Установка для синтеза углеродного наноматериала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Самцов Петр Петрович Волжанкин Валерий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, с расположенными в ней анодом и катодом, и стакана осаждения углеродного наноматериала, систему газоснабжения, систему охлаждения отработанного газового потока, термопары и источник энергии, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена металлическим стержнем, установленным 28762006.06.30 в стакане осаждения плазмохимического реактора, причем один конец указанного стержня имеет сферическую форму, другой - плоскую, являющуюся его опорной поверхностью,а термопары расположены как на наружной стенке стакана, так и на поверхности металлического стержня.(56) 1. Песецкий С.С., Жданок С.А., Буяков И.Ф., Богданович С.П., Солнцев А.П., Крауклис А.В. О структуре и свойствах полиамида 6, модифицированного в расплаве углеродными наноматериалами // ДАН Б. - 2004. - Т. 44,6. - С. 102-107 (прототип). Полезная модель относится к области изготовления и обработки наноструктур, в частности к получению углеродных наноматериалов, содержащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы нанографита, и может быть использована для создания полимерных нанокомпозитов, используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала электродуговым способом 1. Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей - кварцевой трубки и стакана осаждения углеродного наноматериала. В верхней части кварцевой трубки расположен катод, а в нижней - анод, имеющий форму диска с центральным отверстием, источник энергии. Установка имеет также систему газоснабжения, в которую входят запорная арматура и управляемые расходомеры, термопары, установленные на наружной стенке стакана, систему охлаждения отработанного газового потока, состоящую из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа, и источник энергии. В указанной установке в кварцевую трубку плазмохимического реактора подается рабочая газовая смесь через систему газоснабжения. Источник энергии обеспечивает зажигание и дальнейшее горение разряда. Обработка рабочей газовой смеси происходит в зоне между катодом и анодом плазмой высоковольтного разряда. Далее синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в стакан осаждения углеродного наноматериала через отверстие анода, где он осаждается на внутренних стенках стакана. Контроль температуры газового потока и стенки стакана осаждения контролируется термопарами. Отработанный газ направляется в систему охлаждения отработанного газового потока. Однако производительность данной установки для синтеза углеродного наноматериала недостаточно высока. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала. Решение поставленной задачи достигается тем, что в установке для синтеза углеродного наноматериала, содержащей плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, с расположенными в ней анодом и катодом, и стакана осаждения углеродного наноматериала систему газоснабжения, систему охлаждения отработанного газового потока, термопары и источник энергии, согласно предлагаемому техническому решению,установка дополнительно снабжена металлическим стержнем, установленным в стакане осаждения плазмохимического реактора, причем один конец указанного стержня имеет сферическую форму, другой - плоскую, являющуюся его опорной поверхностью, а термопары расположены как на наружной стенке стакана, так и на поверхности металлического стержня. На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки. Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей кварцевой трубки 1 и стакана 2 осаждения углеродного наноматериала, расположенного 28762006.06.30 под ней, которые соединены между собой крепежными элементами по фланцам (на схеме не показаны). В верхней части кварцевой трубки 1 размещен катод 3, в нижней - заземленный анод 4, который имеет форму диска с центральным отверстием, а также система газоснабжения 5, включающая запорную арматуру и управляемые расходомеры (на схеме не показаны), обеспечивающие подачу рабочей газовой смеси в кварцевую трубку 1 плазмохимического реактора. К катоду 3 подключен источник энергии 6. В стакане осаждения углеродного наноматериала 2 помещен металлический стержень 7, верхний конец которого имеет сферическую форму, которая увеличивает площадь осаждения продукта синтеза,а другой - плоскую, являющуюся его опорной поверхностью. Термопары 8 установлены как на наружной стенке стакана 2, так и на поверхности металлического стержня 7, что обеспечивает постоянный контроль температуры газового потока, стенки стакана 2 и металлического стержня 7. Система охлаждения 9 отработанной газовой смеси обеспечивает охлаждение поступающего из плазмохимического реактора газового потока и выброс его в атмосферу. Установка работает следующим образом. Через систему газоснабжения 5 подготовленная газовая смесь подается в кварцевую трубку 1. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 6. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 3 и анодом 4, после чего синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа через отверстие анода 4 направляется в стакан 2 осаждения углеродного наноматериала. Непосредственно за анодом 4 температура выходящего газового потока снижается и углеродный наноматериал осаждается как на внутренних стенках стакана 2,так и на металлическом стержне 7. Таким образом, металлический стержень со сферической поверхностью увеличивает площадь поверхности осаждения, что обеспечивает увеличение количества получаемого углеродного наноматериала. Температура газового потока, стенки стакана 2 осаждения углеродного наноматериала, а также металлического стержня 7 измеряется термопарами 8. Отработанная газовая смесь выходит из плазмохимического реактора и направляется в систему охлаждения 9 отработанного газового потока, а затем выбрасывается в атмосферу. Рекомендуемые режимы ведения процесса синтеза углеродного наноматериала следующие напряжение горения разряда должно составлять 35 кВ при токе разряда 100200 мА используемая рабочая горючая смесь имеет следующий состав воздухметан (4 воздух 12,362.43) рабочее время - не менее 60 мин, температура стенок стакана осаждения углеродного наноматериала - 750-780 . В результате синтеза углеродного наноматериала в предлагаемой установке, масса полученного углеродного наноматериала составила 5,805,86 г/ч. Масса собранного углеродного наноматериала с металлического стержня - 1,391,41 г/ч. Таким образом, благодаря использованию металлического стержня площадь поверхности осаждения углеродного наноматериала увеличивается, что повышает производительность установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3