Установка для синтеза углеродного наноматериала

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ к ПАТЕНТУ(54) УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГ ЛЕРОДНОГ О НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- И массообмена им. А.В.Ль 1 кова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жданок Сергей Александрович Крауклис Андрей Владимирович Самцов Петр Петрович Волжанкин Валерий Михайлович Визнер Лидия Юрьевна Суворов Александр Васильевич (ВУ)(ВУ) (73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. ЛЫкова Национальной академии наук Беларуси (ВУ)1. Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки, катода, соединенного с источником энергии, и анода, стакан термопары, систему охлаждения отработанного газового потока, отличающаяся тем, что стакан осаждения дополнительно снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, включающей щнек, связанный с электродвигателем, и стаканом для сбора углеродного наноматериала, причем стакан осаждения дополнительно содержит входной патрубок, соединяющий его с верхней частью плазмохимического реактора.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что стакан осаждения углеродного наноматериала расположен под углом, равным 15-20, к горизонтальной оси.(56) 1. Песецкий С.С., Жданок С.А., Буяков И.Ф., Богданович С.П., Солнцев А.П., Краук лис А.В. О структуре И свойствах полиамида 6, модифицированного в расплаве углеродными наноматериалами // ДАН Б. - 2004. - Т. 44, Не 6. - С. 102-107 (прототип).Полезная модель относится К области изготовления и обработки наноструктур, в частности К получению углеродных наноматериалов, содержащих многостеннь 1 е 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, содержащая плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки и стакана осаждения углеродного наноматериала катод, анод, источник энергии, систему газоснабжения, в которую входят запорная арматура и управляемые расходомеры термопары,систему охлаждения отработанного газового потока, состоящую из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа.Указанная установка работает следующим образом.В кварцевую трубку 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 синтезированный углеродный наноматериал осаждается на внутренних стенках. Отработанный газ направляется в систему охлаждения отработанного газового потока. Далее установку выключают, и она в течение часа остывает. После того как установка остынет, ее разбирают с целью сбора полученного углеродного наноматериала. После очистки стакана осаждения углеродного наноматериала установку для синтеза углеродного наноматериала собирают. Как было сказано выше, углеродный наноматериал осаждается на стенках стакана осаждения углеродного наноматериала, когда слой полученного наноматериала достигает определенной толщины, скорость образования углеродного наноматериала снижается. Появляется необходимость затраты времени на сбор полученного углеродного наноматериала, включающая такие операции как охлаждение установки (один час), разборка-сборка (один час), сбор углеродного наноматериала ( 20 минут).Таким образом, производительность данной установки для синтеза углеродного наноматериала недостаточно высока.Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала путем автоматизации процесса сбора синтезированного углеродного наноматериала.Решение поставленной задачи достигается тем, что известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, который состоит из кварцевой трубки, катода, соединенного с источником энергии, и анода, расположенных в верхней части реактора, а стакан осаждения углеродного наноматериала расположен в нижней части реактора. Реактор также содержит систему газоснабжения, термопары, систему охлаждения отработанного газового потока. Согласно предлагаемому техническому решению, стакан осаждения дополнительно снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, включающей шнек, связанный с электродвигателем, и стаканом для сбора углеродного наноматериала, причем стакан осаждения дополнительно содержит входной патрубок, соединяющий его с верхней частью плазмохимического реактора. С целью оптимизации работы системы сбора получаемого углеродногонаноматериала, а также исходя из конструктивных соображений, стакан осаждения углеродного наноматериала расположен под углом, равным 15-2 О, к горизонтальной оси. Таким образом, предлагаемый реактор обеспечивает автоматизацию процесса сбораполучаемого углеродного наноматериала, исключает затраты времени (2 2,5 часа) на остывание установки, разборку-сборку и сбор синтезированного углеродного наноматериала, что повышает производительность установки, также предполагает возможность ее использования в промышленном производстве.На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки.Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей. Верхней части, включающей кварцевую трубку 1, в верхней части которой размещен катод 2, в нижней - заземленный анод 3, который имеет форму диска с Центральным отверстием, а также элементы системы 4 газоснабжения запорная арматура и управляемые расходомеры (на схеме не показаны). К катоду 2 подключен источник энергии 5. Нижняя часть плазмохимического реактора представлена стаканом 6 осаждения углеродного наноматериала, расположенного под углом, приблизительно равным 15-2 О, к горизонтальной оси.Стакан 6 осаждения углеродного наноматериала 2 соединен с кварцевой трубкой 1 с помощью входного патрубка 7. Соединение осуществляется с помощью крепежных элементов по фланцам (на схеме не показаны).Стакан 6 осаждения углеродного наноматериала содержит следующие элементы систему автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, представленную шнеком 8, один конец которого крепится к валу электродвигателя 9, и стаканом 10 для сбора углеродного наноматериала термопары 11, установленные на наружной и внутренней стенках стакана 6 систему 12 охлаждения отработанной газовой смеси, состоящей из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа (на схеме не показаны).Установка работает следующим образом.В кварцевую трубку 1 подается газовая смесь через систему 4 газоснабжения. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 5. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 2 и анодом 3.После обработки разрядом рабочей газовой смеси синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в стакан 6 осаждения углеродного наноматериала через отверстие анода 3 и входной патрубок 7. Температура выходящего газового потока снижается непосредственно за анодом и в нижней металлической части реактора. Далее углеродный наноматериал осаждается на внутренних стенках стакана осаждения углеродного наноматериала.Образовавшийся углеродный наноматериал счищается со стенок стакана 6 лопастями шнека 8 и подается в его нижнюю часть, где расположен стакан 10 для сбора полученного углеродного наноматериала Благодаря тому, что стакан 6 расположен под небольшим углом к горизонтальной оси (15-2 О), счищенный углеродный наноматериал легко перемещается в его нижнюю часть.Отработанная газовая смесь выходит из реактора и направляется в систему 12 охлаждения отработанного газового потока, а затем выбрасывается в атмосферу.Таким образом, предлагаемая установка имеет высокую производительность за счет автоматизации процесса сбора получаемого углеродного наноматериала.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.