[发明专利]一种用于生长碳纳米管气凝胶的装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制造领域，尤其涉及一种用于生长碳纳米管气凝胶的装置。

背景技术

碳纳米管是继C60之后于90年代初发现的另一种碳的新结构形态，为单层或是多层石墨管嵌套，内空，直径为几纳米或是几十纳米的一维碳结构形态，自1991年采用高分辨率电镜下发现后，就在全球引发了极大的研究热潮，作为一种新型的纳米材料，由于其独特的几何结构与电子能带结构带来了优异的机械性能、电学性能、热学性能以及电磁性能等，这些优异的性能使得碳纳米管存在着极大的潜在的应用优势。作为一种由碳纳米管组成的三维网状结构，碳纳米管气凝胶通过其可以非常方便的制备碳纳米管宏观结构，如薄膜、厚膜、块体、宏观纤维等较多种形态的宏观形式,因而研究碳纳米管气凝胶将会对碳纳米管的应用具有十分重要的促进意义。目前制备碳纳米管的方法主要有：电弧法、激光蒸发法、化学气相沉积法。这三种方法目前都比较成熟，都能制备出单壁和多壁碳纳米管。化学气相沉积法因设备简单、 最可能实现工业化生产而成为目前研究得最广泛的合成方法。目前采用化学气相沉积法生长碳纳米管气凝胶的方法主要是采用单独一根石英管或是刚玉管作为反应室，然后用惰性气体或是还原气体，亦或是两者的混合气体，将反应液带入反应室的高温反应区高温催化裂解生长得到。

目前生长碳纳米管气凝胶均采用的是单根刚玉管或是石英管生长，且产能与连续性低下，在提高产能与连续性方面，目前采用的是增加管径和管子长度的方法，亦或是改用更昂贵催化剂的方法，工艺复杂且成本较高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能解决上述技术问题的用于生长碳纳米管气凝胶的装置。

其中，用于生长碳纳米管气凝胶的装置包括：

主反应腔，其具有一进气口及与所述进气口相对设置的出气口；

收集箱，与所述主反应腔的出气口相连通；

所述主反应腔用于催化生成碳纳米管气凝胶，所述收集箱内设有纺轴以及设置于所述纺轴上的收集装置，所述纺轴可被驱动地旋转以便将所述主反应腔内催化生成的碳纳米管气凝胶卷绕在所述收集装置上；

其中，在所述主反应腔内还套设有至少一个与所述主反应腔连通的次反应腔，所述次反应腔靠近所述主反应腔的进气口设置，且在所述主反应腔的轴向上所述次反应腔的长度小于所述主反应腔的长度。

作为本发明的进一步改进，所述用于生长碳纳米管气凝胶的装置包括在所述主反应腔的径向上逐级套设的多个次反应腔，且在所述主反应腔的径向上从内到外的多个次反应腔被设置为，在所述主反应腔轴向上的长度和在主反应腔径向上的截面积逐渐增大。

作为本发明的进一步改进，任一次反应腔在所述主反应腔轴向上完全包覆设置于其内且相邻的次反应腔。

作为本发明的进一步改进，所述主反应腔和所述次反应腔均为管状，所述主反应腔和所述次反应腔同轴设置。

作为本发明的进一步改进，所述次反应腔的一端与所述主反应腔的进气口平齐设置。

作为本发明的进一步改进，所述主反应腔和所述次反应腔之间存在空隙，所述空隙采用保温棉填充。

作为本发明的进一步改进，所述主反应腔外套卧式电阻炉。

作为本发明的进一步改进，所述主反应腔和所述次反应腔的材质为刚玉或石英或莫来石。

作为本发明的进一步改进，所述用于生长碳纳米管气凝胶的装置还包括注入装置，所述注入装置选自注射泵、液体喷射器、超声雾化注入装置中的一种。

作为本发明的进一步改进，在所述注入装置和所述主反应腔之间还设有碳源注入口和载气注入口。

与现有技术相比，本发明通过在主反应腔内套设次反应腔解决了单一反应腔作为反应室生长碳纳米管的弊端，不仅能够生长出连续的、均匀的碳纳米管气凝胶，而且还能够通过增大反应室管径来大大提高碳纳米管气凝胶的产率，节约了生产成本，缩短了生产时间，使碳纳米管气凝胶的工业化生产成为可能。

附图说明

图1是本发明一实施方式中用于生长碳纳米管气凝胶的装置的结构示意图。

图2是本发明一实施方式中用于生长碳纳米管气凝胶的装置制备的碳纳米管气凝胶宏观连续体的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。