[发明专利]碳纳米管生长装置

说明书

本发明涉及一种碳纳米管生长装置，包括反应腔，反应腔上端设有进料管、供气管，供气管套设在进料管外侧，进料管下端连接超声雾化器，供气管下端连接环形罩，反应腔内设有等离子发射器，反应腔下端连接出料管，反应腔外侧连接第一加气腔，第一加气腔上端设有加气口，第一加气腔外围设有加热装置，出料管外侧连接第二加气腔，第二加气腔与第一加气腔贯通连接，所述反应腔与出料管内壁均设有若干个喷气嘴，反应腔内壁上的喷气嘴的入气口与第一加气腔连接，出料管内壁上的喷气嘴的入气口与第二加气腔连接，本发明解决了碳纳米管生长效率低、反应均匀性较差以及在制备碳纳米管和出料时碳纳米管会附着在反应腔和出料管内壁的问题。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管生长装置，属于碳纳米管技术领域。

背景技术

纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以耐受6500°F（3593℃）的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作金属导电体，比金的导电性高得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳米管在极低的温度下还具有超导性。

纳米管的类别有：硅纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化多壁碳纳米管、短多壁碳纳米管、工业化多壁碳纳米管、石墨化多壁碳纳米管、大内径薄壁碳纳米管、镀镍碳纳米管。陨石碳质晶体纳米管。

在纳米管应用于电脑运算的发展进程中，一个重要的里程碑就是把纳米管制造成电脑中所用的开关或晶体管。1998年，IBM公司所属威特森研究中心的一个研究小组即以此为目标进行了研究。研究人员证明单个的纳米管可以具有晶体管的作用，而且提高了其晶体的导电性能。

然而，应用于电脑运算也只是纳米管展露其优越性的一个方面。人们可以把这些微型管粘合在一起，制成纤维或绳索，用作超导线缆，或者塑料及其他高级材料的超强加固剂。如果纳米管具备极强的挠性、强度和恢复力，它们将可合成高性能的体育和航空材料。由于其强大的张力，它们具有弯而不折且能恢复原来形状的特殊性能。

此外，纳米管还可应用于最需要导热性能的地方。例如，电动机如果采用纳米管做散热片，其中的塑料部件就不会被高温所熔化。这种微型材料还可置入需要耐受极度高温的材料之中，如飞机和火箭外部的嵌板等。美国国家航宇和宇航局期望将纳米管置入从防热层到宇航服等各种设施之中。

能源公司对纳米管也刮目相看。纳米管可以用来制造更小、更轻、效能更高的燃料电池，它还能够用于贮存用作能源的氢气。研究人员在平玻璃片或其他材料上把无数个纳米管排列起来，让它们看起来像一片收割的整齐麦田。日本的NEC和韩国的三星公司准备将这种由纳米管组成的“田野”做成电视机的显示屏，以取代电视机所采用的老式阴极射线管。

目前，碳纳米管制备工艺主要有电弧放电法、镭射烧蚀法以及化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法以其工艺简便、成本低、纳米管可控、长度大、收集率高等特点得到广泛研究与应用。化学气相沉积法主要是运用纳米尺度的过度金属或其氧化物作为催化剂，在相对低的温度下热解含碳的气源来制备碳纳米管的。

传统的碳纳米管制备装置中，衬底是不透气的，当反应气体通入时，与催化剂薄膜接触，可以在其表面生长碳纳米管，随着碳纳米管逐渐增厚，催化剂薄膜逐渐被完全淹没，被淹没的催化剂薄膜不能再与反应气体接触，起不到催化剂的作用，导致碳纳米管无法继续生长。一般当碳纳米管生长至约1-2mm 后就会停止生长，这种情况下，使得碳纳米管不能连续生长和垂直向下生长，生长效率较低，而且一般的制备装置在制备碳纳米管和出料时，碳纳米管会附着在反应腔和出料管内壁。

中国发明专利说明书CN 103569998 A公开这样一种碳纳米管制备装置，包括：一反应腔，所述反应腔内设置有：至少一个进气管，每个进气管上设有多个进气孔；基片承载盘；至少一个出气管，每个出气管上设有多个出气孔；其中，所述基片承载盘位于所述进气管和所述出气管之间，每个进气管和每个出气管可拆卸的安装在所述反应腔中。但是这种制备装置反应均匀性较差，在制备碳纳米管和出料时，碳纳米管会附着在反应腔和出料管内壁。