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, в которой размещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод с расположенной в нем системой газоснабжения и центральным отверстием, связывающим его с камерой осаждения с коаксиально установленным в ней центральным телом, термопары, отличающаяся тем, что камера осаждения и центральное тело выполнены коническими, причем центральное отверстие анода выполнено в виде усеченного конуса, при этом отверстие анода является продолжением камеры осаждения,а термопары установлены на внутренней конусной поверхности камеры осаждения и наружной конической поверхности центрального тела.(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, в верхней части которой размещен катод, связанный с источником энергии, в нижней - анод, имеющий форму диска с центральным отверстием и с расположенной в нем системой газоснабжения. Анод связан с камерой осаждения в виде цилиндрического стакана с установленным в нем металлическим стержнем (коаксиально установленным центральным телом) со сферическим концом у анодного отверстия. Термопары установлены как на наружной стенке стакана,так и на поверхности коаксиально установленного центрального тела. 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 по газовому каналу направляется в камеру осаждения. Образовавшийся углеродный наноматериал осаждается на стенках камеры осаждения и на поверхности центрального тела. Однако, кроме осаждения углеродного наноматериала на стенках камеры и поверхности центрального тела, происходит осаждение наноматериала на поверхности анода, примыкающей к камере осаждения, в анодном отверстии, а также на сферической части центрального тела, что приводит к зарастанию газового канала между анодом и сферической частью центрального тела. С ростом углеродного наноматериала на стенках анодного отверстия и сферической части центрального тела изменяются параметры газового потока,что приводит к повышению давления в зоне высоковольтного разряда между катодом и анодом и к погашению разряда. В конечном итоге появляется необходимость очистки стенок анодного отверстия, поверхности анода, примыкающей к камере осаждения, сферической части центрального тела. Для этого необходимы специальная остановка синтеза и затраты времени на охлаждение установки, разборку-сборку, очистку газового канала, что снижает производительность установки. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки для синтеза углеродного наноматериала путем исключения процесса специальной остановки синтеза для очистки анодного отверстия, поверхности анода, примыкающей к камере осаждения, и сферической части центрального тела. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки, в которой размещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод, связанный с камерой осаждения с коаксиально установленным в ней центральным телом. А также содержит систему газоснабжения и термопары. Согласно предлагаемому техническому решению камера осаждения и центральное тело выполнены коническими, причем центральное отверстие анода выполнено в виде усеченного конуса, при этом отверстие анода является продолжением камеры осаждения, а термопары установлены на внутренней конусной поверхности камеры осаждения и наружной конической поверхности центрального тела. 2 53222009.06.30 На фигуре показан общий вид схемы предлагаемой установки. Установка для синтеза углеродного наноматериала содержит плазмохимический реактор, состоящий из кварцевой трубки 1, в которой помещен катод 2, связанный с источником энергии 3, и анод 4 с центральным отверстием 5, выполненным в виде усеченного конуса, являющегося продолжением камеры осаждения 6, в которой коаксиально установлено коническое центральное тело 7. Система газоснабжения 8, расположенная в аноде 4, позволяет осуществлять подачу рабочего газа в зону высоковольтного разряда. Термопары 9 расположены как на конической поверхности центрального тела 7, так и на внутренней конической поверхности камеры осаждения 6 и обеспечивают постоянный контроль температуры. Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 через систему газоснабжения 8, выполненную в аноде 4, подается рабочая газовая смесь. Источник энергии 3 обеспечивает зажигание и дальнейшее горение разряда. Обработка рабочей газовой смеси происходит в зоне между катодом 2 и анодом 4 плазмой высоковольтного разряда. После обработки разрядом рабочей газовой смеси синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа через анодное отверстие 5 направляется в камеру осаждения 6. Образовавшийся углеродный наноматериал осаждается на стенках камеры осаждения 6 и центрального тела 7. Поскольку анодное отверстие 5 является продолжением камеры осаждения 6, происходит равномерный рост углеродного наноматериала на поверхностях камеры осаждения 6, анодного отверстия 5 и центрального тела 7, что в совокупности с конической формой центрального тела 7 не приводит к изменению параметров газового потока. При таком исполнении анода 4,камеры осаждения 6 и центрального тела 7 не требуется специальной остановки процесса синтеза углеродного наноматериала для очистки газового канала между анодом 4 и камерой осаждения 6. Таким образом, предлагаемая установка более эффективна, так как за счет исключения специальной остановки процесса синтеза углеродного наноматериала для очистки газового канала между анодом и центральным телом производительность ее значительно повышается. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3