RU112678U1

RU112678U1 - DEVICE FOR PRODUCING CARBON NANOSTRUCTURES (OPTIONS)

Info

Publication number: RU112678U1
Application number: RU2011130458/28U
Authority: RU
Inventors: Загир Хуснимарданович Исрафилов; Данис Ирекович Исрафилов; Айгуль Раязовна Батталова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр Новых Технологий "НУР"
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-01-20

Abstract

1. Устройство для получения углеродных наноструктур, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней электродами, блок питания постоянного тока, подключенный к аноду и катоду, отличающееся тем, что вакуумная камера имеет первые тангенциальные входы в прикатодную область для подачи углеводородного газа в количестве n≥1, где n натуральный ряд чисел, и второй аксиальный вход со стороны катода для подачи углеводородного газа, электроды размещены в вакуумной камере на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катод выполнен полым. ! 3. Устройство для получения углеродных наноструктур, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней электродами, блок питания постоянного тока, подключенный к аноду и катоду, отличающееся тем, что вакуумная камера имеет первые тангенциальные входы в прикатодную область для подачи инертного газа в количестве n≥1, где n натуральный ряд чисел, и второй аксиальный вход со стороны катода для подачи смеси инертного газа с частицами порошка углерода, электроды размещены в вакуумной камере на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. ! 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что катод выполнен полым. 1. A device for producing carbon nanostructures, containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, characterized in that the vacuum chamber has first tangential inputs to the cathode region for supplying hydrocarbon gas in the amount of n≥1 , where n is a natural series of numbers, and the second axial input from the cathode side for supplying hydrocarbon gas, the electrodes are placed in the vacuum chamber at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the cathode is hollow. ! 3. A device for producing carbon nanostructures containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, characterized in that the vacuum chamber has first tangential inputs to the cathode region for supplying an inert gas in the amount of n≥1 , where n is a natural series of numbers, and the second axial input from the cathode side for supplying a mixture of an inert gas with particles of carbon powder, the electrodes are placed in the vacuum chamber at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other. ! 4. The device according to claim 3, characterized in that the cathode is hollow.

Description

Полезные модели относятся к устройствам получения углеродных наноструктур, таких как углеродные глобулы и углеродные нанотрубки различной формы, которые могут быть использованы в наноэлектронике в качестве частей электронных микросхем и приборов на их основе с субмикронными рабочими элементами-нанотранзисторы, нанодиоды, нанокатоды, а также углеродные наноструктуры могут быть использованы в виде добавок при получении материалов с заданными свойствами, для получения наномодифицированных материалов.Utility models relate to devices for producing carbon nanostructures, such as carbon globules and carbon nanotubes of various shapes, which can be used in nanoelectronics as parts of electronic microcircuits and devices based on them with submicron work elements — nanotransistors, nanodiodes, nanocathodes, and also carbon nanostructures can be used in the form of additives to obtain materials with desired properties, to obtain nanomodified materials.

Известный способ получения углеродных нанотрубок по патенту на изобретение RU №2218299 С1, 10.12.2003 г. был реализован с помощью магнетронного распыления на постоянном токе. Для приготовления пленок использовалась научно-исследовательская вакуумная установка УРМ-3, оснащенная магнетроном на постоянном токе. Схема экспериментальной установки состоит из вакуумной камеры, магнетронного узла с мишенью, держателя нагревателя, второго нагревателя и натекателя камеры. Питание нагревателя (держателя подложек) осуществляется от первого блока питания, а магнетрона - от другого блока питания. В вакуумный блок установки входят форвакуумный насос, натекатель, байпасный клапан, форвакуумный клапан, диффузионный насос с азотной ловушкой и высоковакуумный затвор. В качестве мишени использовался диск из чистого графита для стержней реакторов с металлическими катализаторами Y, Ni. Площади поверхностей составных частей мишени соотносились как C:Y:Ni=94:5:l.The known method for producing carbon nanotubes according to the patent for the invention RU No. 22218299 C1, December 10, 2003 was implemented using direct current magnetron sputtering. For the preparation of films, the URM-3 research vacuum unit equipped with a direct current magnetron was used. The experimental setup consists of a vacuum chamber, a magnetron assembly with a target, a heater holder, a second heater, and a leak chamber. The heater (substrate holder) is powered from the first power supply, and the magnetron from another power supply. The vacuum unit of the installation includes a fore-vacuum pump, leakage, bypass valve, fore-vacuum valve, diffusion pump with a nitrogen trap and a high-vacuum shutter. A pure graphite disk was used as a target for reactor rods with metal catalysts Y, Ni. The surface areas of the target components were correlated as C: Y: Ni = 94: 5: l.

Известный способ получения углеродных наноструктур по патенту на изобретение RU №2355625 от 20.05.2009 г.был реализован с помощью вакуумной установки, выбранной в качестве прототипов предлагаемых устройств по обеим вариантам. Схема экспериментальной установки по патенту на изобретение RU №2355625 от 20.05.2009 г. состоит из вакуумной камеры, магнетронного узла с мишенью, держателя первого нагревателей, второго нагревателя и натекателя камеры. Питание нагревателя (держателя подложек) осуществляется от блока питания, а магнетрона - от другого блока питания. В вакуумный блок установки входят форвакуумный насос, натекатель, байпасный клапан, форвакуумный клапан, диффузионный паромасляный насос с азотной ловушкой и высоковакуумный затвор. В качестве подложек использовалась слюда, покрытая тонким слоем золота. Напыление тонкого слоя золота осуществлялось путем термического нагревания золота в вакуумной камере. После чего проводился отжиг подложек, что приводило к равномерному распределению пленки золота по поверхности слюды. В результате образовалась пленка толщиной примерно 1 мкм и менее. Далее эти подложки помещались в вакуумную установку, и ее откачивали до давления 10^-5 Торр., проводилось магнетронное напыление углеродной пленки в остаточной атмосфере инертного газа.The known method of producing carbon nanostructures according to the patent for the invention RU No. 2355625 dated 05/20/2009 was implemented using a vacuum installation selected as prototypes of the proposed devices in both variants. The experimental setup for the invention patent RU No. 2355625 dated 05/20/2009 consists of a vacuum chamber, a magnetron assembly with a target, a holder for the first heaters, a second heater and a leak chamber. The heater (substrate holder) is powered by the power supply, and the magnetron from another power supply. The vacuum unit of the installation includes a fore-vacuum pump, leakage, bypass valve, fore-vacuum valve, diffusion steam-oil pump with a nitrogen trap and a high-vacuum shutter. As substrates, mica coated with a thin layer of gold was used. A thin layer of gold was sprayed by thermal heating of gold in a vacuum chamber. After that, annealing of the substrates was carried out, which led to a uniform distribution of the gold film over the surface of the mica. As a result, a film of a thickness of about 1 μm or less was formed. Then these substrates were placed in a vacuum installation, and it was pumped out to a pressure of 10 ^-5 Torr. Magnetron sputtering of a carbon film was carried out in a residual inert gas atmosphere.

Недостатком известного устройства - прототипа является его сложность, недостаточный коэффициент полезного действия (к.п.д.), углеродные наноструктуры получаются в виде напыленных на пленку наноструктур, что ограничивает их применение.A disadvantage of the known prototype device is its complexity, insufficient efficiency (efficiency), carbon nanostructures are obtained in the form of nanostructures deposited on a film, which limits their use.

Технический результат в предлагаемых полезных моделях заключается в получении углеродных частиц в виде порошка, что значительно расширяет их применением, например, использование в виде добавок при получении материалов с заданными свойствами, для получения наномодифицированных материалов. Технический результат также заключается в упрощении предлагаемых устройств получения углеродных наноструктур, а также в повышении коэффициента полезного действия (к.п.д.).The technical result in the proposed utility models is to obtain carbon particles in the form of a powder, which greatly expands their application, for example, use in the form of additives in the preparation of materials with desired properties to obtain nanomodified materials. The technical result also consists in simplifying the proposed devices for producing carbon nanostructures, as well as in increasing the efficiency (efficiency).

Технический результат в устройстве для получения углеродных наноструктур, в его первом варианте, содержащем вакуумную камеру с размещенными в ней электродами, блок питания постоянного тока, подключенный к аноду и катоду, достигается тем, что вакуумная камера имеет первые тангенциальные входы в прикатодную область для подачи углеводородного газа, в количестве n≥1, где n натуральный ряд чисел, и второй аксиальный вход со стороны катода для подачи углеводородного газа, электроды размещены в вакуумной камере на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. Катод может быть выполнен полым.The technical result in a device for producing carbon nanostructures, in its first embodiment, containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, is achieved by the fact that the vacuum chamber has first tangential entries into the cathode region for supplying hydrocarbon gas, in an amount n≥1, where n is a natural series of numbers, and the second axial input from the cathode for supplying hydrocarbon gas, the electrodes are placed in a vacuum chamber at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other ha. The cathode can be made hollow.

Технический результат в устройство для получения углеродных наноструктур, в его втором варианте, содержащем вакуумную камеру с размещенными в ней электродами, блок питания постоянного тока, подключенный к аноду и катоду, достигается тем, что вакуумная камера имеет первые тангенциальные входы в прикатодную область для подачи инертного газа, в количестве n≥1, где n натуральный ряд чисел, и второй аксиальный вход со стороны катода для подачи смеси инертного газа с частицами порошка углерода, электроды размещены в вакуумной камере на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. Катод может быть выполнен полым.The technical result in a device for producing carbon nanostructures, in its second embodiment, containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, is achieved by the fact that the vacuum chamber has first tangential entries into the near-cathode region for supplying an inert gas, in an amount n≥1, where n is a natural series of numbers, and a second axial input from the cathode to supply a mixture of inert gas with particles of carbon powder, the electrodes are placed in a vacuum chamber at a distance ii R = 20 ÷ 100 mm apart. The cathode can be made hollow.

На фиг.1 схематично изображена схема устройства получения углеродных наноструктур по первому варианту устройства.Figure 1 schematically shows a diagram of a device for producing carbon nanostructures according to the first embodiment of the device.

На фиг.2 схематично изображена схема устройства получения углеродных наноструктур по второму варианту устройства.Figure 2 schematically shows a diagram of a device for producing carbon nanostructures according to the second variant of the device.

На фиг.3 изображен разрез вихревой камеры с выполненными тангенциальными входами по первому варианту предлагаемого устройства.Figure 3 shows a section of a vortex chamber with made tangential inputs according to the first embodiment of the proposed device.

На фиг.4 изображен разрез вихревой камеры с выполненными тангенциальными входами по второму варианту предлагаемого устройства.Figure 4 shows a section of a vortex chamber with made tangential inputs according to the second variant of the proposed device.

Устройство для получения углеродных наноструктур, в его первом варианте, (фиг.1), (фиг.3) содержит вакуумную камеру 1 с размещенными в ней электродами - анодом 2 и катодом 3, блок питания постоянного тока 4, подключенный к аноду 2 и катоду 3, вакуумная камера 1 имеет первые тангенциальные в прикатодную область входы 5₁, 5₂, для подачи углеводородного газа, в количестве n=2, где n натуральный ряд чисел от единицы, и второй аксиальный со стороны катода 3 вход 6 для подачи углеводородного газа, электроды - анод 2 и катод 3 размещены в вакуумной камере 1 на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. Второй аксиальный вход 6 может быть расположен па расстоянии до 10 см от катода 3 выше по потоку. Устройство также содержит вихревую камеру 7 установленную за катодом 3 по потоку в сторону анода 2. Вихревая камера 7 выполнена цилиндрической формы, из меди и установлена электроизолированно от катода 3. Первые тангенциальные входы 5, и 52 для подачи углеводородного газа выполнены тангенциально и диаметрально противоположно друг другу в вихревой камере 7. Анод 2 и катод 3 выполнены из меди цилиндрической формы и имеют охлаждающие водяные рубашки 8. Вакуумная камера 1 выполнена цилиндрической формы с межэлектродной кварцевой вставкой 9 цилиндрической формы. Принимающее устройство - принимающая ловушка для приема полученных углеродных наноструктур может быть размещена за анодом 2 в разрядной камере 1 или вне ее, что па чертеже не показано. Принимающая ловушка может быть выполнена, например, в виде герметичной емкости, установленной до размещения преграждающей углеродные частицы заглушки за анодом 2. Заглушка должна быть выполнена в виде сетки, ячейки которой по размеру меньше размера частиц полученных углеродных наноструктур, чтобы углеродные наноструктуры оседали в принимающую емкость. Катод 3 выполнен полым. За счет наличия охлаждающей водяной рубашки 8 предусмотрено охлаждение анода 2 и катода 3. Расходомерами можно обеспечить необходимую подачу углеродосодержащего газа по первым тангенциальным в прикатодную область входам 51, 52 и второму аксиальному со стороны катода 3 входу 6 в вакуумную камеру 1. Прикатодная область - это расстояние от катода 3 в сторону анода 2 по потоку составляющее от 3 мм до 5 мм.A device for producing carbon nanostructures, in its first embodiment, (figure 1), (figure 3) contains a vacuum chamber 1 with electrodes placed in it - anode 2 and cathode 3, a DC power supply 4 connected to anode 2 and cathode 3, the vacuum chamber 1 has the first tangential in the cathode region inlets 5 ₁ , 5 ₂ , for supplying hydrocarbon gas, in an amount n = 2, where n is a natural series of numbers from one, and the second axial 6 from the cathode 3 input for supplying hydrocarbon gas , electrodes - anode 2 and cathode 3 are placed in a vacuum chamber 1 at melting R = 20 ÷ 100 mm from each other. The second axial inlet 6 may be located at a distance of up to 10 cm from the cathode 3 upstream. The device also contains a vortex chamber 7 installed downstream of the cathode 3 towards the anode 2. The vortex chamber 7 is made of cylindrical shape made of copper and is electrically insulated from the cathode 3. The first tangential inlets 5 and 52 for supplying hydrocarbon gas are tangentially and diametrically opposite to each other to a friend in the vortex chamber 7. The anode 2 and cathode 3 are made of cylindrical copper and have cooling water jackets 8. The vacuum chamber 1 is made of a cylindrical shape with an interelectrode quartz insert 9 cylinder In shape. Receiving device - receiving trap for receiving the obtained carbon nanostructures can be placed behind the anode 2 in the discharge chamber 1 or outside it, which is not shown in the drawing. The receiving trap can be, for example, in the form of a sealed container installed before placing the plug blocking the carbon particles behind the anode 2. The plug should be made in the form of a grid, the cells of which are smaller in size than the particle size of the obtained carbon nanostructures, so that the carbon nanostructures are deposited in the receiving container . The cathode 3 is made hollow. Due to the presence of a cooling water jacket 8, cooling of the anode 2 and cathode 3 is provided. Flowmeters can provide the necessary supply of carbon-containing gas through the first tangential inlet near the cathode region 51, 52 and the second inlet 6 axial from the side of the cathode 3 into the vacuum chamber 1. The cathode region is the distance from the cathode 3 to the side of the anode 2 downstream of 3 mm to 5 mm

Устройство для получения углеродных наноструктур, в его втором варианте, (фиг.2), (фиг.4) содержит вакуумную камеру 1 с размещенными в ней электродами - анодом 2 и катодом 3, блок питания постоянного тока 4, подключенный к аноду 2 и катоду 3, вакуумная камера 1 имеет первые тангенциальные в прикатодную область входы 10₁, 10₂, в количестве n=2, где n натуральный ряд чисел от единицы, для подачи инертного газа и второй аксиальный со стороны катода 3 вход 11 для подачи смеси инертного газа с частицами порошка углерода, электроды - анод 2 и катод 3 размещены в вакуумной камере 1 на расстоянии R=20÷100 мм друг от друга. Второй аксиальный вход 11 может быть расположен на расстоянии до 10 см от катода 3 выше по потоку. Устройство также содержит вихревую камеру 7, установленную за катодом 3 по потоку в сторону анода 2. Вихревая камера 7 выполнена цилиндрической формы, из меди и установлена электроизолированно от катода 3. Первые тангенциальные входы 10₁, 10₂ в количестве п=2, для подачи инертного газа выполнены тангенциально и диаметрально противоположно друг другу в вихревой камере 7. Анод 2 и катод 3 выполнены цилиндрической формы из меди и имеют охлаждающие водяные рубашки 8. Катод 3 выполнен полым. Принимающее устройство - принимающая ловушка для приема полученных углеродных наноструктур может быть размещена за анодом 2 в разрядной камере 1 или вне ее, что на чертеже не показано. Принимающая ловушка может быть выполнена, например, в виде герметичной емкости, установленной до размещения преграждающей углеродные частицы заглушки за анодом 2. Заглушка должна быть выполнена в виде сетки, ячейки которой по размеру меньше размера частиц полученных углеродных наноструктур, чтобы углеродные наноструктуры оседали в принимающую емкость. Вакуумная камера 1 выполнена цилиндрической формы с межэлектродной кварцевой вставкой 9 цилиндрической формы. Второй аксиальный вход 11 предназначен для аксиального вдува инертного газа с частицами порошка углерода. Углеродные частицы должны быть по своему размеру соизмеримы с размерами частиц, например, муки, чтобы могли не опадать в осадок, а перемешиваться с молекулами инертного газа. На расстоянии 10÷20 см. выше по потоку от катода 3 в канале разрядной камеры 1 расположена воронка 12 имеющая вентиль 13 для подачи углеродных частиц в поток инертного газа. Концентрация углеродных частиц в общем потоке смеси инертного газа с частицами порошка углерода составляет≤20%.A device for producing carbon nanostructures, in its second embodiment, (figure 2), (figure 4) contains a vacuum chamber 1 with electrodes placed in it - anode 2 and cathode 3, a DC power supply 4 connected to anode 2 and cathode 3, the vacuum chamber 1 has the first tangential to the cathode region inlets 10 ₁ , 10 ₂ , in the amount n = 2, where n is a natural number of numbers from unity, for supplying an inert gas and the second axial inlet 11 from the side of the cathode 3 for supplying an inert gas mixture with particles of carbon powder, electrodes - anode 2 and cathode 3 are placed in the chamber 1 at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other. The second axial inlet 11 may be located up to 10 cm from the cathode 3 upstream. The device also contains a vortex chamber 7, installed downstream of the cathode 3 towards the anode 2. The vortex chamber 7 is made of a cylindrical shape made of copper and is electrically insulated from the cathode 3. The first tangential inputs 10 ₁ , 10 ₂ in the amount n = 2, for supply inert gas are made tangentially and diametrically opposite to each other in the vortex chamber 7. The anode 2 and the cathode 3 are made of a cylindrical shape of copper and have cooling water jackets 8. The cathode 3 is made hollow. Receiving device - receiving trap for receiving the obtained carbon nanostructures can be placed behind the anode 2 in the discharge chamber 1 or outside it, which is not shown in the drawing. The receiving trap can be, for example, in the form of a sealed container installed before placing the plug blocking the carbon particles behind the anode 2. The plug should be made in the form of a grid, the cells of which are smaller in size than the particle size of the obtained carbon nanostructures, so that the carbon nanostructures are deposited in the receiving container . The vacuum chamber 1 is made of a cylindrical shape with an interelectrode quartz insert 9 of a cylindrical shape. The second axial inlet 11 is designed for axial injection of an inert gas with particles of carbon powder. Carbon particles should be commensurate in size with the size of the particles, for example, flour, so that they can not fall into the sediment, but mix with inert gas molecules. At a distance of 10 ÷ 20 cm. Upstream from the cathode 3 in the channel of the discharge chamber 1 is a funnel 12 having a valve 13 for supplying carbon particles to an inert gas stream. The concentration of carbon particles in the total stream of a mixture of inert gas with particles of carbon powder is ≤20%.

Прикатодная область - это расстояние от катода 3 в сторону анода 2 по потоку составляющее от 3 мм до 5 мм. Расходомерами можно обеспечить необходимую подачу в прикатодную область вакуумную камеру 1 инертного газа по первым тангенциальным входам 10₁ и 10₂. Расходомером можно обеспечить необходимую подачу смеси инертного газа с частицами порошка углерода по второму аксиальному входу 11 в прикатодную область вакуумной камеры 1.The cathode region is the distance from the cathode 3 towards the anode 2 downstream of 3 mm to 5 mm. Flow meters can provide the necessary supply to the cathode region of the inert gas vacuum chamber 1 through the first tangential inlets 10 ₁ and 10 ₂ . The flowmeter can provide the necessary supply of a mixture of inert gas with particles of carbon powder at the second axial inlet 11 in the cathode region of the vacuum chamber 1.

Инертный газ - это любой инертный газ.Inert gas is any inert gas.

Практическую реализацию предлагаемых устройств - аксиальную и тангенциальную подачу необходимых веществ в вакуумную камеру 1 можно осуществить по оборудованию описанному в работе Исрафилов З.Х. «Тлеющий разряд в вихревом потоке воздуха. Тепло - и массообмен в плазмохимических процессах» - материалы международной школы - семинара. Академия наук БССР, институт тепло - и массообмена им. А.В.Лыкова. 4.2, с.57-65. Минск - 1982 г.The practical implementation of the proposed devices is the axial and tangential supply of the necessary substances into the vacuum chamber 1 can be carried out using the equipment described in the work Israfilov Z.Kh. “A glow discharge in a swirling stream of air. Heat and mass transfer in plasma-chemical processes ”- materials of the international school - seminar. The Academy of Sciences of the BSSR, the Institute of Heat and Mass Transfer named after A.V. Lykova. 4.2, p. 57-65. Minsk - 1982

Рассмотрим работу устройства изображенною на фиг.1. по его первому варианту.Consider the operation of the device depicted in figure 1. according to his first option.

Включают блок питания постоянного тока 4, в вакуумной камере 1 зажигают тлеющий разряд при постоянном электрическом токе, в прикатодную область вакуумной камеры 1 в канал разряда аксиально и тангенциально подают углеводородный газ, например, пропан или бутан, обработку углеводородного газа осуществляют при следующих параметрах тлеющего разряда: ток разряда I=50÷1000 мА; расстояние между электродами R=20÷100 мм; параметр вдува γ=-0,35÷0,85, γ=(G_t1-G_a1)/(G_t1+G_a1), давление в межэлектродном промежутке Р=20÷100 мм рт.ст.; где l - ток разряда, мА, R - расстояние между электродами, мм, γ-параметр вдува, G_t1 - тангенциальный расход углеводородного газа, кг·сек.^-1, G_a1-аксиальный расход углеводородного газа, кг·сек.^-1. Например, при давлении Р=80 мм рт.ст., при G_t1=6·10^-5 кг·сек.^-1, при G_a1=9·10^-5 кг сек., γ=-0,2. При G_t1=13,5·10^-5 кг·сек.^-1, при G_a1=1,5·10^-5 кг·сек.^-1, γ=0,80.They turn on the DC power supply unit 4, a glow discharge is ignited in the vacuum chamber 1 at constant electric current, a hydrocarbon gas, for example propane or butane, is axially and tangentially fed into the cathode region of the vacuum chamber 1, the hydrocarbon gas is processed at the following glow discharge parameters : discharge current I = 50 ÷ 1000 mA; the distance between the electrodes R = 20 ÷ 100 mm; blowing parameter γ = -0.35 ÷ 0.85, γ = (G _t1 -G _a1 ) / (G _t1 + G _a1 ), pressure in the interelectrode gap P = 20 ÷ 100 mm Hg; where l is the discharge current, mA, R is the distance between the electrodes, mm, the γ-parameter of injection, G _t1 is the tangential flow of hydrocarbon gas, kg · sec. ^-1 , G _a1 —axial flow rate of hydrocarbon gas, kg · sec. ^-1 . For example, at a pressure of P = 80 mm Hg, at G _t1 = 6 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , with G _a1 = 9 · 10 ^-5 kg sec., Γ = -0.2. When G _t1 = 13.5 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , with G _a1 = 1.5 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , γ = 0.80.

Обработку углеводородного газа осуществляют в течение всего времени включения разрядной камеры и осуществления подачи обрабатываемого вещества. Полученные углеродные наноструктуры принимают принимающей ловушкой, которая может быть размещена за анодом 2 в разрядной камере 1 или вне ее, что на чертеже не показано.The processing of hydrocarbon gas is carried out during the entire time the discharge chamber is turned on and the feed substance is supplied. The obtained carbon nanostructures are received by a receiving trap, which can be placed behind the anode 2 in the discharge chamber 1 or outside it, which is not shown in the drawing.

Рассмотрим работу устройства изображенного на фиг.2 по его второму варианту.Consider the operation of the device depicted in figure 2 in its second embodiment.

Включают блок питания постоянного тока 4, в вакуумной камере 1 зажигают тлеющий разряд при постоянном электрическом токе, в прикатодпую область вакуумной камеры 1 в капал разряда аксиально подают смесь инертного газа с частицами порошка углерода за счет того, что открывают вентиль 13 воронки 12 и углеродные частицы, в количестве ≤20% перемешиваются с частицами инертного газа, который подают аксиально, и одновременно тангенциально подают инертный газ, обработку смеси осуществляют при следующих параметрах тлеющего разряда: ток разряда I=5÷1000 мА, расстояние между электродами R=20÷100 мм, параметр вдува γ=-0,35÷0,85, γ(G_t2-G_a2)/(G_t2+G_a2), давление в межэлектродном промежутке Р=20÷100 мм рт.ст.; где I - ток разряда, мА, R - расстояние между электродами, мм, γ - параметр вдува, G_t2тангенциальный расход инертного гага, кг·сек.^-1, G_а2- аксиальный расход смеси инертного газа с частицами порошка углерода, кг·сек.^-1. Например, при давлении Р=80 мм рт.ст., при G_t2=6·10^-5 кг·сек.^-1, при G_a2=9·10^-5 кг·сек.^-1, γ=-0,2. При G_t2=13,5·10^-5 кг·сек.^-1, при G_a2=1,5·10^-5 кг·сек.^-1, γ=0,80. Обработку инертного газа с углеродными частицами осуществляют в течение всего времени включения разрядной камеры и осуществления подачи обрабатываемой смеси. Полученные углеродные наноструктуры принимают принимающей ловушкой, которая может быть размещена за анодом 2 в разрядной камере 1 или вне ее, что на чертеже не показано.The DC power supply unit 4 is turned on, a glow discharge is ignited in a vacuum chamber 1 at a constant electric current, a mixture of inert gas with particles of carbon powder is axially fed into the drip region of the vacuum chamber 1 into the drip region due to the opening of funnel 12 valve 13 and carbon particles , in an amount of ≤20% they are mixed with particles of an inert gas, which is supplied axially, and at the same time, an inert gas is tangentially supplied, the mixture is processed at the following glow discharge parameters: discharge current I = 5 ÷ 1000 m , The distance between the electrodes is R = 20 ÷ 100 mm, the blowing parameter γ = -0,35 ÷ 0,85, γ ( G t2 -G a2) / (G t2 + G a2), the pressure in the electrode gap R = 20 ÷ 100 mmHg.; where I is the discharge current, mA, R is the distance between the electrodes, mm, γ is the blowing parameter, G _{t2 is the} tangential inert gag flow rate, kg · sec. ^-1 , G _a2 - axial flow rate of a mixture of inert gas with particles of carbon powder, kg · sec. ^-1 . For example, at a pressure of P = 80 mm Hg, at G _t2 = 6 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , with G _a2 = 9 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , γ = -0.2. When G _t2 = 13.5 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , with G _a2 = 1.5 · 10 ^-5 kg · sec. ^-1 , γ = 0.80. The processing of inert gas with carbon particles is carried out during the entire time the discharge chamber is turned on and the mixture to be treated is supplied. The obtained carbon nanostructures are received by a receiving trap, which can be placed behind the anode 2 in the discharge chamber 1 or outside it, which is not shown in the drawing.

В прикатодной области вакуумной камеры 1, по обеим вариантам предлагаемых устройств осуществляются основные процессы обеспечивающие существование самостоятельного разряда. Под действием сильного электрического поля электроны ускоряются, и пройдя астоново пространство приобретают энергию достаточную для интенсивного возбуждения атомов. Здесь ионизация атомов пренебрежимо мала, так как энергия электронов значительно меньше потенциала ионизации (в среднем 10-15 эВ) частиц. Проходя область первого катодного свечения электроны ускоряются до энергии, достаточной для ионизации атомов газа. Анодная область вакуумной камеры 1 характеризуется анодным падением напряжения, плотностью тока на электроде и определенной протяженностью. Тлеющий разряд воздействует на углеводородный газ по первому варианту предлагаемого устройства и на смесь инертного газа с углеродными частицами во втором варианте предлагаемого устройства, в обеих вариантах предлагаемых устройств, в установленном диапазоне параметров осуществляется эффективное воздействие на углеводородный газ для первого варианта устройства и на инертный газ с углеродными частицами во втором варианте устройства неравновесной плазмой в вакуумной камере 1.In the near-cathode region of the vacuum chamber 1, according to both versions of the proposed devices, the main processes are carried out ensuring the existence of an independent discharge. Under the influence of a strong electric field, the electrons are accelerated, and after passing through the aston space they acquire energy sufficient for intense excitation of atoms. Here, the ionization of atoms is negligible, since the electron energy is much less than the ionization potential (on average 10-15 eV) of the particles. Passing the region of the first cathode glow, the electrons are accelerated to an energy sufficient to ionize the gas atoms. The anode region of the vacuum chamber 1 is characterized by an anode voltage drop, the current density at the electrode and a certain extent. A glow discharge acts on a hydrocarbon gas according to the first embodiment of the proposed device and on a mixture of inert gas with carbon particles in the second version of the proposed device, in both versions of the proposed devices, in a set range of parameters, an effective effect on the hydrocarbon gas for the first version of the device and on carbon particles in the second embodiment of the device by a nonequilibrium plasma in a vacuum chamber 1.

Параметры, устанавливаемые для получения углеродных наноструктур по обеим вариантам устройств - ток разряда 1=50÷1000 мА, расстояние между электродами R=20÷100 мм, параметр вдува γ=-0,35÷0,85, давление в меж электродном промежутке Р=20÷100 мм рт.ст. выбраны именно такими, потому что за границами этих параметров не будет получен технический результат.The parameters set for the production of carbon nanostructures according to both device variants are the discharge current 1 = 50–1000 mA, the distance between the electrodes R = 20–100 mm, the injection parameter γ = –0.35–0.85, and the pressure in the electrode gap P = 20 ÷ 100 mm Hg are chosen exactly like that, because beyond the boundaries of these parameters a technical result will not be obtained.

Повышение к.п.д. обеспечивается за счет того, что по сравнению с прототипом увеличена зона взаимодействия плазмы с обрабатываемым веществом за счет тангенциального вдува углеводородного газа, для первого варианта устройства и за счет тангенциального вдува инертного газа по второму варианту устройства. Технический результат - упрощение предлагаемых устройств по сравнению с прототипом обеспечивается за счет того, что устройства не имеют магнетрона. В предлагаемых полезных моделях получаются углеродные частицы в виде порошка. Получение углеродных частиц в виде порошка обеспечивается за счет того, что в процессе формирования необходимых углеродных наноструктур используется тлеющий разряд и его взаимодействие с распыленными в инертном газе углеродными частицами. Получают фуллерены - молекулы углерода состоящие из 60÷70 атомов в одной молекуле.Increase in efficiency due to the fact that, in comparison with the prototype, the interaction zone of plasma with the processed substance is increased due to the tangential injection of hydrocarbon gas for the first embodiment of the device and due to the tangential injection of inert gas according to the second embodiment of the device. The technical result - the simplification of the proposed devices in comparison with the prototype is provided due to the fact that the devices do not have a magnetron. In the proposed utility models, carbon particles are obtained in the form of a powder. The production of carbon particles in the form of a powder is ensured due to the fact that during the formation of the necessary carbon nanostructures, a glow discharge and its interaction with carbon particles sprayed in an inert gas are used. Get fullerenes - carbon molecules consisting of 60 ÷ 70 atoms in one molecule.

Claims

1. A device for producing carbon nanostructures, containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, characterized in that the vacuum chamber has first tangential entries into the cathode region for supplying hydrocarbon gas in an amount n≥1 , where n is a natural series of numbers, and the second axial input from the cathode for supplying hydrocarbon gas, the electrodes are placed in a vacuum chamber at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other.

2. The device according to claim 1, characterized in that the cathode is hollow.

3. A device for producing carbon nanostructures, containing a vacuum chamber with electrodes placed in it, a DC power supply connected to the anode and cathode, characterized in that the vacuum chamber has first tangential entries into the cathode region for supplying inert gas in an amount of n≥1 , where n is a natural series of numbers, and the second axial input from the cathode to supply a mixture of inert gas with particles of carbon powder, the electrodes are placed in a vacuum chamber at a distance of R = 20 ÷ 100 mm from each other.

4. The device according to claim 3, characterized in that the cathode is made hollow.