[发明专利]弧光等离子制备碳纳米材料的装置

说明书

本发明公开了一种弧光等离子制备碳纳米材料的装置，其涉及碳纳米材料制备技术领域，该装置包括：气体供应单元；弧光反应单元，其包括：管体、阴极驱动机构、阳极驱动机构，管体侧壁内具有环形空腔，管体上具有与环形空腔连通的第一开口、第二开口，管体的侧壁上连接有气体出口管和具有气体进口，气体进口与气体混合装置相连通，气体出口管的侧壁上设置有多块磁体；样品加热单元，其包括设置在气体出口管中的样品放置件、用于对样品放置件进行加热的加热装置；冷却系统，其用于通过第一开口和第二开口通入冷却液以使管体冷却；真空系统，其用于将管体内抽真空。本申请能够在多种环境下产生碳纳米材料，实现碳纳米材料的动态制备，并加快产出速度。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料制备技术领域，特别涉及一种弧光等离子制备碳纳米材料的装置。

背景技术

纳米材料被欧盟委员会定义为一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，该基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1nm到100nm之间，且这一基本颗粒占整个材料颗粒总数的50％以上。纳米材料由于其特殊的结构，表现出独特的性质，如表面效应、量子效应和量子尺寸效应，被广泛应用在微电子器件、高性能复合材料、医学等多种领域；其中，碳纳米材料(富勒烯、碳纳米管、石墨烯)被称为“纳米之王”，处于纳米材料科学研究的前沿，一直是各个国家研究的重点领域。碳纳米材料的制备方法同样引起了广泛的关注；近年来，碳纳米材料制备方法得到了很大的发展与丰富，主要包括电弧法、机械球磨法、化学气相沉积法、激光蒸发法、原位合成法、溶胶-凝胶法等方法。电弧法，即在特定的氛围(惰性气体或还原性气体)及压力下电弧放电，产生电弧等离子体，阳极不断消耗，并在阴极、反应室腔壁或特定的基材上产生碳纳米材料，具有量产化、工业化碳纳米材料的潜力。等离子体作为物质的第四种状态广泛存在于宇宙中，是由带电粒子(电子和阳离子)和中性粒子组成的表现出整体电中性的物质集合，具有较高的分子活性；同时，等离子体科学与许多工业技术相结合，实现了在原子水平上的加工，影响着现代工业的生产、制造方式。

但是在现有设备中，使用低温等离子体技术和化学气相沉积技术相结合虽然能够大幅度降低碳纳米材料的沉积温度。但是，碳纳米材料的合成速度较低，易造成原料的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种弧光等离子制备碳纳米材料的装置，其能够在多种环境下产生碳纳米材料，实现碳纳米材料的动态制备，并加快产出速度。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种弧光等离子制备碳纳米材料的装置，其包括：

气体供应单元，所述气体供应单元包括：多个储气装置、与所述储气装置相连通的气体混合装置、连接在所述储气装置与所述气体混合装置之间的质量流量计；

弧光反应单元，所述弧光反应单元包括：管体、设置在管体一端阴极驱动机构、设置在管体另一端的阳极驱动机构，所述管体侧壁内具有环形空腔，所述管体上具有与所述环形空腔连通的第一开口、第二开口，所述管体的侧壁上连接有气体出口管和具有气体进口，所述气体进口与所述气体混合装置相连通，所述阳极驱动机构包括阳极、用于夹设所述阳极的第一夹紧装置、连接在所述第一夹紧装置一端的丝杆、与所述丝杆相连接的丝杆步进电机，所述阴极驱动机构包括：阴极、用于夹设所述阴极的第二夹紧装置，所述阳极距离所述阴极的距离能够在所述丝杆步进电机的作用下进行调节，所述气体出口管的侧壁上设置有多块磁体，所述磁体绕所述气体出口管的轴线呈圆周排布，所述磁体的N极朝向所述管体，所述磁体的S极远离所述管体；

样品加热单元，所述样品加热单元包括设置在所述气体出口管中的样品放置件、用于对样品放置件进行加热的加热装置；

冷却系统，其用于通过所述第一开口和所述第二开口通入冷却液以使所述管体冷却；

真空系统，其用于将所述管体内抽真空。