RU2666856C1 - Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов - Google Patents
Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2666856C1 RU2666856C1 RU2017114208A RU2017114208A RU2666856C1 RU 2666856 C1 RU2666856 C1 RU 2666856C1 RU 2017114208 A RU2017114208 A RU 2017114208A RU 2017114208 A RU2017114208 A RU 2017114208A RU 2666856 C1 RU2666856 C1 RU 2666856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- chamber
- discharge
- plasma
- axes
- Prior art date
Links
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- ASTNLROMDNGJLS-UHFFFAOYSA-N hot-7 Chemical compound CCCSC1=CC(OC)=C(CCNO)C=C1OC ASTNLROMDNGJLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- RCIDUZQFFZBART-UHFFFAOYSA-N [He].[C] Chemical compound [He].[C] RCIDUZQFFZBART-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/154—Preparation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологии. Синтез эндоэдральных фуллеренов проводят в водоохлаждаемой металлической герметичной камере в плазме высокочастотной дуги с использованием переменного тока при атмосферном давлении. В нижней камере 4 установлен один вертикальный графитовый электрод 2 и четное число одинаковых графитовых электродов 1, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, в осевые отверстия которых помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена. Последовательно с электродами 1, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности 6, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда между одной из пар электродов 1. В боковой стенке нижней камеры 4 выполнены отверстия для тангенциальной подачи буферного газа в плоскости электродов 1, углы между осями которых 360°/n, где n - количество электродов. Полученную плазму разряда подают в цилиндрическую часть камеры 5 для разделения газа на горячий 7 и холодный 8 потоки. Изобретение обеспечивает повышение содержания эндоэдральных фуллеренов в углеродном конденсате. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области плазменного синтеза наноматериалов и может быть использовано для производства эндоэдральных фуллеренов.
Известен способ синтеза эндоэдральных фуллеренов, где в реакционной камере при атмосферном давлении осуществляется разряд переменного тока с питанием от 15 до 50 кВт и токами до 1000 A [WO 2014152062, МПК С01В 31/02, опубл. 25.09/2014 г.]. Графитовые стержни распыляются в дуге (трехфазный переменный ток). Дуга стабилизирована за счет расположения трех электродов под углом 22,5° от вертикали.
Недостатком данного способа является то, что количество эндоэдральных фуллеренов образующихся в углеродном конденсате составляет малую величину. Это объясняется тем, что в такой геометрии область плазмы с высокой температурой плавно (недостаточно быстро) переходит в область плазмы с низкой температурой. Высшие фуллерены, и, тем более эндоэдральные фуллерены, являясь более напряженными структурами, успевают перейти в менее напряженные обычные, типа С60 и С70.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в виде прототипа дуговой способ синтеза эндоэдральных металлофуллеренов в плазме при атмосферном давлении в потоке гелия [RU 2582697, МПК С01В 31/02, опубл. 27.04.2016 г. (прототип)]. Эндоэдральные фуллерены получают в углеродно-гелиевой плазме, образованной высокочастотным дуговым разрядом при атмосферном давлении в герметичной камере плазмохимического реактора, в которой установлен один вертикальный и четное число одинаковых электродов изготовленных из графита, в осевых отверстиях которых помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда.
Недостатком прототипа является то, что, несмотря на высокое относительное содержание высших и эндоэдральных фуллеренов в образующей фуллереновой смеси, общее количество фуллеренов, содержащихся в углеродном конденсате, низко. Это объясняется тем, что условия (температура и электронная концентрация) в плазме дуги лишь в малом объеме соответствуют оптимальным значениям сборки фуллереновых и эндофуллереновых молекул. Так как фуллерены образуются в углеродсодержащей плазме в процессе ее охлаждения, то увеличив поверхность охлаждения плазмы, увеличивается область их формирования.
Техническим результатом изобретения является повышение содержание эндоэдральных фуллеренов в углеродном конденсате на 2-3%, за счет создания в плазменном потоке дополнительного охлаждающего ламинарного газового потока.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе синтеза эндоэдральных фуллеренов в водоохлаждаемой металлической герметичной камере в плазме высокочастотной дуги с использованием переменного тока при атмосферном давлении, в которой установлен один вертикальный графитовый электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, при этом электроды изготовлены из графита и в их осевые отверстия помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда между одной из пар горизонтально расположенных электродов, новым является то, что боковая стенка камеры имеет отверстия для тангенциальной подачи буферного газа, в плоскости горизонтальных электродов, углы между осями этих электродов - 360°/n, где n - количество электродов, а плазму разряда подают в цилиндрическую часть камеры для разделения газа на горячий и холодные потоки.
Отличия заявляемого способа синтеза ЭМФ, от прототипа заключаются в том, что боковая стенка нижней камеры имеет отверстия для тангенциальной подачи буферного газа в плоскости горизонтальных электродов, углы между осями этих электродов - 360°/n, где n - количество электродов, а плазму разряда подают в цилиндрическую часть камеры для разделения газа на горячий и холодные потоки.
Перечисленные выше признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена электрическая схема установки. На фиг. 2 показан разрез герметичной камеры.
Процесс ведут в высокочастотной дуге при атмосферном давлении, используют камеру плазмохимического реактора, в которой установлен один вертикальный электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд. Вдоль горизонтальных электродов подают струи буферного газа по касательной к стенке камеры. Электроды проходят через боковую стенку камеры, которая также имеет отверстия для подачи буферного газа, углы между осями этих электродов - 360°/n. При этом все электроды изготовлены из графита и в осевые отверстия горизонтальных электродов помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена. Подача буферного газа в нижнюю часть камеры, в которой осуществляется разряд, выполняется тангенциально, а для обеспечения более быстрого и равномерного вращения газа верхняя стенка камеры, выполненная в виде плоской цилиндрической катушки из медной трубки с заполненным межвитковым пространством жаропрочным цементом, и имеет отверстие с герметично вставленной в него водоохлаждаемой трубой, нижняя стенка камеры, также выполненная в виде плоской цилиндрической катушки из медной трубки с заполненным межвитковым пространством жаропрочным цементом, имеет отверстие со вставленной в него трубкой, изготовленной из диэлектрика через, которую осуществляется подача общего электрода, а ток, протекающий в катушках и в дуговых разрядах - постоянный, или переменный синфазный, при этом внутренние размеры нижней части камеры и цилиндрической части камеры, расположенной в верхней стенке выбираются оптимальными, для возникновения вихревого эффекта.
На фиг. 1. представлено расположение электродов и направляющих для подачи буферного газа.
Расположение электродов и направляющих для подачи буферного газа представлено на фиг. 1, где 1 - горизонтальные графитовые электроды; 2 - вертикальный графитовый электрод; 3 и 3' - направление подачи буферного газа, 4 - нижняя часть камеры, 5 - цилиндрическая часть камеры.
На фиг. 2. представлено изображение движения потоков газа в цилиндрической части камеры, где 1 - горизонтальные графитовые электроды, 2 - вертикальный графитовый электрод, 4 - нижняя часть камеры, 5 - цилиндрическая часть камеры, 6 - катушка индуктивности, 7 - отвод для горячего газа, 8 - отвод для холодного газа.
Для получения эндоэдральных фуллеренов используется герметичная водоохлаждаемая камера, состоящая из двух частей 4 и 5 (фиг. 1). В нижней части камеры 4 закреплены выводы для подачи графитовых электродов 1. Электрод 2 стационарно закреплен в дне нижней части камеры. В осевые отверстия всех горизонтальных графитовых электродов помещают вещества, содержащие химические элементы, которые вводят внутрь фуллереновой молекулы. Потоки буферного газа тангенциально подают через направляющие 3 и 3' и осуществляют разряд, на ток дуги которого действует магнитное поле (фиг. 1). В цилиндрической части камеры 5 (фиг. 2), осуществляется разделение потоков газа на горячий поток 7 и на холодный поток 8.
Синтез эндоэдральных фуллеренов происходит в водоохлаждаемой нижней части камеры при атмосферном давлении в плазме высокочастотной дуги переменного тока. Разряд осуществляется в аналитическом промежутке, между графитовыми электродами расположенными вертикально и горизонтально. В осевое отверстие горизонтальных электродов помещают вещество, содержащее атомы химических элементов, которые планируется ввести внутрь фуллереновых молекул. Последовательно с горизонтальными электродами, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда между одной из пар горизонтально расположенных электродов. Из слоя плазмы дуги, соответствующего оптимальным значениям температуры и электронной концентрации, и максимальным скоростям сборки молекул фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов, постоянно выбывают уже сформированные фуллереновые структуры, как в направлении к стенке водоохлаждаемой цилиндрической камеры, так и во внутрь, благодаря чему не происходит постоянной сборки и разборки молекул фуллерена и эндоэдрального фуллерена, уже в двух направления, из прекурсоров, длительное время находящихся в этой области. Именно с целью достижения такого эффекта разряд осуществляется в нижней части камеры, в которую тангенциально подаются струи буферного газа, а потом попадает в цилиндрическую часть камеры.
Преимущество данного способа заключается в том, что происходит увеличение области с оптимальными параметрами плазмы (температура и электронная концентрация), соответствующими более эффективному образованию фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов.
Claims (1)
- Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов в водоохлаждаемой металлической герметичной камере в плазме высокочастотной дуги с использованием переменного тока при атмосферном давлении, в которой установлен один вертикальный графитовый электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, при этом электроды изготовлены из графита и в их осевые отверстия помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда между одной из пар горизонтально расположенных электродов, отличающийся тем, что боковая стенка нижней камеры имеет отверстия для тангенциальной подачи буферного газа, в плоскости горизонтальных электродов, углы между осями этих электродов - 360°/n, где n - количество электродов, а плазму разряда подают в цилиндрическую часть камеры для разделения газа на горячий и холодные потоки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114208A RU2666856C1 (ru) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017114208A RU2666856C1 (ru) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2666856C1 true RU2666856C1 (ru) | 2018-09-12 |
Family
ID=63580379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017114208A RU2666856C1 (ru) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2666856C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2320536C2 (ru) * | 2005-12-07 | 2008-03-27 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении |
| RU2483020C2 (ru) * | 2011-06-22 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) | Способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении |
| WO2014152062A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Luna Innovations Incorporated | Methods and devices for the synthesis of metallofullerenes |
| RU2582697C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов |
| RU163456U1 (ru) * | 2015-11-02 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство для синтеза фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов во вращающейся углеродно-гелиевой плазме |
-
2017
- 2017-04-24 RU RU2017114208A patent/RU2666856C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2320536C2 (ru) * | 2005-12-07 | 2008-03-27 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении |
| RU2483020C2 (ru) * | 2011-06-22 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) | Способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении |
| WO2014152062A2 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Luna Innovations Incorporated | Methods and devices for the synthesis of metallofullerenes |
| RU2582697C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов |
| RU163456U1 (ru) * | 2015-11-02 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство для синтеза фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов во вращающейся углеродно-гелиевой плазме |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| БЕЛОУСОВ А.М., ИСРАФИЛОВ И.Х., Вихревая труба Ранка-Хилша как перспективное устройство получения низких температур, Научный журнал НИУ ИТМО. Серия "Холодильная техника и кондиционирование", 2014, no. 2. * |
| ЕЛЕЦКИЙ А.В., Эндоэдральные фуллерены, Успехи физических наук, 2000, т. 170, no. 2, с.с. 113-142, раздел 2.2. Электродуговой метод. * |
| ЕЛЕЦКИЙ А.В., Эндоэдральные фуллерены, Успехи физических наук, 2000, т. 170, no. 2, с.с. 113-142, раздел 2.2. Электродуговой метод. СИДОРОВ Л.Н., ИОФФЕ И.Н., Эндоэдральные фуллерены, Соросовский образовательный журнал, 2001, т. 7, no. 8, с.с. 30-36. БЕЛОУСОВ А.М., ИСРАФИЛОВ И.Х., Вихревая труба Ранка-Хилша как перспективное устройство получения низких температур, Научный журнал НИУ ИТМО. Серия "Холодильная техника и кондиционирование", 2014, no. 2. * |
| СИДОРОВ Л.Н., ИОФФЕ И.Н., Эндоэдральные фуллерены, Соросовский образовательный журнал, 2001, т. 7, no. 8, с.с. 30-36. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2020205279A (ja) | プラズマトーチ設計 | |
| US9410242B2 (en) | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material | |
| KR101595686B1 (ko) | 높은 가스 유량 공정을 위한 환형 플라즈마 챔버 | |
| US3009783A (en) | Production of carbon black | |
| KR100370184B1 (ko) | 플루오르카본화합물제조방법 | |
| JP2013235833A (ja) | 非移送式中空型プラズマトーチ | |
| US8536481B2 (en) | Electrode assemblies, plasma apparatuses and systems including electrode assemblies, and methods for generating plasma | |
| JP5725556B2 (ja) | ガラス製造装置及びガラス製造方法 | |
| Zhang et al. | Rotating gliding arc assisted water splitting in atmospheric nitrogen | |
| Tu et al. | Dynamic and spectroscopic characteristics of atmospheric gliding arc in gas-liquid two-phase flow | |
| CN103501889B (zh) | 通过在SiO2和FeTiO3颗粒与磁波之间产生电磁相互作用获得硅和钛的方法 | |
| RU2666856C1 (ru) | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов | |
| US20160068395A1 (en) | Methods and Devices for the Synthesis of Metallofullerenes | |
| RU2582697C1 (ru) | Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов | |
| GB2484209A (en) | Plasma Furnace | |
| JPH0357199A (ja) | マイクロ波熱プラズマ・トーチ | |
| RU2489350C2 (ru) | Способ получения углеродных наноматериалов и устройство для его реализации | |
| Safronov et al. | Analysis of physics processes in the AC plasma torch discharge under high pressure | |
| Czernichowski et al. | Further development of plasma sources: the GlidArc-III | |
| RU163456U1 (ru) | Устройство для синтеза фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов во вращающейся углеродно-гелиевой плазме | |
| Selerowicz et al. | Experimental investigation of the dynamics and space range of the gliding arc in three-electrode system | |
| US20230166227A1 (en) | Plasma/ionic reactor | |
| US20240165448A1 (en) | Plasma/ionic reactor for processing fluorocarbon materials | |
| KR102107167B1 (ko) | 나노튜브 합성장치 | |
| JP4365595B2 (ja) | オゾン発生方法およびオゾン発生装置 |