RU2683323C1 - Способ изготовления композитного порошкового материала из алюмооксидных углеродных нанотрубок - Google Patents
Способ изготовления композитного порошкового материала из алюмооксидных углеродных нанотрубок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683323C1 RU2683323C1 RU2017143188A RU2017143188A RU2683323C1 RU 2683323 C1 RU2683323 C1 RU 2683323C1 RU 2017143188 A RU2017143188 A RU 2017143188A RU 2017143188 A RU2017143188 A RU 2017143188A RU 2683323 C1 RU2683323 C1 RU 2683323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- carbon
- vapor deposition
- chemical vapor
- chamber
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 17
- WDEOTCWPXLWTRP-UHFFFAOYSA-N [C+4].[O-2].[Al+3] Chemical compound [C+4].[O-2].[Al+3] WDEOTCWPXLWTRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 37
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 32
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZPXREABEBSAQM-UHFFFAOYSA-N cyclopenta-1,3-diene;nickel(2+) Chemical compound [Ni+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KZPXREABEBSAQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 3
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K iron(3+);triacetate Chemical compound [Fe+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O PVFSDGKDKFSOTB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012567 medical material Substances 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- -1 conductivity Chemical compound 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000011215 ultra-high-temperature ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
- B01J21/185—Carbon nanotubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0221—Coating of particles
- B01J37/0223—Coating of particles by rotation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/024—Multiple impregnation or coating
- B01J37/0244—Coatings comprising several layers
-
- 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
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
- C01F7/021—After-treatment of oxides or hydroxides
- C01F7/022—Classification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62802—Powder coating materials
- C04B35/62828—Non-oxide ceramics
- C04B35/62839—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
- C04B35/62884—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by gas phase techniques
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/6325—Organic additives based on organo-metallic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3279—Nickel oxides, nickalates, or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/449—Organic acids, e.g. EDTA, citrate, acetate, oxalate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5284—Hollow fibers, e.g. nanotubes
- C04B2235/5288—Carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/734—Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
- Y10S977/742—Carbon nanotubes, CNTs
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
- Y10S977/843—Gas phase catalytic growth, i.e. chemical vapor deposition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
В настоящем изобретении раскрывается способ изготовления композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок. Способ получения включает следующие этапы: (1) предварительная подготовка алюмооксидного порошка путем сушки и просеивания с последующим помещением подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы, вакуумированием при 5-20 Па, а также предварительным нагревом до температуры реакции; (2) вращение камеры для химического осаждения из паровой фазы со скоростью вращения от 15 до 60 об/мин; (3) использование органометаллического прекурсора в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 100-200°С для получения газовой смеси из сырья, причем массовое отношение органометаллического прекурсора к алюмооксидному порошку составляет от 1 до 3:5; (4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью осаждения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке; (5) подача углеродсодержащего газа при выполнении этапа (4) во вращающуюся камеру для химического осаждения из паровой фазы для обеспечения дополнительного источника углерода и генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления углеродсодержащего газа, при котором углеродная нанотрубка распределяется по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам для получения плакированного порошка; (6) остановка вращения камеры для химического осаждения из паровой фазы по завершении реакции, закрытие клапана испарителя, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и (7) просеивание порошка, полученного на этапе (6). Настоящий метод характеризуется простотой и коротким периодом получения, а получаемая углеродная нанотрубка из наночастиц оксида алюминия и металла равномерно распределена и обладает перспективой применения во множестве областей техники, таких как проводящая керамика и каталитические материалы. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В частности, настоящее изобретение относится к методу генерирования углеродных нанотрубок в керамическом порошке из оксида алюминия и относится к области проектирования обработки материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Такие керамические материалы, как оксид алюминия и диоксид циркония, широко используются в настоящее время. Они обладают характеристиками коррозиестойкости, окислительной стойкости, а также большой удельной площадью поверхности, и их можно использовать в качестве абсорбента, носителей катализаторов, активного наполнителя композитного материала, быстрорежущих инструментов, медицинских материалов и износостойких частей. Углеродная нанотрубка обладает множеством преимуществ: большой удельной площадью поверхности, ультравысоким модулем упругости, высокой интенсивностью и хорошей проводимостью. Она обладает большой перспективой применения во множестве областей техники, включая высокопроизводительные композитные материалы, медицинские материалы и приборы с автоэлектронной эмиссией; обладает большой перспективой применения, а также может быть использована в качестве активного наполнителя оксида алюминия для улучшения свойств алюминия, таких как проводимость, каталитическая активность и т.д. При этом ввиду того, что углеродная нанотрубка имеет характеристики одномерной наноструктуры, отношение длины к диаметру велико. В то же время, ввиду большой силы Ван-дер-Ваальса и обширной удельной площади между углеродными нанотрубками, такая трубка легко может существовать в виде сложного наполнителя. Способ получения и распределения углеродных нанотрубок в алюмооксидном порошке становится ключевым фактором достижения блестящей производительности углеродной нанотрубки.
В настоящее время существует большое количество способов получения углеродных нанотрубок, включая метод каталитического расщепления, метод химического осаждения из паровой фазы, метод образцов или подобные им. При получении композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, металлические наночастицы (катализатор) сначала в целом смешиваются с оксидом алюминия, а затем подаются углеродсодержащие газы, такие как метан и ацетилен, для образования углеродной нанотрубки посредством пиролиза. В работе Ли и соавт. путем подачи оксида алюминия в углеродную нанотрубку и ее покрытия на поверхности оксида алюминия методом химического осаждения из паровой фазы были получены алюмооксидные нанопровода и углеродные нанотрубки [Lee J et al, Journal of Crystal Growth, 2003, 254(4):443-448]. Некоторые исследователи получали или приобретали углеродную нанотрубку, после чего непосредственно смешивали эту трубку с оксидом алюминия для получения композитного порошка. Например, в работе Ahma et al была получена промышленная нанотрубка, после чего данная многослойная углеродная нанотрубка была химически модифицирована с помощью раствора из смеси кислот H2SO4-HNO3, а также было добавлено ПАВ и Аl2O3 для ультразвуковой дисперсии, после чего смесь была высушена для хранения (Ahma et al, Характеристики материалов, 2015, 99:210-219). В патенте, опубликованном У Си Ван и соавт. (номер публикации патента Китая: CN 103979942 А), углеродная нанотрубка и алюмооксидный порошок добавлялись в плавкий термопластичный полимер, расплавленный для перемешивания и получения смеси. Настоящая смесь добавлялась в двухшнековый или одношнековый экструдер для выдавливания и дисперсии до стабилизации. Экструдированный материал обезжиривался при высокой температуре для удаления полимерных материалов и получения порошкообразного композитного материала в виде алюмооксидных углеродных трубок. Метод получения в реакционной смеси обладает преимуществом в простоте и удобстве получения, а также низкой стоимостью, и он произвел ажиотаж. Чжан Синхун и соавт. изобрел метод синтезирования модифицированного сверхвысокотемпературного гибридного порошка из углеродных нанотрубок в реакционной смеси (номер публикации патента Китая: CN 104016685 В), при котором сначала катализатор в достаточном объеме распределялся по органическому полимерному прекурсору для получения смешанного порошка. Затем полученный смешанный порошок помещался в квадратную форму, верхняя часть которой была открыта, нагревался в трубчатой печи для расщепления до температуры полной ситаллизации органического полимерного прекурсора 1 450-1 550°С, а затем выполнялось теплое консервирование в течение 0,5-2 часов. После этого порошок естественным образом охлаждался до 20-25°С, и таким образом получался модифицированный сверхвысокотемпературный керамический гибридный порошок из углеродных нанотрубок. При этом настоящий метод имеет недостатки в виде усложненных этапов и высокой температуры обработки и т.д.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения - предоставление метода получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных трубок, представляющего собой метод помещения углеродной нанотрубки на поверхность керамического порошка оксида алюминия, вследствие чего на поверхности керамического порошка из оксида алюминия генерируются никель, железо, кобальт и другие металлические наночастицы (катализаторы) посредством расщепления органометаллического прекурсора, вследствие чего углерод в органометаллическом прекурсоре и углеродсодержащих газах, например, метане, расщепляется и катализируется для генерирования углеродной нанотрубки, и длина, диаметр и микроструктура углеродной нанотрубки контролируются посредством изменения нескольких факторов, включая объем подачи сырья, скорость вращения и температуру реакции, что сокращает период получения и снижает затраты, так как последующий этап получения углеродной нанотрубки опускается, а также улучшает однородность дисперсии и эффективность углеродной нанотрубки.
Для достижения технических целей в настоящем изобретении предлагается способ получения композитного порошкообразного материала, включающий следующие этапы:
(1) предварительная подготовка алюмооксидного порошка путем сушки и просеивания с последующим помещением подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы, вакуумированием при 5-20 Па, а также предварительным нагревом до температуры реакции;
(2) вращение камеры для химического осаждения из паровой фазы, отличающееся тем, что скорость вращения составляет от 15 до 60 об/мин;
(3) использование органометаллического прекурсора в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 100-200°С для получения газовой смеси из сырья, причем массовое отношение органолептического прекурсора к алюмооксидному порошку составляет от 1 до 3:5;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью осаждения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке;
(5) подача углеродсодержащих газов при выполнении этапа (4) во вращающуюся камеру для химического осаждения из паровой фазы для обеспечения дополнительного источника углерода и генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления углеродсодержащих газов, при котором углеродная нанотрубка распределяется по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам для получения плакированного порошка;
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения из паровой фазы по завершении реакции, закрытие клапана испарителя, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) просеивание порошка, полученного на этапе (6).
В частности, на этапе (1) температура повышается путем предварительного нагрева до значения от 400 до 800°С.
Предпочтительно, на этапе (1) средний размер частиц алюмооксидного порошка составляет от 0,1 до 100 мкм, а чистота порошка составляет более 95%.
На этапе (3) в качестве органометаллического прекурсора используется любое из следующих веществ: изокаприлат никеля, никелоцен, ферроцен и ацетат железа.
Предпочтительно, на этапе (5) углеродсодержащим газом является любой из следующих газов: метан или ацетилен или смесь из двух.
Предпочтительно, на этапах (1) и (6) порошок просеивается 3-4 раза через сито с размером ячеек 50-200 меш.
На этапе (4) расход газообразного аргона составляет 50-100 см3/мин.
На этапе (5) расход углеродсодержащего газа составляет 10-100 см3/мин.
Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты: в настоящем изобретении предлагается метод получения материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, в котором используется технология химического осаждения из паровой фазы для катализации наночастиц с помощью металла и обеспечения прямого осаждения наночастиц на подложку из Al2O3; в то же время, углеродные нанотрубки могут генерироваться с помощью углеродной цепи, расщепляемой органометаллическим прекурсором, и расщепления углеродсодержащих газов, таких как метан. Размер частиц и микроструктура полученного композитного материала контролируется посредством изменения экспериментальных параметров реакции между органическим сырьем и метаном, чтобы углеродные нанотрубки и металлические частицы равномерно распределялись по подложке из оксида алюминия, что существенно улучшает коэффициент использования материалов и надежность изделий. Кроме того, период получения является коротким, а также в данном методе получения не используется раствор, таким образом, исключая проблему обработки отработанного раствора. Настоящий метод экологически безвреден и значительно снижает затраты на производство. По этой причине, композитный материал обладает прекрасной перспективой для промышленного использования.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг 1 представляет собой изображение композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок на просвечивающем электронном микроскопе, полученное при экспериментальных параметрах по варианту осуществления 1.
Фиг. 2 представляет собой дифракционную рентгенограмму композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, полученную при экспериментальных параметрах по варианту осуществления 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Представленное далее - просто предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения исключительно для наглядного представления о нем, но не для его ограничения, и усовершенствования, выполняемые по настоящему описанию, включены в объем правовой охраны, как приводится в прилагаемой формуле изобретения.
Вариант осуществления 1
Данный вариант осуществления предусматривает способ получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, включающий следующие этапы получения:
(1) сушка алюмооксидного порошка (средний диаметр пор составил 10 мкм, а чистота порошка - более 95%); трехкратное просеивание порошка через сито с ячейками размером 200 меш для разбивания твердого агломерата, образующегося в результате длительного хранения порошка; помещение 5 г подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы; вакуумирование при 5 Па и нагрев до 600°С;
(2) вращение камеры для химического осаждения из паровой фазы, отличающееся тем, что скорость вращения составила 15 об/мин;
(3) использование 1 г органометаллического прекурсора никелоцена (Ni(C5H5)2) в качестве сырья и его нагрев до 150°С в испарителе для получения газовой смеси из сырья;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы на этапе (3), а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью получения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке, причем расход газообразного аргона составил 100 н.см3/мин, а время осаждения -2 ч;
(5) подача метана при выполнении этапа (4) во вращающуюся камеру для химического осаждения из паровой фазы для генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления метана, а также для распределения углеродной нанотрубки по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам, при котором расход метана составил 30 н.см3/мин.
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения из паровой фазы по завершении реакции, закрытие клапана испарителя, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) просеивание порошка, полученного на этапе (6).
Полученный композитный порошкообразный материал в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок подвергся анализу и наблюдению.
Результаты показаны на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 показана углеродная нанотрубка диаметром около 50 нм и длиной около 1-2 мкм, выращенная в вертикальном положении на поверхности порошка Al2O3 посредством катализа наночастиц Ni. Вместе с тем характеристический пик сгенерированных наночастиц Ni обозначен на фиг. 2. Ввиду того, что углеродная нанотрубка была бесформенной, рентгеновский характеристический пик углерода не проявился.
Вариант осуществления 2
Данный вариант осуществления предусматривает способ получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, включающий следующие этапы получения:
(1) сушка алюмооксидного порошка (средний диаметр пор составил 0,1 мкм, а чистота порошка - более 95%); трехкратное просеивание порошка через сито с ячейками размером 200 меш для разбивания твердого агломерата, образующегося в результате длительного хранения порошка; помещение 5 г подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы; вакуумирование при 5 Па и нагрев до 400°С;
(2) вращение камеры для химического осаждения из паровой фазы, отличающееся тем, что скорость вращения составила 30 об/мин;
(3) (1) использование 2 г органометаллического прекурсора ацетата никеля (Ni(СН3СОС)2) в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 100°С;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью получения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке, причем расход газообразного аргона составил 100 н.см3/мин, а время осаждения -1 ч;
(5) подача метана при выполнении этапа (4) во вращающуюся камеру для химического осаждения из паровой фазы для генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления метана, а также для распределения углеродной нанотрубки по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам, при котором расход метана составил 10 см /мин.
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения из паровой фазы по завершении реакции, закрытие клапана испарителя, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) трехкратное просеивание порошка на этапе (6) через сито с ячейками размером 200 меш для получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок.
Вариант осуществления 3
Данный вариант осуществления предусматривает способ получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, включающий следующие этапы получения:
(1) сушка алюмооксидного порошка (диаметр пор составил 100 мкм); трехкратное просеивание порошка через сито с ячейками размером 200 меш для разбивания твердого агломерата, образующегося в результате длительного хранения порошка; помещение 5 г подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы; вакуумирование при 20 Па и подогрев до 800°С;
(2) Приведение в действие вращающегося реактора при скорости 60 об/мин;
(3) использование 1,7 г органометаллического прекурсора ферроцена (Fe(C5H5)2) в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 200°С;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью получения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке, причем расход газообразного аргона составил 100 см3/мин, а время осаждения - 3 ч;
(5) подача метана при выполнении этапа (4) во вращающийся реактор для генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления метана, а также для распределения углеродной нанотрубки по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам, при котором расход метана составил 100 н.см3/мин.
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения по завершении реакции, закрытие клапана, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) трехкратное просеивание порошка на этапе (6) для получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок.
Вариант осуществления 4
Данный вариант осуществления предусматривает способ получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, включающий следующие этапы получения:
(1) сушка алюмооксидного порошка (средний диаметр пор составил 1 мкм, а чистота порошка - более 95%); трехкратное просеивание порошка через сито с ячейками размером 200 меш для разбивания твердого агломерата, образующегося в результате длительного хранения порошка; помещение 5 г подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы; вакуумирование при 20 Па и подогрев до 700°С;
(2) Приведение в действие вращающегося реактора при скорости 60 об/мин;
(3) использование органометаллического прекурсора ацетата железа (Fе(СН3СОО)2) в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 180°С;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью получения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке, причем расход газообразного аргона составил 100 н.см3/мин, а время осаждения -2 ч;
(5) подача метана при выполнении этапа (4) во вращающийся реактор для генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления метана, а также для распределения углеродной нанотрубки по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам, при котором расход метана составил 100 н.см3/мин.
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения по завершении реакции, закрытие клапана, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) трехкратное просеивание порошка на этапе (6) для получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок.
В соответствии с настоящим изобретением никель, железо, кобальт и другие металлические наночастицы (катализаторы) генерируются на поверхности керамического порошка из оксида алюминия посредством расщепления органометаллического прекурсора, таким образом расщепляя и катализируя углерод в органометаллический прекурсор и углеродосодержащие газы, например, метан для генерирования углеродной нанотрубки. Длина, диаметр и микроструктура углеродной нанотрубки контролируются посредством изменения нескольких факторов, включая объем подачи сырья, скорости вращения и температуры реакции, что сокращает период получения и снижает затраты, так как последующий этап получения углеродной нанотрубки опускается, а также улучшает однородность дисперсии и эффективность углеродной нанотрубки.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления позволяет специалистам использовать настоящее изобретение. Различные модификации настоящих вариантов осуществления будут очевидны для специалистов, а общие принципы, представленные в настоящем документе, могут быть воплощены в других вариантах осуществления изобретения без отступления от существа и объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не будет ограничиваться вариантами осуществления, приведенными в настоящем документе, но будет максимально широко соответствовать принципам и элементам новизны, раскрытым в настоящем документе.
Claims (15)
1. Способ получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных нанотрубок, включающий следующие этапы:
(1) предварительная подготовка алюмооксидного порошка путем сушки и просеивания с последующим помещением подготовленного порошка в камеру для химического осаждения из паровой фазы, вакуумированием при 5-20 Па, а также предварительным нагревом до температуры реакции;
(2) вращение камеры для химического осаждения из паровой фазы, отличающееся тем, что скорость вращения составляет от 15 до 60 об/мин;
(3) использование органометаллического прекурсора в качестве сырья и его нагрев в испарителе до 100-200°С для получения газовой смеси из сырья, причем массовое отношение органометаллического прекурсора к алюмооксидному порошку составляет от 1 до 3:5;
(4) открытие клапана испарителя, введение сырьевой газовой смеси в камеру для химического осаждения из паровой фазы, а также одновременное введение газообразного аргона для расщепления органометаллического прекурсора с целью осаждения металлических наночастиц на алюмооксидном порошке;
(5) подача углеродсодержащего газа при выполнении этапа (4) во вращающуюся камеру для химического осаждения из паровой фазы для обеспечения дополнительного источника углерода и генерирования углеродной нанотрубки посредством катализа металлических наночастиц и расщепления углеродсодержащего газа, при котором углеродная нанотрубка распределяется по поверхности оксида алюминия и металлическим частицам для получения плакированного порошка;
(6) остановка вращения камеры для химического осаждения из паровой фазы по завершении реакции, закрытие клапана испарителя, охлаждение до комнатной температуры и извлечение плакированного порошка; и
(7) просеивание порошка, полученного на этапе (6).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (1) температура предварительного нагрева составляет от 400 до 800°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (1) средний размер частиц алюмооксидного порошка составляет от 0,1 до 100 мкм, а чистота порошка составляет не менее 95%.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (3) в качестве органометаллического прекурсора используется любое из следующих веществ: изокаприлат никеля, никелоцен, ферроцен и ацетат железа.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (5) в качестве углеродсодержащего газа используется любое из следующих веществ: метан, ацетилен или их смесь.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапах (1) и (6) порошок просеивается 3-4 раза с помощью сита с размером ячеек 50-200 меш.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (4) расход газообразного аргона составляет 50-100 см/мин.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе (5) расход углеродсодержащего газа составляет 10-100 см/мин.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510680629 | 2015-10-19 | ||
CN201510680629X | 2015-10-19 | ||
PCT/CN2016/081283 WO2017067147A1 (zh) | 2015-10-19 | 2016-05-06 | 一种氧化铝-碳纳米管复合粉体材料的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2683323C1 true RU2683323C1 (ru) | 2019-03-28 |
Family
ID=58556510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143188A RU2683323C1 (ru) | 2015-10-19 | 2016-05-06 | Способ изготовления композитного порошкового материала из алюмооксидных углеродных нанотрубок |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10421061B2 (ru) |
AU (1) | AU2016342606B2 (ru) |
GB (1) | GB2555326B (ru) |
RU (1) | RU2683323C1 (ru) |
SG (1) | SG11201710341YA (ru) |
WO (1) | WO2017067147A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019025378A (ja) * | 2017-07-25 | 2019-02-21 | 住友金属鉱山株式会社 | 複合材料及びその製造方法 |
US11685651B2 (en) | 2019-10-25 | 2023-06-27 | Mark Kevin Robertson | Catalytic decomposition of hydrocarbons for the production of hydrogen and carbon |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU384208A3 (ru) * | 1969-08-04 | 1973-05-23 | ||
US6221154B1 (en) * | 1999-02-18 | 2001-04-24 | City University Of Hong Kong | Method for growing beta-silicon carbide nanorods, and preparation of patterned field-emitters by chemical vapor depositon (CVD) |
CN1699151A (zh) * | 2004-05-21 | 2005-11-23 | 龚平 | 一种生产碳纳米管的方法 |
US7217311B2 (en) * | 2003-07-25 | 2007-05-15 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method of producing metal nanocomposite powder reinforced with carbon nanotubes and the power prepared thereby |
JP2011195371A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Hitachi Zosen Corp | 熱cvd装置における断熱体 |
RU2544219C1 (ru) * | 2013-09-05 | 2015-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Алмазное покрытие и способ его получения |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1445236A1 (fr) * | 2003-02-05 | 2004-08-11 | Université de Liège | Procédé et installation pour la fabrication de nanotubes de carbone |
GB0327169D0 (en) * | 2003-11-21 | 2003-12-24 | Statoil Asa | Method |
US20060078489A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-04-13 | Avetik Harutyunyan | Synthesis of small and narrow diameter distributed carbon single walled nanotubes |
DE102013214229A1 (de) * | 2013-07-19 | 2015-01-22 | Bayer Materialscience Ag | Verfahren zur Herstellung eines effizienten Katalysators für die Produktion mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhrchen, mehrwandiges Kohlenstoffnanoröhrchen und Kohlenstoffnanoröhrchenpulver |
CN105198447A (zh) * | 2015-10-23 | 2015-12-30 | 河海大学 | 一种氧化铝-碳纳米管复合粉体材料的制备方法 |
-
2016
- 2016-05-06 SG SG11201710341YA patent/SG11201710341YA/en unknown
- 2016-05-06 WO PCT/CN2016/081283 patent/WO2017067147A1/zh active Application Filing
- 2016-05-06 GB GB1720476.9A patent/GB2555326B/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-05-06 AU AU2016342606A patent/AU2016342606B2/en not_active Ceased
- 2016-05-06 US US15/737,917 patent/US10421061B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-05-06 RU RU2017143188A patent/RU2683323C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU384208A3 (ru) * | 1969-08-04 | 1973-05-23 | ||
US6221154B1 (en) * | 1999-02-18 | 2001-04-24 | City University Of Hong Kong | Method for growing beta-silicon carbide nanorods, and preparation of patterned field-emitters by chemical vapor depositon (CVD) |
US7217311B2 (en) * | 2003-07-25 | 2007-05-15 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method of producing metal nanocomposite powder reinforced with carbon nanotubes and the power prepared thereby |
CN1699151A (zh) * | 2004-05-21 | 2005-11-23 | 龚平 | 一种生产碳纳米管的方法 |
JP2011195371A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Hitachi Zosen Corp | 熱cvd装置における断熱体 |
RU2544219C1 (ru) * | 2013-09-05 | 2015-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Алмазное покрытие и способ его получения |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2555326B (en) | 2018-11-14 |
AU2016342606B2 (en) | 2019-07-04 |
US10421061B2 (en) | 2019-09-24 |
SG11201710341YA (en) | 2018-01-30 |
US20180169625A1 (en) | 2018-06-21 |
AU2016342606A1 (en) | 2018-01-04 |
GB2555326A (en) | 2018-04-25 |
WO2017067147A1 (zh) | 2017-04-27 |
GB201720476D0 (en) | 2018-01-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102448880B (zh) | 碳材料及其制造方法 | |
Mubarak et al. | An overview on methods for the production of carbon nanotubes | |
JP5368323B2 (ja) | 電極を含むカーボンナノチューブの製造方法 | |
KR101007184B1 (ko) | 탄소나노튜브 합성용 담지촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 탄소나노튜브 | |
Abbaslou et al. | The effects of carbon concentration in the precursor gas on the quality and quantity of carbon nanotubes synthesized by CVD method | |
CN105198447A (zh) | 一种氧化铝-碳纳米管复合粉体材料的制备方法 | |
CN110255626B (zh) | 基于气相沉积制备表面活性洋葱状碳纳米球的方法 | |
CN1721323A (zh) | 制备基底催化剂的方法及利用它制备碳纳米管的方法 | |
JPH11116218A (ja) | 単層ナノチューブの製造方法 | |
RU2683323C1 (ru) | Способ изготовления композитного порошкового материала из алюмооксидных углеродных нанотрубок | |
CN102676860A (zh) | 碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法 | |
Tu et al. | Parametric investigation of in-situ synthesis of carbon nanotubes on Al2O3 powder by the rotary chemical vapor deposition method | |
Luhrs et al. | Generation of carbon nanofilaments on carbon fibers at 550 C | |
JP5364904B2 (ja) | カーボンナノファイバー集合体の製造方法 | |
JP2008050239A (ja) | ナノ炭素材料複合体及びその製造方法 | |
Mansoor et al. | Optimization of ethanol flow rate for improved catalytic activity of Ni particles to synthesize MWCNTs using a CVD reactor | |
Yoshihara et al. | Growth mechanism of carbon nanotubes over gold-supported catalysts | |
Gergeroglu et al. | Investigation of the effect of catalyst type, concentration, and growth time on carbon nanotube morphology and structure | |
KR101679693B1 (ko) | 탄소나노튜브 제조방법 및 하이브리드 탄소나노튜브 복합체 | |
CN101580241A (zh) | 一种多壁富勒烯的制备方法 | |
JP5110059B2 (ja) | 微細な炭素繊維および微細な炭素短繊維 | |
TW200800397A (en) | Method of preparing catalyst for catalyzing carbon nanotubes growth | |
Zhao et al. | Carbon nanotube formation over plasma reduced Pd/HZSM-5 | |
KR20120092344A (ko) | 금속유기구조체(MOFs)를 이용한 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 | |
Huang et al. | Carbon nanomaterials synthesized using a spray pyrolysis method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200507 |