Установка для получения углеродного наноматериала

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Крауклис Андрей Владимирович Самцов Птр Петрович Борисевич Кирилл Олегович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для получения углеродного наноматериала, включающая плазмохимический реактор в виде кварцевой трубки, внутри которой помещены анод и полый катод с каналами подачи рабочей смеси, стакан осаждения углеродного наноматериала с пазами и термопарами, расположенными на его внутренней поверхности, окруженный снаружи теплоизоляционным слоем в твердой оболочке, с образованием изотермической зоны, и высоковольтный источник питания, отличающаяся тем, что стакан осаждения содержит дополнительные зоны, находящиеся ниже изотермической зоны, причем каждая из них снабжена нагревательным элементом, которые расположены внутри теплоизоляционного слоя, а нагревательные элементы и термопары подключены к блоку контроля температур. Предлагаемое техническое решение относится к области изготовления и обработки наноструктур, в частности к установкам для получения углеродных наноматериалов, содержащих многостенные углеродные нанотрубки, углеродные нановолокна и частицы нанографита, и может быть использовано для создания полимерных нанокомпозитов, используемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению (прототип) является установка для получения углеродного наноматериала 1. Данная установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, в которую помещен анод и полый катод с каналами подачи рабочих газов. Для питания электрического разряда служит высоковольтный источник. Стакан осаждения углеродного наноматериала с продольными пазами на внутренней поверхности расположен под полым катодом и с внешней стороны окружен теплоизоляционным слоем в твердой оболочке. На внутренней стенке стакана осаждения находятся термопары. Теплоизоляционный слой используется для создания изотермической зоны, расположенной непосредственно под катодом, где происходит образование углеродного наноматериала определенного качества, однако, в нижней части стакана осаждения температуры выходящих газов существенно падают, изза теплообмена с поверхностью стакана осаждения, что ухудшает качество получаемого материала и ограничивает размеры самого стакана и, следовательно, снижает производительность. Недостатком этой конструкции является постепенное понижение температуры стенки стакана осаждения углеродного наноматериала при отдалении от высокотемпературной зоны горения разряда, что ухудшает качество получаемого продукта и снижает производительность установки, ограниченную размерами стакана осаждения. Задачей предлагаемого технического решения является повышение производительности установки для получения углеродного наноматериала и улучшение качества получаемого продукта. Задача решается следующим образом. Известная установка для получения углеродного наноматериала включает плазмохимический реактор, представляющий собой кварцевую трубу, внутри которой помещены анод и полый катод с каналами подачи рабочей смеси. Для питания электрического разряда служит высоковольтный источник. Под полым катодом расположен стакан осаждения углеродного наноматериала с продольными пазами на внутренней поверхности, окруженный теплоизоляционным слоем в твердой оболочке, образующий изотермическую зону. На внутренней поверхности стакана осаждения расположены термопары. Согласно предлагаемому техническому решению стакан осаждения содержит дополнительные зоны, находящиеся ниже изотермической зоны,причем каждая из них снабжена нагревательным элементом, которые расположены внутри теплоизоляционного слоя, а нагревательные элементы и термопары подключены к блоку контроля температур. Если температура стенки такой зоны падает ниже установленного минимума, то блок контроля температур включает соответственный нагреватель до тех пор, пока температура не восстановится. Нагрев внутренних стенок стакана осаждения позволяет создать дополнительные изотермические зоны и увеличить, таким образом, площадь осаждения углеродного наноматериала. Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить производительность установки для получения углеродного наноматериала и улучшить качество получаемого продукта. 2 37202007.08.30 На фигуре представлен общий вид установки для получения углеродного наноматериала с системой подогрева стакана осаждения. Предлагаемая установка для получения углеродного наноматериала включает плазмохимический реактор, представляющий собой кварцевую трубу 1, внутри которой помещены анод 2 и полый катод 3 с каналами подачи рабочей смеси 4. Для питания электрического разряда служит высоковольтный источник 5. Под полым катодом 3 расположен стакан 6 осаждения углеродного наноматериала с продольными пазами 7 на внутренней поверхности. Стакан 6 окружен теплоизоляционным слоем 8 в твердой оболочке 9, образующий изотермическую зону, расположенную непосредственно под катодом 3. На внутренней поверхности стакана осаждения расположены термопары 11. Согласно предлагаемому техническому решению стакан осаждения 6 содержит дополнительные зоны, находящиеся ниже изотермической зоны, причем каждая из них, снабжена нагревательным элементом 10, расположенным внутри теплоизоляционного слоя. Нагревательные элементы 10 и термопары 11 подключены к блоку контроля температур 12. Установка работает следующим образом катод 3 заземляется, а на анод 2 с помощью высоковольтного источника питания 4 подается потенциал, достаточный для поджига и поддержания разряда. Питание разряда осуществляется от высоковольтного источника 5. Через каналы 4 осуществляется подача рабочих газов в зону горения разряда, находящуюся между анодом 2 и катодом 3, где происходит конверсия газовой смеси. Полученный в процессе конверсии аморфный углерод вместе с потоком газов переносится в стакан 6, на стенках и в пазах которого происходит структурирование и накопление углеродного наноматериала. Минимальная длина стакана осаждения должна быть при этом не менее 250300 мм. Блок контроля температур 12 считывает сигнал термопар 11 и по необходимости включает, в случае падения температуры ниже заданной, или выключает, в случае достижения заданной температуры, соответственный каждой зоне нагреватель 10. Теплоизолирующим слоем 8 в твердой оболочке 9 обеспечивается снижение теплоотвода от стакана осаждения 6. Таким образом, предлагаемое техническое решение, за счет введения дополнительных зон осаждения углеродного наноматериала, которые содержат нагревательные элементы и термопары, подключенные к блоку контроля температур, позволяет повысить производительность установки для получения углеродного наноматериала и улучшить качество получаемого продукта. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3