Установка для синтеза углеродного наноматериала

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕРОДНОГО НАНОМАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Турки Сауд Мохаммед АльСаудМохаммед А.А.Бин ХуссаинЖданок Сергей АлександровичКрауклис Андрей ВладимировичСамцов Петр Петрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Установка для синтеза углеродного наноматериала, содержащая плазмохимический реактор, представляющий собой кварцевую трубку, в которой размещен катод, подключенный к источнику энергии, и анод с системой газоснабжения и центральным отверстием,связывающим его с камерой осаждения, в которой коаксиально установлено центральное тело, причем камера осаждения и центральное тело выполнены коническими, а центральное отверстие анода в виде усеченного конуса является продолжением камеры осаждения,а также термопары, расположенные на внутренней конусной поверхности камеры осаждения и на наружной конической поверхности центрального тела, отличающаяся тем, что 72382011.04.30 камера осаждения снабжена системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала и состоит из счищающих лопаток, расположенных в зазоре между камерой осаждения и поверхностью центрального тела, при этом лопатки закреплены на коромысле, связанном с приводом вращения, а коромысло снабжено пятой, контактирующей с копиром кольцевой формы, которые установлены на кронштейне, жестко связанном с камерой осаждения. 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, выбранная в качестве прототипа. Установка содержит 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. Камера осаждения и центральное тело выполнены коническими, соответственно центральное отверстие анода выполнено в виде усеченного конуса и является продолжением камеры осаждения, а термопары установлены на внутренней конусной поверхности камеры осаждения и на наружной конической поверхности центрального тела. 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. После обработки разрядом рабочей газовой смеси, синтезированный углеродный наноматериал, вместе с потоком газа направляется в камеру осаждения через отверстие в аноде. Образовавшийся углеродный наноматериал осаждается на стенках камеры и центрального тела, а отработанный горячие газы вбрасывается наружу. Когда слой полученного наноматериала достигает определенной толщины, скорость образования углеродного наноматериала снижается. Появляется необходимость траты времени на сбор полученного углеродного наноматериала, включающей такие операции, как охлаждение установки, разборка-сборка камеры осаждения и удаление углеродного наноматериала. Таким образом, недостатком указанной установки является ее низкая производительность. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности установки за счет осуществления автоматического сбора синтезированного наноматериала. Задача решается следующим образом. Известная установка для синтеза углеродного наноматериала, содержит плазмохимический реактор, представляющий собой кварцевую трубку, в которой помещен катод, подключенный к источнику энергии и анод с системой газоснабжения и центральным отверстием, связывающим его с камерой осаждения, в которой коаксиально установлено центральное тело, причем камера осаждения и центральное тело выполнены коническими,а центральное отверстие анода в виде усеченного конуса является продолжением камеры осаждения. Установка содержит также термопары, расположенные на внутренней конусной поверхности камеры осаждения и на наружной конической поверхности центрального 2 72382011.04.30 тела. Согласно предлагаемому техническому решению, камера осаждения снабжена системой автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, которая состоит из счищающих лопаток, расположенных в зазоре между камерой осаждения и поверхностью центрального тела, при этом лопатки закреплены на коромысле, связанном с приводом вращения, а коромысло снабжено пятой, контактирующей с копиром кольцевой формы, которые установлены на кронштейне, жестко связанным с камерой осаждения. Благодаря такой конструкции системы автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала, обеспечивающей полное счищение получаемого углеродного наноматериала с поверхностей осаждения, производительность установки значительно повышается. На фигуре изображен общий вид схемы предлагаемой установки. Установка содержит плазмохимический реактор, который включает кварцевую трубку 1, в верхней части которой помещен катод 2, подключенный к источнику энергии 3. В нижней части кварцевой трубки 1 расположен анод 4, имеющий форму диска с центральным отверстием и элементы системы газоснабжения 5. Камера 6 осаждения углеродного наноматериала и коаксиально установленное центральное тело 7 имеют коническую форму. Элементы системы автоматического сбора получаемого углеродного наноматериала включают в себя счищающие лопатки 8, установленные в зазоре между центральным телом 7 и стенкой камеры 6, которые закреплены на вращающемся от привода 9 коромысле 10. Контроль температуры осуществляется с помощью термопар 11. Кронштейн 12, жестко связан с коромыслом 10 и корпусом 6 камеры осаждения, а на коромысле 10 неподвижно установлен копир 13 кольцевой формы и опорная пята 14, контактирующая с копиром 13. Установка работает следующим образом. В кварцевую трубку 1 подается газовая смесь через систему газоснабжения 5. Зажигание и дальнейшее горение разряда обеспечивает источник энергии 3. Далее происходит обработка рабочей газовой смеси плазмой высоковольтного разряда в зоне между катодом 2 и анодом 4. После обработки разрядом рабочей газовой смеси, синтезированный углеродный наноматериал вместе с потоком газа направляется в камеру 6 осаждения углеродного наноматериала через отверстие в аноде 4. Далее происходит осаждение углеродного наноматериала на стенках камеры 6 и поверхности центрального тела 7, после чего его счищают лопатками 8, закрепленными на вращающемся от привода 9 коромысле 10. При вращении коромысла 10 опорная пята 14 контактирует с копиром 13, что обеспечивает прижим лопаток 8 то к стенке камеры 6, то к поверхности центрального тела 7. После этого счищенный углеродный наноматериал поступает в накопительный бункер (на чертеже не показан), а отработанные горячие газы выбрасываются наружу. Таким образом, предлагаемая конструкция установки с системой автоматического сбора получаемого наноматериала не требует затрат времени на ее охлаждение, разборкусборку камеры осаждения для удаления углеродного наноматериала, что значительно повышает производительность предлагаемой установки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3