed in the main body 2. The inner shell 50 supports the first electric dust collector 52. As is known, the electrostatic precipitator 52 is comprised of a plurality of parallel spaced, high voltage charged, generally rectangular collector plates 54 and ground plates 56 supported in an alternating sequence by suitable transverse support rods. And the insulator and the spacer, each plate in order has a polarity opposite to that of the immediately adjacent plate, and forms the collecting portion of the electrostatic precipitator 52. Also, as is known, the ionization wire 58 and the extended ground plate 56a are positioned proximate to the first collector gas inlet 60 to produce a corona current that extends toward the extended ground plate 56a. Thereby forming the ionized portion of the high concentration ion curtain. The gas outlet from the inner shell 50 is shown at 65 in FIG.

使用中、ガス流が第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を通って装置10aに入ると、その中に取り込まれたナノ構造体は、高濃度イオンカーテンの中へ通るときに帯電され、且つコレクタプレート54の表面への引力によりガス流から分離され、コレクタプレートは、基板の上に配置されたナノ構造体の収集のために装置2から取り除くことができる基板をなしている。ガス流に含まれたより小さいナノ粒子はコレクタプレート54の上に収集されず、従って装置10aの中を通り抜ける。   In use, as the gas stream enters the device 10a through the first nanostructure collector gas inlet 60, the nanostructures incorporated therein are charged as they pass into the high concentration ion curtain, And separated from the gas flow by the attractive force to the surface of the collector plate 54, the collector plate forms a substrate that can be removed from the device 2 for the collection of nanostructures disposed on the substrate. Smaller nanoparticles contained in the gas stream are not collected on the collector plate 54 and thus pass through the device 10a.

図6に示した第2の実施形態では、第2の装置10bは、ナノ構造体及びナノ粒子副産物を含むガス流を第1の装置8から受けるための第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を含む。第1の実施形態におけるように、第2の装置10bは、本体2内に配置された非導電性内殻50を含む。この第2の実施形態では、内殻50は、各々が第1の実施形態の電気集塵装置52に類似する、実質的に等しい電気集塵装置52’の配列を支持する。第2の実施形態では、電気集塵装置52’の各々のコレクタプレート54は、好ましくは、ガス流の方向に、前の電気集塵装置に対して増大した電圧に設定される。第2の装置10bの中を通るガス流の方向に増大する電圧を生成することによって、対応するコレクタプレート54で異なる大きさのナノ構造体の分離が可能になり、より小さいナノ構造体が下流コレクタプレート54に引き寄せられる。図示した実施形態では、3つの電気集塵装置52’が示されているが、3つ以上或いは3つ以下の電気集塵装置を用いることが可能である。内殻50からのガス出口は、図6に65で示されている。   In the second embodiment shown in FIG. 6, the second device 10b is a first nanostructure collector gas inlet for receiving a gas stream comprising nanostructures and nanoparticle byproducts from the first device 8. 60. As in the first embodiment, the second device 10 b includes a non-conductive inner shell 50 disposed within the body 2. In this second embodiment, the inner shell 50 supports an array of substantially equal electrostatic precipitators 52 ', each similar to the electrostatic precipitator 52 of the first embodiment. In the second embodiment, each collector plate 54 of the electrostatic precipitator 52 'is preferably set to an increased voltage relative to the previous electrostatic precipitator in the direction of gas flow. By generating a voltage that increases in the direction of gas flow through the second device 10b, it is possible to separate different sized nanostructures in the corresponding collector plate 54, with smaller nanostructures downstream. It is drawn to the collector plate 54. In the illustrated embodiment, three electrostatic precipitators 52 'are shown, but it is possible to use more or less than three electrostatic precipitators. The gas outlet from the inner shell 50 is shown at 65 in FIG.

第2の装置10の上記実施形態のいずれにおいても、コレクタプレート54を、ガス流からのナノ構造体の分離を促進するために、例えば、装置10の周りに運ばれる液体窒素を用いて冷却するのがよい。ナノ構造体の組成に応じて、変形例として、ガス流からのナノ構造体の分離を、例えば、装置10の周りに延びるヒータを用いてコレクタプレート54を加熱することによって促進してもよい。また、負荷ロック装置(図示せず)を、コレクタプレート54及び該コレクタプレートの上に収集されたナノ構造体をガス流から隔絶するために設けるのがよい。これにより、真空密封を開封する必要なしにユーザは収集されたナノ構造体を除去し且つ潜在的に有害のナノ粒子への暴露の危険性を減ずる。   In any of the above embodiments of the second device 10, the collector plate 54 is cooled using, for example, liquid nitrogen carried around the device 10 to facilitate separation of the nanostructures from the gas stream. It is good. Depending on the composition of the nanostructures, as an alternative, separation of the nanostructures from the gas stream may be facilitated, for example, by heating the collector plate 54 with a heater that extends around the device 10. A load lock device (not shown) may also be provided to isolate the collector plate 54 and the nanostructures collected on the collector plate from the gas flow. This allows the user to remove the collected nanostructures and reduce the risk of exposure to potentially harmful nanoparticles without having to open the vacuum seal.

上述した実施形態の各々では、第2の装置10から出力されたガス流は、その中に含まれたいかなるナノ粒子副産物をもガス流から除去するために本体内2で第3の装置12に運ばれる。第3の装置12の二つの実施形態12a、12bを図7及び図8を参照していま詳細に説明する。   In each of the above-described embodiments, the gas stream output from the second device 10 is transferred to the third device 12 within the body 2 to remove any nanoparticle by-products contained therein from the gas stream. Carried. Two embodiments 12a, 12b of the third device 12 will now be described in detail with reference to FIGS.

図7に示した第1の実施形態では、第3の装置12aは、ガス流を第2の装置10から受けるための第1の除去装置ガス入口90と、第2の除去装置ガス入口16と、を含み、酸素含有ガスはこのガス入口16から本体2の中へほぼ径方向に入る。適当な酸素含有ガスの例は、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの一つ又はそれ以上を含む。   In the first embodiment shown in FIG. 7, the third device 12a includes a first removal device gas inlet 90 for receiving a gas flow from the second device 10, a second removal device gas inlet 16, and , And the oxygen-containing gas enters substantially radially from the gas inlet 16 into the body 2. Examples of suitable oxygen-containing gases include one or more of oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, water and ozone.

上述した第1の装置8の実施形態と同様に、この実施形態では、第3の装置12aは、本体2内に配置された非導電性内殻70を含む。内殻70は、ほぼ円筒形の導電性ブロック76を支持する。ブロック76には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻70は、またほぼリング形の陽極80を支持する。複数の有孔性陽極尖端82は、陽極80からブロック76の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端82は、ブロック76の穴の各々内にプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助することができる。電源78は、ブロック76を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。   Similar to the embodiment of the first device 8 described above, in this embodiment, the third device 12 a includes a non-conductive inner shell 70 disposed within the body 2. The inner shell 70 supports a substantially cylindrical conductive block 76. The block 76 has a plurality of axially oriented holes. The inner shell 70 also supports a substantially ring-shaped anode 80. The plurality of porous anode tips 82 extend from the anode 80 toward the outer periphery of the substantially flat surface of the block 76. Such an anode tip 82 can help maintain a plasma and hollow cathode effect within each of the holes in the block 76. A power supply 78 is provided to charge the block 76 to a cathode (negative) potential and the anode 80 to an anode (positive) potential.

使用中、副産物を含むガス流は、入口90を通って第3の装置12aの金属ブロック76に運ばれる。入口16を通って装置12aに入る酸素含有ガスは、ナノ構造体生成からの副産物を含むガス流と混合する。混合されたガス流は、ブロック76内に形成されたプラズマの中で解離され、それにより副産物は、酸素ラジカルと反応して、炭素の酸化形態の配列、例えば、二酸化炭素及び一酸化炭素を生成し、ガス流と一緒に本体2からガス出口6を経て機械的真空ポンプに排気される。   In use, a gas stream containing by-products is conveyed through inlet 90 to metal block 76 of third device 12a. The oxygen-containing gas that enters the device 12a through the inlet 16 mixes with a gas stream containing by-products from nanostructure formation. The mixed gas stream is dissociated in the plasma formed in block 76 so that by-products react with oxygen radicals to produce an array of oxidized forms of carbon, such as carbon dioxide and carbon monoxide. Then, the gas is discharged from the main body 2 through the gas outlet 6 to the mechanical vacuum pump together with the gas flow.

図8に示す第2の実施形態は、第1の実施形態に類似する。この第2の実施形態では、内殻70は、二つの、離間された、ほぼ円筒形の導電性ブロック74及び76を支持する。第1の実施形態におけるように、金属ブロック74、76には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子72が、金属ブロック74、76間に更なる絶縁をもたらすために金属ブロック74、76の間に配置される。図8に示すように、金属ブロック74、76は、第2の除去装置ガス入口16の両側に配置される。電源78は、ブロック74を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。同様な電源78aは、ブロック76を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。   The second embodiment shown in FIG. 8 is similar to the first embodiment. In this second embodiment, the inner shell 70 supports two spaced apart, generally cylindrical conductive blocks 74 and 76. As in the first embodiment, the metal blocks 74 and 76 are formed with a plurality of axially oriented holes. An annular insulating element 72 is disposed between the metal blocks 74, 76 to provide further insulation between the metal blocks 74, 76. As shown in FIG. 8, the metal blocks 74, 76 are disposed on both sides of the second removal device gas inlet 16. A power supply 78 is provided to charge the block 74 to a cathode (negative) potential and the anode 80 to an anode (positive) potential. A similar power supply 78a is provided to charge the block 76 to a cathode (negative) potential and the anode 80 to an anode (positive) potential.

上述した第1の装置8、第2の装置10及び第3の装置12の実施形態は、装置2のいかなる組合せで用いてもよい。例えば、装置2の一つの好ましい実施形態では、第1の装置8は、図3に示したようなものであり、第2の装置10は、図6に示したようなものであり、且つ第3の装置12は、図8に示したようなものである。   The embodiments of the first device 8, the second device 10 and the third device 12 described above may be used in any combination of the devices 2. For example, in one preferred embodiment of the device 2, the first device 8 is as shown in FIG. 3, the second device 10 is as shown in FIG. The third device 12 is as shown in FIG.

上述した第1の装置8、第2の装置10及び第3の装置12のいかなる組合せでも、非導電性内殻20、50、70は、別々の殻か装置2全体にわたって連続の殻かのいずれかでもよい。   In any combination of the first device 8, the second device 10 and the third device 12 described above, the non-conductive inner shell 20, 50, 70 can be either a separate shell or a continuous shell throughout the device 2. It may be.

ナノ構造体の生成装置の一般的な概略を示す図である。It is a figure which shows the general outline of the production | generation apparatus of a nanostructure. ナノ構造体を生成するための装置の第1の実施形態を示す図である。1 shows a first embodiment of an apparatus for generating nanostructures. FIG. ナノ構造体を生成するための装置の第2の実施形態を示す図である。FIG. 3 shows a second embodiment of an apparatus for generating nanostructures. ナノ構造体を生成するための装置の第3の実施形態を示す図である。FIG. 4 shows a third embodiment of an apparatus for generating nanostructures. ナノ構造体を収集するための装置の第1の実施形態を示す図である。FIG. 1 shows a first embodiment of an apparatus for collecting nanostructures. ナノ構造体を収集するための装置の第2の実施形態を示す図である。FIG. 3 shows a second embodiment of an apparatus for collecting nanostructures. ナノ構造体生成からの副産物をガスから除去するための装置の第1の実施形態を示す図である。FIG. 3 shows a first embodiment of an apparatus for removing by-products from nanostructure production from a gas. ナノ構造体生成からの副産物をガスから除去するための装置の第2の実施形態を示す図である。FIG. 3 shows a second embodiment of an apparatus for removing by-products from nanostructure production from a gas.

符号の説明Explanation of symbols

2 本体
4、14、16 入口
6 排気口
8 第1の装置
10 第2の装置
12 第3の装置
2 Main body 4, 14, 16 Inlet 6 Exhaust port 8 First device 10 Second device 12 Third device

Claims (37)

ナノ構造体を生成する方法であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運ぶ段階と、
酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と、
ハウジング内で、
ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、
生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、
副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去する段階、
を行う段階と、
ガス流をハウジングから排気する段階と、
を含む、上記方法。
A method for producing a nanostructure comprising:
Conveying a gas comprising nanostructure components to the housing to form a gas flow within the housing;
Carrying an oxygen-containing gas into the housing;
In the housing,
Generating nanostructures from components contained in the gas stream;
Separating the produced nanostructures from the gas stream for subsequent collection;
Removing the by-product of nanostructure formation from the gas stream by reacting the by-product with an oxygen-containing gas;
And the stage of
Exhausting the gas stream from the housing;
Including the above method.
ナノ構造体を第1の中空陰極反応装置で生成する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the nanostructure is produced in a first hollow cathode reactor. 副産物を第2の中空陰極反応装置を用いてガス流から除去する、請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the by-product is removed from the gas stream using a second hollow cathode reactor. ナノ構造体を生成する方法であって、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に通す段階と、
ナノ構造体を収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、
続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第2の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、
を含む、上記方法。
A method for producing a nanostructure comprising:
Passing a gas containing the components of the nanostructure through a first hollow cathode reactor to produce the nanostructure;
Separating the nanostructures from the gas exhaust from the first hollow cathode reactor for collection;
Subsequently removing the by-product of nanostructure formation from the exhaust gas by passing the exhaust gas along with an oxygen-containing gas through a second hollow cathode reactor;
Including the above method.
第1の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴からなり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項2から4のいずれかに記載の方法。   5. The first hollow cathode reaction device comprises parallel-arranged holes provided in a solid conductive body, and a plasma is formed in the holes by a gas passed through the holes. The method described in 1. 本体は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成される、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the body is formed from one of aluminum, copper, stainless steel, tungsten, graphite. 金属ナノ構造体を生成するために金属含有ガスを第1の中空陰極反応装置に通す、請求項2から6のいずれかに記載の方法。   7. A method according to any of claims 2 to 6, wherein a metal-containing gas is passed through the first hollow cathode reactor to produce metal nanostructures. 金属は、Fe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdの少なくとも一つからなる、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the metal comprises at least one of Fe, Ni, Mo, Co, Pt, and Pd. 金属含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第1の中空陰極反応装置に通す、請求項7又は8に記載の方法。   9. A process according to claim 7 or 8, wherein the metal-containing gas is passed through a first hollow cathode reactor together with an electronically excitable gas. 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein the electronically excitable gas comprises at least one of argon, helium, and nitrogen. カーボンナノ構造体を生成するためにカーボン含有ガスを第1の中空陰極反応装置に通す、請求項2から10のいずれかに記載の方法。   11. A method according to any one of claims 2 to 10, wherein a carbon-containing gas is passed through the first hollow cathode reactor to produce carbon nanostructures. カーボン含有ガスは、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つからなる、請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the carbon-containing gas comprises at least one of acetylene, methane, ethane, carbon monoxide, carbon dioxide, methanol, ethanol, tetrafluoromethane, and hexafluoroethane. カーボン含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第1の中空陰極反応装置に通す、請求項11又は12に記載の方法。   13. A process according to claim 11 or 12, wherein the carbon-containing gas is passed through a first hollow cathode reactor together with an electronically excitable gas. 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項13に記載の方法。   The method of claim 13, wherein the electronically excitable gas comprises at least one of argon, helium, and nitrogen. ナノ構造体を、複数の第1の中空陰極装置を用いて生成する、請求項2から14のいずれかに記載の方法。   15. A method according to any one of claims 2 to 14, wherein the nanostructure is generated using a plurality of first hollow cathode devices. ナノ構造体を、電気集塵装置を用いてガスから分離する、請求項1から15のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the nanostructure is separated from the gas using an electrostatic precipitator. ナノ構造体を、電気集塵装置の配列を用いてガスから分離する、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein the nanostructures are separated from the gas using an array of electrostatic precipitators. 電気集塵装置は、同じ電圧である、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the electrostatic precipitator is at the same voltage. 電気集塵装置は、異なる電圧である、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the electrostatic precipitator is at a different voltage. 電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増す、請求項19に記載の方法。   20. The method of claim 19, wherein the voltage across the array of electrostatic precipitators increases in the direction of gas flow through the array. ナノ構造体を、基板上での収集によりガスから分離する、請求項1から20のいずれかに記載の方法。   21. A method according to any preceding claim, wherein the nanostructures are separated from the gas by collection on a substrate. 基板を室温以下の温度に冷却する、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the substrate is cooled to a temperature below room temperature. 基板を、液体窒素を用いて冷却する、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the substrate is cooled using liquid nitrogen. 基板を室温以上の温度に加熱する、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the substrate is heated to a temperature above room temperature. 基板を酸素含有ガスの存在下で加熱する、請求項24に記載の方法。   The method of claim 24, wherein the substrate is heated in the presence of an oxygen-containing gas. 基板を、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの存在下で加熱する、請求項24又は請求項25に記載の方法。   26. A method according to claim 24 or claim 25, wherein the substrate is heated in the presence of at least one of oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, ozone. 収集されたナノ構造体の除去のために基板をガスから隔離する、請求項21から26のいずれかに記載の方法。   27. A method according to any of claims 21 to 26, wherein the substrate is isolated from the gas for removal of the collected nanostructures. 基板を、負荷ロックを用いて隔離する、請求項27に記載の方法。   28. The method of claim 27, wherein the substrate is isolated using a load lock. 第2の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項3から28のいずれかに記載の方法。   29. The second hollow cathode reactor is a parallel array of holes provided in a solid conductive body, and a plasma is formed in the holes with the gas passed through the holes. The method described in 1. 中実導電性本体を、アルミニウム、銅、グラファイト、ステンレス鋼、タングステンの一つから形成する、請求項29に記載の方法。   30. The method of claim 29, wherein the solid conductive body is formed from one of aluminum, copper, graphite, stainless steel, tungsten. 酸素含有ガスは、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つからなる、請求項1から30のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 30, wherein the oxygen-containing gas comprises at least one of oxygen, air, ethanol, methanol, hydrogen peroxide, and ozone. 酸素含有ガスに、電子的に励起可能なガスが供給される、請求項1から31のいずれかに記載の方法。   32. A method according to any preceding claim, wherein the oxygen-containing gas is supplied with an electronically excitable gas. 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、窒素、ヘリウムの一つからなる、請求項32に記載の方法。   The method of claim 32, wherein the electronically excitable gas comprises one of argon, nitrogen, and helium. ナノ構造体を製造するための装置であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを受けるための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えたハウジングを含み、
ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から生成するための手段と、後続の収集のために生成されたナノ構造体をガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、
ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む、上記装置。
An apparatus for manufacturing a nanostructure,
A housing comprising means for receiving a gas comprising a component of the nanostructure to form a gas flow within the housing, and means for receiving an oxygen-containing gas;
The housing includes means for generating nanostructures from components contained within the gas stream, means for separating the nanostructures generated for subsequent collection from the gas stream, and oxygen containing byproducts. Means for removing by-products of nanostructure formation from the gas stream by reacting with the gas, and
The apparatus as described above, wherein the housing further comprises means for exhausting the gas stream.
ナノ構造体生成手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項34に記載の装置。   35. The apparatus of claim 34, wherein the nanostructure generating means comprises a hollow cathode reaction apparatus. 副産物除去手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項34又は請求項35に記載の装置。   36. The apparatus according to claim 34 or claim 35, wherein the by-product removing means comprises a hollow cathode reaction apparatus. ナノ構造体を製造するための装置であって、
第1の中空陰極反応装置と、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に供給するための手段と、
ナノ構造体を、収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離するための手段と、
排気ガスを続いて受けるための第2の中空陰極反応装置と、
排気ガスからのナノ構造体生成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第2の中空陰極反応装置に供給する手段と、
を含む、上記装置。
An apparatus for manufacturing a nanostructure,
A first hollow cathode reactor;
Means for supplying a gas comprising a component of the nanostructure to the first hollow cathode reactor to produce the nanostructure;
Means for separating the nanostructures from the gas exhaust from the first hollow cathode reactor for collection;
A second hollow cathode reactor for subsequently receiving exhaust gas;
Means for supplying an oxygen-containing gas to the second hollow cathode reactor for removal of nanostructured by-products from the exhaust gas;
Including the above device.
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