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 Лозников Анатолий Иванович(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, катода, подключенного к источнику энергии,системы газоснабжения, термопар и анода, связанного с камерой осаждения с коаксиально установленным центральным телом, отличающаяся тем, что система газоснабжения снабжена устройством дополнительной подачи углеродсодержащего газа в камеру осаждения, выполненным в виде соплового блока, расположенного между анодом и камерой осаждения, причем сопловой блок связан трубопроводом с системой управления расходом углеродсодержащего газа.(56) 1. Патент РБ 2876, МПК В 82 В 3/00, 2005. 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,применяемых в машиностроении, приборостроении, химической промышленности, авиастроении, электронике, электротехнике и других отраслях народного хозяйства. Известна установка для синтеза углеродного наноматериала 1 (прототип), содержащая плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, катода, подключенного к источнику энергии, элементов системы газоснабжения, термопар и анода с центральным отверстием, связанного с камерой осаждения в виде цилиндрического стакана с установленным в нем металлическим стержнем (коаксиально установленным центральным телом). Указанная установка работает следующим образом. В кварцевую трубку через систему газоснабжения, выполненную в аноде, подается рабочая газовая смесь. Источник энергии обеспечивает зажигание и дальнейшее горение разряда. Обработка рабочей газовой смеси происходит в зоне между катодом и анодом плазмой высоковольтного разряда. После обработки разрядом рабочей газовой смеси синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа через анодное отверстие направляется в камеру осаждения. Образовавшийся углеродный наноматериал осаждается на стенках камеры и центрального тела. Однако, кроме осаждения углеродного наноматериала на стенках камеры осаждения и центрального тела, происходит осаждение наноматериала и на стенках анодного отверстия, приводящее к его зарастанию. Повышение давления в зоне высоковольтного разряда между катодом и анодом из-за зарастания анодного отверстия приводит к погашению разряда. Появляется необходимость затраты времени на очистку анодного отверстия, включающего такие операции, как охлаждение установки и разборка-сборка. Таким образом, производительность данной установки для синтеза углеродного наноматериала недостаточно высока. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала путем исключения процесса остановки синтеза для очистки анодного отверстия. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, катода, подключенного к источнику энергии, системы газоснабжения, термопар и анода,связанного с камерой осаждения с коаксиально установленным в ней центральным телом. Согласно предлагаемому техническому решению, система подачи газа снабжена устройством дополнительной подачи углеродсодержащего газа в камеру осаждения, выполненным в виде соплового блока, расположенного между анодом и камерой осаждения,причем сопловой блок связан трубопроводом с системой управления расходом углеродсодержащего газа. На фигуре показан общий вид схемы предлагаемой установки. Установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки 1, в которой помещены катод 2, связанный с источником энергии 3, и анод 4 с центральным отверстием, связанный с камерой осаждения 5, и систему газоснабжения 6. Система газоснабжения 6 снабжена устройством дополнительной подачи углеродсодержащего газа, выполненным в виде соплового блока 9, расположенного между анодом 4 и камерой осаждения 5. Сопловой блок 9 трубопроводом 10 2 52092009.04.30 связан с блоком управления расходом 11 углеродсодержащего газа и снабжен соплами 12,позволяющими осуществлять подачу углеродсодержащего газа непосредственно в камеру осаждения 5, в которой коаксиально установлено центральное тело 7. Термопары 8 расположены как на поверхности центрального тела 7, так и на внутренней стенке камеры осаждения 5 и обеспечивают постоянный контроль температуры. Установка работает следующим образом. Плазмообразующий газ системой газоснабжения 6 подается в кварцевую трубку 1. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 3. Далее происходит обработка газа плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 2 и анодом 4, после чего плазмообразующий газ через отверстие в аноде 4 направляется в камеру осаждения 5. Поступающий по трубопроводу 10 углеродсодержащий газ через сопла 12 соплового блока 9 подается в камеру осаждения 5 и смешивается с плазмообразующимгазом. В результате смешения высокотемпературного плазмообразующего газа с углеродсодержащим газом образующийся углеродный наноматериал осаждается непосредственно только на внутренних стенках камеры осаждения 5 и на центральном теле 7. С помощью системы управления расходом 11 подбирают расход углеродсодержащего газа, обеспечивающий максимальное образование углеродного наноматериала. Температуры поверхности камеры осаждения 5 и центрального тела 7 постоянно контролируют термопарами 8. Таким образом, обеспечивая постоянное регулирование подачи углеродсодержащего газа в камеру осаждения, производительность установки повышается, так как исключается процесс остановки синтеза углеродного наноматериала из-за необходимости очистки отверстия анода установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3