Плазмохимический реактор для синтеза углеродных наноструктур

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова НАН Беларуси(72) Авторы Третьяк Михаил Семенович Торопов Виктор Владимирович Чупрасов Владимир Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В.Лыкова НАН Беларуси(57) Плазмохимический реактор для синтеза углеродных наноструктур, включающий водоохлаждаемую камеру, внешний и внутренний графитовые электроды и систему для осаждения наноструктур, отличающийся тем, что на корпусе внешнего электрода установлен соленоид для вращения и стабилизации дугового разряда, а электрод-анод выполнен секционным так, что между графитовыми цилиндрическими кольцами помещен катализатор в виде тонкой металлической пленки (фольги), а также реактор снабжен водоохлаждаемым соплом, а система осаждения и улавливания наноструктур выполнена в виде колец различного внутреннего диаметра и фильтров и установлена на выходе из реактора.(56) 1. Чурилов Г.Н. // Приборы и техника эксперимента. - 2000. -1. - . 5 (прототип). 2..,,К., //. - 1990. . 347. - . 354. 3. Елецкий А.В. // Успехи физических наук. - 2002. - Т. 172. -4. - . 411. 4. Афанасьев Д.А., Блинов И., Богданов А. и др. // Журнал технической физики. 1994. - Т. 64. - Вып. 10. . 76. 5. Бубнов В.П. , Краинский И.С., Лаухина Е.Э., Ягубский Э.Б. // Изв. РАН. Сер. хим. 1994. -5. - С. 805. Предлагаемая полезная модель относится к области нанотехнологий, а именно, к устройствам для синтеза углеродных наноструктур, и может быть использована для получения как индивидуальных, так и консолидированных наноструктур и нанопористых материалов вместе с нанокомпонентами. Широко известны плазмохимические реакторы, содержащие водоохлаждаемую камеру, графитовые электроды 1, 2, 3, 4, 5. Недостатком указанных реакторов является то, что они позволяют получать только фуллерены, что делает проблематичным их использование для получения нанотрубок. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототип) является плазмохимический реактор 1. Указанный плазмохимический реактор включает водоохлаждаемую камеру, внешний и внутренний графитовые электроды и водоохлаждаемую спираль для осаждения наноструктур. Недостатком этого реактора является деструкция из-за перегрева части образовавшихся фуллеренов, а также при токах дугового разряда больше 200 А происходит отрыв крупных частиц с поверхности электрода, что изменяет условия равномерного термического испарения графита. Задачей предлагаемой полезной модели является создание плазмохимического реактора для синтеза углеродных наноструктур, обеспечивающего равномерное термическое испарение графита и уменьшение деструкции образующихся наноструктур. Задача решается за счет того, что в плазмохимическом реакторе для синтеза углеродных наноструктур, включающем водоохлаждаемую камеру (корпус), внешний и внутренний графитовые электроды и систему для осаждения наноструктур, на корпусе внешнего электрода установлен соленоид для вращения и стабилизации дугового разряда, а электроданод выполнен секционным так, что между графитовыми цилиндрическими кольцами помещен катализатор в виде тонкой металлической пленки (фольги), а также реактор снабжен водоохлаждаемым соплом, а система осаждения и улавливания наноструктур выполнена в виде колец различного внутреннего диаметра и фильтров и установлена на выходе из реактора. Это обеспечивает условие равномерного термического испарения графита при токах дугового разряда до 1400 А и скорость испарения - до 710-5 кг/с, а также снижение деструкции образующихся наноструктур от перегрева и получение прямых нанотрубок. На рисунке представлен общий вид плазмохимического реактора для синтеза углеродных наноструктур. Плазмохимический реактор включает в себя держатель центрального электрода 1, на котором с помощью резьбового соединения крепится секционный анод 2, состоящий из цилиндрических графитовых колец и помещенного между ними катализатора 3 в виде тонкой металлической пленки (фольги), соленоид 4, состоящий из пяти последовательно соединенных секций, каждая из которых выполнена из медной трубки 81 мм, медный корпус катода 5 с запрессованным в него графитовым катодом 6, медное водоохлаждаемое выходное сопло 7, систему осаждения наноструктур 8, выполненную в виде колец различного внутреннего диаметра, и фильтры 9 для улавливания наночастиц, корпус изолятора 10 и изолятор 11 между центральным и внешним электродами. 2 1581 Электроснабжение реактора осуществляется от двух выпрямителей постоянного тока с регулируемым напряжением до 1000 В. Причем один из них используется для электропитания дугового разряда, другой - соленоида, который позволяет изменять ток через его катушки, а следовательно, и индукцию магнитного поля. Плазмохимический реактор работает следующим образом. Рабочий газ (инертный или инертный газ вместе с углеродсодержащими газами или жидкостями) подается аксиально через отверстие 12 в изоляторе, далее подается вода для охлаждения державки анода 1,соленоида 4, корпуса катода 5, сопла 7, подается напряжение на электроды и производится поджиг дугового разряда. Управление работой модели осуществляется с пульта управления. После выключения напряжения и прекращения подачи рабочего газа и охлаждающей воды производится отбор проб наночастиц из различных сечений реактора. Проведенные испытания (акт испытаний прилагается) подтвердили, что предлагаемый плазмохимический реактор для синтеза углеродных наноструктур по сравнению с известным обеспечивает равномерное термическое испарение графита при токах дугового разряда до 1400 А, при этом скорость испарения достигает 710-5 кг/с, снижает деструкцию образовавшихся наноструктур от перегрева и позволяет получать прямые нанотрубки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.