JP2017523121A5 - - Google Patents

Claims (20)

1. グラフェンを含む黒鉛生成物のプラズマ合成のための装置であって、
   反応室に結合されているプラズマノズルと、
   前記プラズマノズルに炭素含有種を含むプロセスガスを供給するための手段であって、 使用時に前記プラズマノズル内でプラズマを発生させ、それによって前記炭素含有種の分解を引き起こすように、使用時に前記プラズマノズル内で前記プロセスガスに無線周波数放射を供給する手段とを備え、
   前記プラズマノズルは、前記プラズマのアフターグローが前記反応室内へと延伸し、前記分解された炭素含有種も前記反応室内に入り、前記分解された炭素含有種が前記アフターグロー内で再結合し、それによって、グラフェンを含む黒鉛生成物が形成されるように配置され、
   前記反応室は、前記アフターグローを前記プラズマノズルから出るときに冷却する手段を備える
   装置。
2. 前記プラズマノズルは、使用時に、１つ以上の渦が前記プラズマノズル内で前記プロセスガス中に形成されるように成形および構成されており、一つの前記渦または前記渦のそれぞれは、前記無線周波数放射に晒され、
   任意選択で、前記プラズマノズルは、
   前記プロセスガスの流れを受け入れ使用時に第１の渦を形成する１つまたは複数の入口と、
   前記反応室と連通している開放端と、
   前記開放端に対向する渦反射端とを備え、
   前記ノズルは、前記開放端に向かって内部が先細りになっており、
   これにより、使用時に、前記渦反射端によって第２の渦が形成され、前記第２の渦が前記渦反射端から反射されることによって第３の渦が発生する
   請求項１に記載の装置。
3. 前記無線周波数放射を供給するための手段は、マイクロ波発振器と、使用時に前記放射を前記プラズマノズルへと方向付けるように構成されている導波路を備える
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記反応室は、湾曲した側面と、黒鉛生成物がそれを通じて出るための、一端または両端にある開口部とを有する円筒形である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記アフターグローを前記プラズマノズルから出るときに冷却する手段は、水冷手段またはガス冷却手段を含む
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記プラズマノズルの、前記反応室との接合部分の弦中心角は０°よりも大きく、
   任意選択で、前記角度は５０°から１８０°の間であり、
   例えば、前記角度は１５０°から１７０°の間である
   請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記反応室に結合されている複数の前記プラズマノズルをさらに備え、
   任意選択で、各プラズマノズルの前記反応室との前記接合部分の前記弦中心角は０°から１８０°の間であり、
   例えば、前記角度は５０°から１７０°の間、または７０°から１６０の間である
   請求項１〜５のいずれかに記載の装置
8. 前記プラズマノズルまたは各プラズマノズルと前記反応室との間の前記接合部分周りにガスを送達するための手段をさらに備える
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記反応室の前記壁から黒鉛生成物を取り除くための手段、および／または
   前記反応室に結合されているガスろ過システムをさらに備え、
   任意選択で、前記ガスろ過システムは、前記反応室の上に取り付けられ、
   任意選択で、前記ガスろ過システムは、１つまたは複数のフィルタキャンドルを備える細長いチャンバおよび、前記フィルタキャンドルから黒鉛生成物を除去するために、前記細長いチャンバを通じてガスを吹き付けるための手段をさらに備える
   請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. グラフェンを含む黒鉛生成物を合成する方法であって、
    反応室に結合したプラズマノズルにプロセスガスを供給する工程であって、前記プロセスガスが炭素含有種を含む工程と、
    前記プラズマノズル内でプラズマを発生させ、それによって炭素含有種の分解を引き起こすように、プラズマノズル内でプロセスガスに無線周波数放射を供給する工程とを含み、
    前記プラズマノズルは、前記プラズマのアフターグローが前記反応室内へと延伸し、前記分解された炭素含有種も前記反応室内に入り、前記分解された炭素含有種が前記アフターグロー内で再結合し、それによって、グラフェンを含む黒鉛生成物が形成されるように構成され、
    前記アフターグローを前記プラズマノズルから出るときに冷却する手段を適用する工程をさらに含む
    方法。
11. 前記プラズマノズル内で前記プロセスガス中に１つ以上の渦を形成する工程と、１つの前記渦または前記渦のそれぞれを、前記無線周波数放射に晒す工程とをさらに含む
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記無線周波数放射はマイクロ波放射を含む
    請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記アフターグローを前記プラズマノズルから出るときに冷却する手段は、水冷手段またはガス冷却手段を含む
    請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 実質的に大気圧において前記プラズマを生成する工程をさらに含む
    請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記炭素含有種は、天然ガス、または、ＣＨ _４ 、Ｃ _２ Ｈ _６ 、Ｃ _２ Ｈ _４ 、Ｃ _３ Ｈ _８ またはＣ _４ Ｈ _１０ のうちの１つまたは複数を含み、
    任意選択で、前記プロセスガスは、アルゴン、窒素またはヘリウムといった緩衝ガスを含み、
    任意選択で、前記プロセスガス中の炭素含有種と緩衝ガスとの比は、５０：５０またはそれ以下であり、例えば約２０：８０であり、
    または、前記緩衝ガスは、二酸化炭素を含む
    請求項１０〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記反応室内の前記アフターグローは、３５００℃よりも低い動作温度を有し、
    任意選択で、前記反応室内の前記アフターグローは、１０００℃よりも低い動作温度を有し、
    任意選択で、前記反応室内の前記アフターグローは、約３００℃の動作温度を有し、
    任意選択で、使用時に前記アフターグロー内の炭素形成点における前記プラズマノズルのすぐ外の温度は、８００℃〜１２００℃の範囲内であり、
    任意選択で、使用時に前記アフターグロー内の炭素形成点における前記プラズマノズルのすぐ外の温度は、９００℃〜１０００℃の範囲内である
    請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記プラズマノズルまたは各プラズマノズルと前記反応室との間の前記接合部分周りにガスを送達する工程をさらに含み、
    任意選択で、前記ガスは、前記プラズマノズル／反応室接合部分の壁に沿ってプラズマノズル出口に向けて方向付けられるか、または
    前記ガスは、前記プラズマノズルから、前記ノズル／反応室接合部分の前記壁に沿って、前記反応室の空隙に向けて方向付けられる
    請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記反応室にガスろ過を受けさせる工程をさらに含み、
    任意選択で、前記ガスろ過の結果として集積される黒鉛生成物を除去するためにガスを吹き付ける工程をさらに含む
    請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 連続抽出プロセスを使用して前記黒鉛生成物を抽出する工程をさらに含み、
    任意選択で、バッグフィルタを利用して前記黒鉛生成物を冷却する工程をさらに含む
    請求項１０〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記炭素含有種は、前記プロセスガスが熱領域内に導入されることなく分解され、
    および／または、前記黒鉛生成物の形成に触媒が使用されず、
    および／または、前記黒鉛生成物の前記形成の間に外部加熱が適用されない
    請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の方法。