JP2010126406A - 炭素ナノチューブの合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素ナノチューブの合成装置が提供する。
【解決手段】炭素ナノチューブが形成される空間を提供して垂直に長く形成される反応器と、前記反応器の外側に形成されて反応器を加熱する加熱部１２０と、反応器の内部に位置する触媒と反応して炭素ナノチューブを合成するための反応ガスを噴射するガス供給部と、反応器の上段部に連結されて炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスを外部に排出する排気部１５０、および反応器の内部に形成されて炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスだけを排気部を通じて排出させて合成された炭素ナノチューブまたは触媒の排出を遮断する遮断部１８０と、を含み、遮断部は、断面が複数の多角形構造で区切られ、各々の区切られたセル（ｃｅｌｌ）には下方向に傾いた遮断翼１８４，１８６が形成された炭素ナノチューブの合成装置。
【選択図】図７

Description

本発明は、炭素ナノチューブの合成装置に関するものであって、より詳細には、垂直型炭素ナノチューブの合成装置で炭素ナノチューブ合成に反応しない反応ガスだけを通過させて排気部を通じて排出させて合成された炭素ナノチューブまたは触媒の排出は遮断する遮断部が形成された炭素ナノチューブの合成装置に関するものである。

炭素ナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＣＮＴ）とは、地球上に多量に存在する炭素から成る炭素の同素体であって、一つの炭素が異なる炭素原子と六角形の蜂の巣形状に結合されてチューブ形態を形成する物質であり、チューブの直径が数ナノメートル水準で極めて小さい領域の物質である。炭素ナノチューブは、優秀な機械的特性、電気的選択性、優れた電界放出特性、高効率の水素保存媒体の特性を有し、次世代の新素材として注目を集めている。

このような炭素ナノチューブは、高度の合成技術によって製造されうるが、その合成方法として、電気放電法（Ａｒｃ−ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）、レーザ蒸着法（Ｌａｓｅｒ ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ）、プラズマ化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、熱化学気相蒸着法（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、電気分解方法、フレーム（Ｆｌａｍｅ）合成方法などが知られている。

一般的に炭素ナノチューブを生産する工程は、大きく炭素ナノチューブの合成が起こる基板に触媒を塗布する触媒塗布工程、触媒が塗布された基板を反応器に入れて反応ガスと塗布された触媒を反応させて炭素ナノチューブを合成する炭素ナノチューブの合成工程、基板上に合成された炭素ナノチューブを回収する回収工程に分けられる。

炭素ナノチューブの合成装置は、炭素ナノチューブを合成するための空間を提供する反応器が置かれた形態によって水平型と垂直型に分けることができるが、反応器のサイズ、反応ガスの消耗量、効率性などの利点のため、垂直型反応器を有する炭素ナノチューブの合成装置の開発が盛んに進んでいる。

一方、炭素ナノチューブの形態は、チューブを形成する壁を成す結合数によって単一壁ナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ Ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＳＷＮＴ）と多重壁ナノチューブ（Ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄ Ｎａｎｏｔｕｂｅ、ＭＷＮＴ）に区分し、特に単一壁ナノチューブが束になっている形態（Ｂｕｎｄｌｅ ｔｙｐｅ）をロープ型ナノチューブ（Ｒｏｐｅ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）と称する。このような炭素ナノチューブの形態は反応ガスと反応する触媒の形態、すなわち、触媒の形状、密度、粒子のサイズなどによって決定され得、使用される触媒の形態は触媒の製法によって決定され得る。

垂直型の炭素ナノチューブの合成器では反応器の内部に触媒を位置させて、触媒に反応ガスを噴射して、噴射圧力によって触媒が反応器内で浮遊しつつ合成を行う。この時、反応器の上段部には反応し残った反応ガスおよび残留ガスを排出する排気部が形成されているが、反応器の上部には排気部を通じて反応ガスだけを排出するようにして合成された炭素ナノチューブおよび触媒は排出しないようにする遮断部が形成される。

この時、反応ガスを効果的に外部に排出させて、合成された炭素ナノチューブおよび触媒は外部に排出されないように遮断させ、遮断部に炭素ナノチューブおよび触媒が積層されることを防止する遮断部を提供する必要がある。遮断部によって外部に放出されない合成された炭素ナノチューブと触媒が再び反応器の内部に落ちて合成をすることで生産性を向上させることができるからである。

本発明は、前記した問題点を改善するために考案されたものであって、本発明が成そうとする目的は、垂直型炭素ナノチューブの合成装置において多角形構造で区切られた各々のセル（ｃｅｌｌ）に遮断翼を形成して、反応し残った反応ガスは効果的に排出して合成された炭素ナトーチューブおよび触媒は効果的に排出を遮断する遮断部を提供することにある。
本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及されていないまた他の目的は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

前記目的を達成するために本発明の実施形態による炭素ナノチューブの合成装置は、炭素ナノチューブが形成される空間を提供して垂直に長く形成される反応器と、前記反応器の外側に形成されて前記反応器を加熱する加熱部と、前記反応器の内部に位置する触媒と反応して、前記炭素ナノチューブを合成するための反応ガスを噴射するガス供給部と、前記反応器の上段部に連結されて前記炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスを外部に排出する排気部、および前記反応器の内部に形成されて前記炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスだけ前記排気部に排出させて合成された前記炭素ナノチューブまたは触媒の排出を遮断する遮断部と、を含み、前記遮断部は、断面が複数の多角形構造で区切られ、各々の区切られたセル（ｃｅｌｌ）には下方向に傾いた遮断翼が形成される。

前記したような本発明の炭素ナノチューブの合成装置によれば、次のような効果が一つあるいはそれ以上ある。

最初に、多角形構造で区切られた各々のセル（ｃｅｌｌ）に遮断翼を形成して合成された炭素ナノチューブまたは触媒が反応器の外部に排出することを効果的に遮断することができるという長所がある。

二番目、傾斜した遮断翼によって合成された炭素ナノチューブまたは触媒が下へ流れるように誘導して遮断翼の上部面に炭素ナノチューブまたは触媒が積層されることを防止できるという長所もある。

三つ目、多角形の構造で区切られた各々のセルに形成された遮断翼は面積が小さいため合成された炭素ナノチューブまたは触媒が積層されることを防止できるという長所もある。

四つ目、遮断翼に合成された炭素ナノチューブおよび触媒が積層されず反応器に再び落ちるようにして再び合成をするため生産性を向上させることができるという長所もある。

実施形態の具体的な内容は詳細な説明および図に含まれている。

本発明の利点、特徴、およびそれらを達成する方法は、添付される図面と共に詳細に後述される実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることが可能である。本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるように、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に対して発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範囲によってのみ定義される。明細書全体にかけて、同一の参照符号は同一の構成要素を指すものとする。

以下、本発明の実施形態によって炭素ナノチューブの合成装置を説明するための図を参考して本発明を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置の構造を概ね示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置の構造を概ね示す縦断面図であり、図３は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で触媒投入部の一例を示す図であり、図４は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で攪拌器の形状を示す斜視図であり、図５は、本発明の一実施形態によるハニカム構造の遮断部を示す図であり、図６は、図５においてハニカム構造で区切られたセル（ｃｅｌｌ）に遮断翼が形成されたことを示す斜視図であり、図７は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で遮断部を説明するための断面図であり、図８は、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置において多層構造で形成された遮断部を示す断面図である。

本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置１００は、反応器１１０、加熱部１２０、ガス供給部１３０、排気部１５０、および遮断部１８０を含み構成され得る。また、攪拌器１４０、および触媒投入部１６０をさらに含み得る。

反応器（Ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｕｂｅ）１１０は、炭素ナノチューブが合成される空間を提供し垂直に長く形成されうる。反応器１１０は、概ね垂直円筒形状で提供されうるが、石英（Ｑｕａｒｔｚ）またはグラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）などのように熱に強い材質で形成されうる。
反応器１１０は、合成が行われる本体部１１０ａ、触媒（Ｍ）が位置する下段部１１０ｂ、排気部１５０が形成される上段部１１０ｃに分けられ、円筒形状の反応器１１０とは、反応器１１０の本体部１１０ａの形状を意味する。反応器１１０の内部には反応ガスおよび触媒（Ｍ）を均一に混合させる攪拌器１４０が形成されうる。

加熱部１２０は、反応器１１０の外側に設置されて反応器１１０を加熱して反応器１１０の内部を炭素ナノチューブの合成に必要な工程温度まで加熱することができる。好ましくは、反応器１１０内で合成が起こる本体部１１０ａを加熱する。炭素ナノチューブ合成工程が進行される時に反応器１１０の内部は概ね５００℃ 以上、好ましくは６５０℃〜１０００℃の高温で維持する。加熱部１２０は、反応器１１０の外壁を囲むようにコイル形状を有する熱線（未図示）を使用できるが、加熱部１２０の構成はこれに限定されず当業者によって変更が可能である。

図２に図示されたように、反応器１１０の下段部には反応ガスと反応して炭素ナノチューブの合成に使用される触媒（Ｍ）が入ることができる。触媒（Ｍ）は、金属粉末または気化された金属を使用できるが、好ましくは、金属粉末形態の触媒（Ｍ）として鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などのような磁性体を有する遺棄金属化合物を使用する。

一方、反応器１１０の下段部１１０ｂには触媒（Ｍ）を供給する触媒投入部１６０が連結されうる。

図３に示すように触媒投入部１６０は、製造された触媒（Ｍ）を保存する触媒保存部１６２と触媒保存部１６２から反応器１１０内部に触媒（Ｍ）を供給するための触媒供給ライン１６１を含み得る。図３では反応器１１０内部に触媒（Ｍ）を定量投入するために触媒供給ライン１６１の内部でスクリューを回転させてスクリューのピッチに応じて触媒（Ｍ）を定量投入する例を示している。触媒（Ｍ）を反応器１１０の内部に供給する方式はこれに限定されず、触媒（Ｍ）を反応器１１０の内部に噴射する方式などの多様な方法を用いて触媒（Ｍ）を供給することができる。一方、図示されなかったが、触媒保存部１６２には触媒還元部が連結されうるが、触媒還元部は、触媒（Ｍ）の製造過程において乾燥過程、塑性過程などによって酸化された触媒（Ｍ）を還元処理する役割を果たすことができる。

前述したように、反応器１１０は、概ね垂直円筒形状で形成され得、本体部１１０ａは実質的に炭素ナノチューブの合成が行われる空間として垂直円筒形状で提供されうる。

そして、図４に図示されたように、触媒（Ｍ）を入れる反応器１１０の下段部１１２は触媒（Ｍ）の浮遊の特性を増大させるために多様な形状を有することができる。好ましくは、図２に図示されたように、反応器１１０の下段部１１０ｂは、下に行くほど断面積が狭くなるように傾斜するように円錘形で形成する。ここで、円錘形状はコーン（Ｃｏｒｎ）形状またはテーパー（Ｔａｐｅｒ）形状などを含む形態でありうる。

図２に示すように、反応器１１０の下段部１１０ｂを傾いた円錐形で形成することで、後述するガス供給部１３０によって反応ガスを触媒（Ｍ）に向かって噴射すれば、反応ガスによって上部で浮遊していた触媒（Ｍ）が反応器１１０の本体部１１０ａ側壁に沿って降りてきて、再び反応器１１０の下段部１１０ｂに均一に混合されうる。したがって、反応器１１０の下段部１１０ｂに入った触媒（Ｍ）の空いた空間が満たされガス供給ノズル１３０から噴射される反応ガスの噴射圧力によって反応器１１０内部の空間に自然に反復的に浮遊されうる。

図２を参照すれば、反応器１１０の上段部１１０ｃは本体部１１０ａより大きい直径を有するように形成されうる。これは上段部１１０ｃの断面積を大きくし、上段部１１０ｃに至る触媒（Ｍ）または合成された炭素ナノチューブの流速を低くすることで排気部１５０に流出されず再び本体部１１０ａに落ちるようにするためである。反応器１１０内部の触媒（Ｍ）または反応ガスの流れは図２に図示されている。

ガス供給部１３０は、反応器１１０内部に位置する触媒（Ｍ）と反応して炭素ナノチューブを合成するための反応ガスを噴射する。図２を参照すれば、ガス供給部１３０は反応器１１０の上段部１１０ｃから触媒（Ｍ）を入れた下段部１１０ｂに向かうように長く設置され、触媒（Ｍ）と反応して炭素ナノチューブを合成するための反応ガスを触媒（Ｍ）に向かって下方向に噴射することができる。ガス供給部１３０を通じて噴射される反応ガスの噴射圧力によって反応器１１０の下段部１１０ｂに保存された触媒（Ｍ）が浮遊することがある。

反応ガスは、アセチレン、エチレン、メタン、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン、一酸化炭素または二酸化炭素などのような炭素を含むガスを使用することができる。反応ガスは、反応器１１０内部で熱分解によってラジカル（Ｒａｄｉｃａｌ）に分解され得、このようなラジカルは反応器１１０の下段部１１０ｂから浮遊される触媒（Ｍ）と反応して炭素ナノチューブを合成することができる。

一方、ガス供給部１３０は、触媒（Ｍ）の形態、すなわち、触媒（Ｍ）の形状、密度、サイズに応じて反応ガスの流速を調節することができる。したがって、図２に示すように、ガス供給部１３０と反応ガスを保存するガス保存部１３２を連結する供給配管１３１上にはガス供給部に反応ガスを供給するための加圧ポンプ（未図示）およびガス供給部に供給される反応ガスの流量を調節する流量調節バルブ１３３が設置されうる。ガス供給部１３０、供給配管１３１、加圧ポンプおよび流量調節バルブ１３３の構成はこれに限定されず、当業者によって多様に変更が可能である。

一方、ガス供給部１３０とは別途に、反応器１１０内部に流動機体を供給するための流動機体供給部（未図示）を具備することができる。流動機体は、反応ガスと触媒（Ｍ）の反応で生成される炭素ナノチューブの成長にともなう重さの増加によって反応器１１０の下部に落ちることを防ぎ、反応器１１０内部に流動化地域を形成して反応ガスと触媒（Ｍ）の反応を活性化させることができる。このような流動機体としてはヘリウム、質素、アルゴンなどのような不活性ガスが使用され得、必要に応じてメタン、アセチレン、一酸化炭素または二酸化炭素のようなガスまたはこのようなガスとアルゴンガスの混合ガスを使用することもできる。

排気部１５０は、反応器１１０の上段部１１０ｃに連結されて炭素ナノチューブの合成に反応しない未反応ガスを反応器１１０の外部に排出することができる。すなわち、排気部１５０を通じて炭素ナノチューブの合成工程が終了した後、残留ガスなどを外部に排出することができる。このような残留ガスには合成された炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）の一部が含まれうるが、これは反応器１１０の上段部１１０ｃの内部に形成された遮断部１８０によって分離される。遮断部１８０によって残留ガスに含まれた炭素ナノチューブおよび触媒（Ｍ）を分離させてガスだけを外部に排出することができる。排出された残留ガスは有害であり得るため、排気部１５０に連結されたスクラバー（Ｓｃｒｕｂｂｅｒ）（未図示）でこのような残留ガスらを処理して外部に排出することができる。

反応器１１０の内部には反応器１１０内部の反応ガスおよび触媒（Ｍ）を均一に混合させるように攪拌器１４０が設置されうる。図２に示すように、攪拌器１４０は反応器１１０の上段部１１０ｃから反応器１１０の中心軸に沿って下に長く設置されたノズル形態のガス供給部１３０を囲むように設置されうる。

攪拌器１４０としては、多数の翼を有し回転するインペラ（Ｉｍｐｅｌｌｅｒ）を使用することができる。図４に示すように、攪拌器１４０はガス供給ノズル１３０を囲むように中空軸１４３を有する円筒形の本体１４１を有し、本体１４１の周囲には複数の翼１４２が形成されうる。複数の翼１４２は、円筒形の本体１４１を中心に等間隔に配置され得、本体１４１の長さ方向に沿って多段に配置されうる。また、各段の翼１４２は、互いに交差するように配置されることもできる。翼１４２の数および配置形態は反応器１１０のサイズ、反応ガスの種類、触媒（Ｍ）の形態などの条件に応じて当業者によって変更が可能である。

攪拌器１４０は、一定の周期を有して中空軸１４３を中心に回転し、反応器１１０内部の反応ガスおよび触媒（Ｍ）を均一に混合させることができる。したがって、攪拌器１４０は合成された炭素ナノチューブが反応器１１０壁面に付着される問題を防止することができ、触媒（Ｍ）の層膨張率を高めることができる。図示されなかったが、攪拌器１４０の一端には攪拌器１４０を回転させるための駆動部が連結されうる。

攪拌器１４０の中空軸１４３上に遮断部１８０が形成されて攪拌器１４０の回転によって遮断部１８０が共に回転をすることができる。

回収部１９０は、反応器１１０の下段部１１０ｂに連結されて合成された炭素ナノチューブを反応器１１０の外部に排出して回収できるようにする。好ましくは、炭素ナノチューブの合成工程を終了した後、回収部１９０に設置されたゲート（未図示）を開いて回収部１５０を陰（−）圧で維持させることで合成された炭素ナノチューブを外部に排出して回収する。この時、合成された炭素ナノチューブの回収のために回収部１９０は一定の温度以下で冷却されうる。図示されなかったが、回収部１９０には圧力を調節するためのポンプと炭素ナノチューブの回収量を調節するためのバルブが設置されうる。

遮断部１８０は、反応器１１０内部に形成されて炭素ナノチューブの合成に反応しない未反応ガスだけを排気部１５０を通じて排出させて、合成された炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）の排出を遮断する。図２に示すように遮断部１８０は、反応器１１０の上段部１１０ｃの内部に形成される。反応器１１０の本体部１１０ａを経て上昇した反応ガス、炭素ナトーチューブ、触媒（Ｍ）は遮断部１８０に到達するようになるが、反応ガスは遮断部１８０を経て排気部１５０を通じて排出されて、炭素ナノチューブと触媒（Ｍ）は遮断部１８０によって反応ガスと分離されて再び反応器１１０下に落ちる。

以下、図５から図８を参照して本発明の一実施形態による遮断部１８０の構成について詳しく説明する。

遮断部１８０は、断面が複数の多角形構造で区切られ、各々の多角形構造には下方向に傾いた遮断翼１８４、１８６が形成されうる。図５は、遮断部１８０の一例として断面が六角形のハニカム構造であることを図示している。参考までに、図５では遮断翼１８４、１８６は図示していないが、遮断翼１８４、１８６に対しては図６および図７を参照して後述する。図示されなかったが、遮断部１８０は、図５のように断面が六角形のハニカム構造ではなく複数の四角形構造でありうる。

そして、多角形で区切られた各々のセル（ｃｅｌｌ）１８２には遮断翼１８４、１８６が形成される。図６は、図５においてハニカム構造で区切られた一つのセル１８２を示す斜視図であるが、六角形の対向する二つの辺から各々の下方向に傾いた遮断翼１８４、１８６が二つ形成されることが分かる。図７に示すように、二つの遮断翼１８４、１８６は前記二つの辺から続く長さが各々異なりうる。好ましくは、図７に示すように短い長さの遮断翼１８６の終端の垂直の下には長さが長い遮断翼１８４が位置するように形成する。すなわち、遮断部１８０の垂直の下から見た時、遮断翼１８４、１８６の間に空いた空間が存在しない。したがって、反応器１１０の本体部１１０ａから垂直に上昇した炭素ナノチューブと触媒（Ｍ）はすべて遮断翼１８４、１８６に当たり、再び反応器１１０の下に落ちる。仮に、短い長さの遮断翼１８６の終端の垂直の下に長さが長い遮断翼１８４が位置しないならば、遮断部１８０の垂直の下から見た時、遮断翼１８４、１８６の間に空いた空間が存在し、反応器１１０の本体部１１０ａから垂直に上昇した炭素ナノチューブと触媒（Ｍ）の一部は簡単に遮断部１８０を貫通して排気部１５０を経て外部に排出されることができる。

遮断翼１８４、１８６の傾いた角度は同一であり得るが、好ましくは６０度でありうる。遮断翼１８４、１８６の傾きが大きいため、遮断翼１８４、１８６の上部面に炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）が積層されず、下へ流れるようになる。したがって、遮断翼１８４、１８６に沿って再び反応器１１０内部に下降した炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）は再び合成過程を経ることができるため、炭素ナノチューブの生産量を向上させることができる。

また、本発明では多角形構造で区切られた各々のセル１８２に遮断翼１８４、１８６が形成されるため、各々の遮断翼１８４、１８６の面積は小さい。したがって、炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）が遮断翼１８４、１８６の上部面に簡単に積層されない。図面では両側の遮断翼１８４、１８６の傾いた角度が同一のように図示されているが、各々の遮断翼１８４、１８６の傾いた角度が異なるように構成できるのはもちろんである。例えば、短い長さの遮断翼１８６は下に傾いた角度を小さくし、大きい長さの遮断翼１８４は相対的に下に傾いた角度を大きく構成することができる。

また、本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置１００の遮断部１８０は図８に示すように反応器１１０の垂直方向に多層構造で形成されうる。多層構造で形成されることで、触媒（Ｍ）および炭素ナノチューブの排出を２重、３重で遮断することができ、炭素ナノチューブまたは触媒（Ｍ）の排出を防ぐ性能をさらに向上させることができる。

さらに、遮断部１８０は、図１に示すように攪拌器１４０の外部本体１４１と連結されて攪拌器１４０の回転と共に回転する構造でありうる。遮断部１８０が攪拌器１４０と共に回転することで、遮断翼１８４、１８６で逆気流を形成させて排気部１５０に炭素ナノチューブおよび触媒の排出（Ｍ）をさらに効果的に防止することもできる。

上記の通りに構成される本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置１００の動作を簡単に説明すると次の通りである。

先ず、炭素ナノチューブ合成工程が始まれば、加熱部１２０に電源が供給されて反応器１１０を加熱し始め、反応器１１０の内部は約６５０℃〜１０００℃ の工程温度で加熱することができる。また、触媒投入部１６０を通じて反応器１１０の下段部１１０ｂに還元された触媒（Ｍ）が供給されうる。

反応器１１０の内部温度が工程温度に到達すれば、ガス供給部１３０を通じて反応ガスが反応器１１０の内部に供給されて反応器１１０の下段部１１０ｂに向かって下方向に噴射されうる。反応ガスの噴射圧力によって触媒（Ｍ）および合成された炭素ナノチューブは反応器上部に浮遊される。反応ガスは、反応器１１０内部で熱分解によってラジカルに分解され得、このようなラジカルは反応器１１０の下段部１１０ｂから浮遊される触媒（Ｍ）と反応して炭素ナノチューブの合成がなされ得る。反応器１１０での炭素ナノチューブの合成工程が完了すればガス供給部１３０から反応ガスの供給を中断することができる。一方、炭素ナノチューブの合成が行われる間、攪拌器１４０は一定の周期を有して回転し反応器１１０の内部の反応ガスおよび触媒（Ｍ）を均一に混合させて、合成された炭素ナノチューブが反応器１１０の内部の壁面に付着されることを防止することができる。この時、前述したように未反応された反応ガスは遮断部１８０を経て反応器１１０の上段部１１０ｃにある排気部１５０を通じて排出されて、上部に浮遊された炭素ナノチューブおよび触媒（Ｍ）は遮断部１８０から反応ガスと分離されて再び反応器１１０の下に落ちて合成を経るようになる。

炭素ナノチューブの合成が終了すれば、反応器１１０の下段部１１０ｃに連結された回収部１９０を通じて合成された炭素ナノチューブを回収することができる。

本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明が、その技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で、他の具体的な形態において実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないものと理解しなければならない。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味、範囲、およびその均等概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置の構造を概ね示す斜視図である。 本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置の構造を概ね示す縦断面図である。 本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で触媒投入部の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で攪拌器の形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるハニカム構造の遮断部を示す図である。 図５においてハニカム構造で区切られたセルに遮断翼が形成されたものを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置で遮断部を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による炭素ナノチューブの合成装置において多層構造で形成された遮断部を示す断面図である。

符号の説明

１１０ 反応器
１２０ 加熱部
１３０ ガス供給部
１４０ 攪拌器
１５０ 排気部
１８０ 遮断部

Claims (10)

1. 炭素ナノチューブが形成される空間を提供して垂直に長く形成される反応器と、
   前記反応器の外側に形成されて前記反応器を加熱する加熱部と、
   前記反応器の内部に位置する触媒と反応して、前記炭素ナノチューブを合成するための反応ガスを噴射するガス供給部と、
   前記反応器の上段部に連結されて前記炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスを外部に排出する排気部、および
   前記反応器の内部に形成されて前記炭素ナノチューブの合成に反応しない反応ガスだけ前記排気部を通じて排出させて合成された前記炭素ナノチューブまたは触媒の排出を遮断する遮断部と、を含み、
   前記遮断部は、断面が複数の多角形構造で区切られ、各々の区切られたセル（ｃｅｌｌ）には下方向に傾いた遮断翼が形成された、炭素ナノチューブの合成装置。
2. 前記遮断部は、断面が六角形のハニカム構造である、請求項１に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
3. 前記遮断部は、断面が複数の四角形構造で区切られる、請求項１に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
4. 前記遮断部の各々の区切られたセルには対向する二つの辺から下方向に傾いた遮断翼が二つ形成される、請求項２または請求項３に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
5. 前記各々の区切られたセルに形成される二つの遮断翼は、前記二つの辺から延長される長さが各々異なり、長さが短い前記遮断翼の終端の垂直の下には長さが長い前記遮断翼が位置する、請求項４に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
6. 前記遮断部は、前記反応器の垂直方向に沿って多層構造で形成される、請求項１に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
7. 前記触媒は、前記反応器の下段部に位置して、前記ガス供給部は、前記反応器の上段部から前記触媒が位置する下段部に向かうように長く続くノズルによって、前記触媒に向かって反応ガスを噴射する、請求項１に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
8. 前記ガス供給部を囲むように中空軸を有する円筒形の本体と前記本体の周囲には複数の翼を具備して回転をする攪拌器をさらに含む、請求項７に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
9. 前記遮断部は、前記攪拌器の回転と共に回転をする、請求項８に記載の炭素ナノチューブの合成装置。
10. 前記反応器の下段部には前記触媒を供給する触媒投入部が連結される、請求項１に記載の炭素ナノチューブの合成装置。

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