Установка для синтеза углеродного наноматериала

(51) МПК (2006) 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 Птр 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, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки, катода, подключенного к источнику энергии, и анода, стакан осаждения углеродного наноматериала, расположенный в нижней части реактора, систему автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, связанную с редуктором электродвигателя, систему газоснабжения, термопары, систему охлаждения отработанного газового потока, отличающаяся тем, что стакан осаждения расположен вертикально, а система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала выполнена в виде поршня-щетки, шток которого связан с редуктором электродвигателя, причем стакан осаждения соединен непосредственно с верхней частью плазмохимического реактора.(56) 1. Патент РБ 3178, МПК В 82 В 3/00. 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. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала электродуговым способом 1 (прототип), содержащая плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей. Верхняя часть включает кварцевую трубку, в которой размещен катод и заземленный анод, с центральным отверстием, а также элементы системы газоснабжения запорная арматура и управляемые расходомеры. К катоду подключен источник энергии. Нижняя часть плазмохимического реактора представлена стаканом осаждения углеродного наноматериала и системой занимающего горизонтальное положение по отношению к оси кварцевой трубки под углом, равным 15-20. Стакан осаждения углеродного наноматериала снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала,выполненного в виде шнека, связанного с электродвигателем, стакан соединен с кварцевой трубкой в верхней части реактора с помощью входного патрубка. Указанная установка работает следующим образом. В кварцевую трубку подается газовая смесь через систему газоснабжения. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом и анодом. После обработки разрядом рабочей газовой смеси синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в стакан осаждения углеродного наноматериала через отверстие анода и входной патрубок. Образовавшийся углеродный наноматериал счищается со стенок стакана лопастями шнека и подается в нижнюю часть стакана для сбора полученного углеродного наноматериала. Температура газового потока и стенок стакана измеряется термопарами. Отработанная газовая смесь выходит из реактора и направляется в систему охлаждения отработанного газового потока, а затем выбрасывается в атмосферу. Однако кроме осаждения углеродного наноматериала на стенках стакана происходит его осаждение на стенках входного патрубка. Осажденный на стенках патрубка углеродный наноматериал содержит неконтролируемое количество многостенных углеродных нанотрубок, углеродные нановолокна и частицы аморфного углерода и, кроме того, когда его толщина достигает определенной величины, изменяет параметры газового потока, и уменьшается скорость образования углеродного наноматериала на стакане осаждения. В конечном итоге появляется необходимость очистки входного патрубка, что не может осуществляться с помощью шнека и требует затраты времени на охлаждение установки,разборку-сборку, очистку входного патрубка и снижает производительность данной установки. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала путем полной автоматизации процесса сбора синтезированного углеродного наноматериала, исключающей процессы остановки синтеза. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, верхняя часть которого состоит из кварцевой трубки, катода, подключенного к источнику энергии, и анода. Стакан осаждения углеродного наноматериала расположен в нижней части реактора и снабжен системой 2 43242008.04.30 автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, связанной с редуктором электродвигателя. Установка содержит также систему газоснабжения, термопары, систему охлаждения отработанного газового потока. Согласно предлагаемому техническому решению, стакан осаждения расположен вертикально, а система автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала выполнена в виде поршеня-щетки, шток которого связан с редуктором электродвигателя,причем стакан осаждения соединен непосредственно с верхней частью плазмохимического реактора. Таким образом, предлагаемый реактор обеспечивает полную автоматизацию процесса сбора получаемого углеродного наноматериала, исключает затраты времени на остывание установки, разборку-сборку и очистку входного патрубка, что повышает производительность установки. На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки. Установка содержит плазмохимический реактор, состоящий из двух основных частей. Верхняя часть включает 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 газоснабжения 4 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,который установлен вертикально и соединен с анодом 3 в верхней части реактора непосредственно. Стакан 6 снабжен системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, которая выполнена в виде поршня-щетки 7, соединенного штоком 8 с редуктором электродвигателя 9. Нижняя часть 10 стакана 6 предусмотрена для сбора углеродного наноматериала. На наружной и внутренней стенках стакана 6 установлены термопары 11, а система 12 охлаждения отработанной газовой смеси состоит из последовательно соединенных холодильника, конденсатосборника и хроматографа (на схеме не показаны). Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 подается газовая смесь через систему газоснабжения 4. 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. Углеродный наноматериал осаждается на внутренних стенках стакана осаждения. После образования слоя оптимальной толщины включается электродвигатель 9, который приводит поршень-щетку 7 в возвратно-поступательные движения и счищает образовавшийся углеродный наноматериал, который попадает в нижнюю часть 10 стакана 6. После процесса очистки электродвигатель 9 выключается, а синтез углеродного наноматериала продолжается. Температура газового потока и стенок стакана 6 измеряется термопарами 11. 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 полной автоматизации процесса сбора углеродного наноматериала и исключающая процессы остановки синтеза. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3