[发明专利]碳纳米管材料的反应炉管及生长装置和方法

权利要求书

1.一种碳纳米管材料的反应炉管，包括沿物料行进方向依次分布的注入段、生长段以及输出段；所述物料包括碳纳米管生长所需的工艺气体及被所述工艺气体携带的反应原料；

其特征在于，所述注入段的管腔内还设置有整流装置，所述整流装置包括与所述注入段内径相匹配的柱状主体，沿所述柱状主体的轴向方向设置有多个贯穿所述柱状主体的通孔，所述通孔沿所述柱状主体的周向均匀分布，所述整流装置能够使所述物料相比于未设置所述整流装置时，流动方向更加趋近于所述反应炉管的轴向，且流动速率在所述反应炉管的径向方向上更加均匀分布；

所述生长段的材质为第一材质，所述输出段的至少内表面为与碳纳米管气凝胶之间的粘性低于所述第一材质的第二材质；

所述第一材质包括刚玉、莫来石以及石墨中的任意一种或两种以上的组合，所述第二材质包括石英、釉料、镍基合金以及钴基合金中的任意一种或两种以上的组合；

所述输出段内表面的粗糙度低于10μm，所述输出段与生长段的长度比例为1：5-1：8，所述反应炉管的内径为30-150mm。

2.根据权利要求1所述的反应炉管，其特征在于，所述柱状主体的长度为20-100mm，直径为30-150mm。

3.根据权利要求2所述的反应炉管，其特征在于，所述通孔的直径为2-20mm。

4.根据权利要求2所述的反应炉管，其特征在于，所述柱状主体的材质包括刚玉、莫来石以及石墨中的任意一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的反应炉管，其特征在于，所述注入段与生长段为一个整体。

6.一种碳纳米管材料的生长装置，其特征在于，所述生长装置包括权利要求1-5中任意一项所述的反应炉管以及与所述反应炉管的注入段密闭连接的注入组件，用于向所述注入段内注入碳纳米管生长所需的工艺气体及反应原料；

所述注入组件包括反应原料注入通道、工艺气体注入通道以及连接法兰，所述连接法兰密封固设于所述注入段的端口，所述反应原料注入通道和工艺气体注入通道贯穿所述连接法兰并与所述反应炉管的管腔相连通。

7.一种碳纳米管材料的生长设备，其特征在于，所述生长设备包括权利要求6所述的生长装置以及与所述生长装置中的反应炉管的输出段相连接的收集装置，用于收集所述反应炉管中生长出的碳纳米管气凝胶；以及，设置于所述反应炉管周围，用于至少控制所述反应炉管的生长段温度的加热装置。

8.根据权利要求7所述的生长设备，其特征在于，所述收集装置包括密封箱、液封容器以及收卷器，所述输出段与所述密封箱内部相连通，所述密封箱远离所述输出段的一端设置有开口，所述液封容器设置于所述开口附近，并能够容置液体，以使所述液体能够密闭所述开口；

所述收卷器设置于所述液封容器的外部，用于收集碳纳米管前驱体经过液体后转变成为的碳纳米管纤维。

9.根据权利要求8所述的生长设备，其特征在于，所述密封箱还设置有排气口，用于排出进入所述密封箱内的工艺气体。

10.根据权利要求9所述的生长设备，其特征在于，所述排气口设置于所述密封箱的周向侧壁且接近所述输出段。

11.一种碳纳米管材料的生长方法，其特征在于，采用权利要求7-10中任意一项所述的生长设备进行碳纳米管材料的生长。

12.根据权利要求11所述的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：

利用加热装置至少控制反应炉管的生长段的温度为1100-1500℃；

使工艺气体及反应原料注入反应炉管的注入段，以使所述反应原料在生长段反应生成碳纳米管气凝胶；

利用收集装置收集被所述工艺气体带出反应炉管的输出段的所述碳纳米管气凝胶。

13.根据权利要求12所述的生长方法，其特征在于，所述工艺气体包括氢气和惰性气体，氢气所占的体积比为10％-100％，所述工艺气体的流量为2-10 L/min。