Устройство для получения фуллеренов
Номер патента: U 80
Опубликовано: 30.12.1999
Авторы: Шпилевский Эдуард Михайлович, Дрозд Александр Сергеевич, Стельмах Вячеслав Фомич, Матюшков Владимир Егорович, Самарин Игорь Альбертович, Адашкевич Сергей Владимирович, Войтик Кирилл Владимирович
Текст
(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Устройство для получения фуллеренов, содержащее электрические контакты для углеродных электродов, блок охлаждения и блок перемещения электрода, источник тока с измерителем режима питания, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит датчики степени деструкции электродов, блок управления степенью деструкции и блок перемещения второго электрода, причм входные клеммы блока управления соединены соответственно с выходными клеммами датчика степени деструкции и измерителя режима питания, а выходные клеммы блока управления соединены с входными клеммами блоков охлаждения, блоков перемещения электродов и источника тока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик степени деструкции электрода выполнен в виде датчика температуры, расположенного между блоком охлаждения и деструктируемым концом электрода. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик степени деструкции электрода выполнен в виде координатно-чувствительного фотопримника, расположенного напротив деструктируемого конца электрода. Предлагаемое техническое решение относится к технологии получения новых углеродных материалов и 80 может использоваться при изготовлении оборудования для промышленного производства фуллеренов и ультрадисперсных углеродных кластеров. Известны устройства для получения фуллеренов, использующие физические принципы диспергирования исходного углеродного сырья с помощью лазерного луча 1, плазмотрона 2 в атмосфере инертных газов. Основными недостатками устройств такого типа являются значительные энергозатраты на единицу массы конечных продуктов и низкая производительность, обусловленные, главным образом, непрямым преобразованием подводимой электроэнергии в энергию деструкции исходного сырья. Известно также устройство для получения фуллеренов, использующее способы прямого преобразования электроэнергии в энергию необходимой деструкции углеродного сырья с помощью дугового разряда между углеродными электродами 3. Устройство содержит источник постоянного тока с измерителем режима питания, блок электрических контактов для углеродных электродов, блок охлаждения, блок перемещения диспергируемого углеродного электрода (анода) и блок газоснабжения. Такое устройство по сравнения с 1, 2,отличается улучшенными энергетическими характеристиками, однако имеет сравнительно невысокий выход конечных углеродных продуктов - фуллеренов и ультрадисперсных кластеров. Задачей предлагаемого устройства является повышение выхода полезного продукта при пониженных энергозатратах. Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее электрические контакты для электродов,блок охлаждения, блок перемещения электрода, источник тока с измерителем режима питания, дополнительно введены датчики степени деструкции, блок управления степенью деструкции, блок перемещения второго электрода, причм входные клеммы блока управления соединены соответственно с выходными клеммами датчика степени деструкции и измерителя режима питания, а выходные клеммы блока управления соединены со входными клеммами блоков охлаждения, блоков перемещения электродов и источника тока. В одном варианте устройства датчик степени деструкции выполнен в виде датчика температуры, расположенного между блоком охлаждения и деструктируемым концом электрода. В другом варианте устройства датчик степени деструкции электрода выполнен в виде координатно-чувствительного фотопримника, расположенного напротив деструктируемого конца электрода. На фигуре представлена блок-схема устройства для получения фуллеренов. Устройство для получения фуллеренов (фиг.) содержит углеродные электроды 1 и 2, электрическую дугу 3,электрические контакты 4 и 5, источник тока 6 с измерителем режима питания, блоки охлаждения электродов 7 и 8, блоки перемещения электродов 9 и 10, датчики степени деструкции 11 и 12, блок управления 13 степенью деструкции электродов. Причм входные клеммы блока управления 13 соединены соответственно с выходными клеммами датчиков степени деструкции 11, 12 и измерителя режима питания источника тока 6,выходные клеммы блока управления 13 соединены с входными клеммами блоков охлаждения электродов 7,8, блоков перемещения электродов 9, 10 и источника тока 6, а выходные клеммы источника тока 6 соединены с электрическими контактами 4, 5 и блоком управления 13 степенью деструкции электродов. Новыми дополнительными элементами устройства по сравнению с прототипом являются элементы 10-13,а новыми связями - все связи между блоком управления 13 степенью деструкции и остальными элементами,а также связь между элементами 2 и 10. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Углеродные электроды 1, 2, являющиеся исходным сырьем, вставляются в электрические контакты 4, 5,электрический ток от источника 6 через электрические контакты 4, 5 податся на углеродные электроды 1, 2,между торцами которых поджигается электрическая дуга 3 известными способами 1-3, например способом сведения и разведения электродов. Из атомно-кластерных углеродных продуктов электродуговой деструкции электродов в атмосфере инертного газа в устройстве синтезируются молекулы фуллеренов (преимущественно С 60) и сопутствующие процессу синтеза неупорядоченные ультрадисперсные частицы сажи. Межэлектродный зазор, необходимый для протекания синтеза, непрерывно поддерживается на заданном уровне за счт встречного передвижения электродов с помощью блоков перемещения электродов 9 и 10 и блока управления 13. Предлагаемое устройство, существенно отличающееся от известных наличием дополнительных элементов и связей, может работать в новых эффективных режимах а) в режиме дуги постоянного тока с поочередной деструкцией каждого электрода б) в режиме с дугой переменного тока с одновременной деструкцией обоих электродов в) в режиме с дугой переменного тока с поочередной деструкцией каждого электрода. Режим а реализуется благодаря тому, что постоянный ток от источника тока 6, поступающий на углеродные электроды 1 и 2 через электрические контакты 4 и 5, в течение заданного ограниченного времени имеет полярность, соответствующую тому, что углеродный электрод 1 является анодом, а углеродный электрод 2 катодом. Затем ток с помощью блока управления 13 переключается на противоположный так, что анодом становится углеродный электрод 2, а катодом - углеродный электрод 1. За короткое время переключения полярности тока гашение дуги не происходит и весь углеродный материал обоих электродов расходуется на синтез полезных продуктов (фуллеренов и ультрадисперсных кластеров). Более того, грибовидный нарост на катоде также не может образоваться из-за ограниченности времени 2 80 на его формирование и последующей деструкции его начальной фазы. Вместе с тем существенно, что в этом режиме не происходит преимущественного снижения степени деструкции одного электрода и повышенной деструкции другого электрода в широком диапазоне токов источника тока 6, в том числе и на участке с образной вольтамперной характеристикой (в области отрицательного дифференциального сопротивления дуги). Это принципиальное обстоятельство из-за наличия внутренней положительной обратной связи приводило бы к тому, что более холодный электрод подвергался бы меньшей деструкции, что в свою очередь приводило бы к его еще большему охлаждению и т.д. В предлагаемом устройстве такая несимметрия степени деструкции исключается благодаря тому, что сигнал, снимаемый с помощью датчиков степени деструкции 11,12 и блока управления 13, согласованным образом управляет температурой блоков охлаждения электродов 7, 8, поддерживая е одинаковой на обоих электродах, чем и обеспечивается необходимая равномерность их деструкции. В одном варианте датчик степени деструкции в виде датчика температуры расположен у деструктируемого конца электрода и контролирует температуру этого электрода, которая тем выше, чем интенсивней проходит его деструкция. В другом варианте датчик в виде координатно-чувствительного фотопримника контролирует непосредственно укорочение (деструкцию) раскаленного конца электрода. В результате этого электрический сигнал фотопримника определяется степенью деструкции данного электрода. Кроме того, следует отметить, что, благодаря наличию двух блоков перемещения электрода 9 и 10 и двух датчиков 11 и 12, блок управления 13 обеспечивает согласованную подачу в зону деструкции каждого электрода 1, 2. Заданное оптимальное расстояние между концами электродов 1, 2 в свою очередь обеспечивается блоком 13 по критерию изменения режима источника 6, например по соответствующему повышению (снижению) напряжения на электродах при увеличении (уменьшении) межэлектродного зазора. Итак, за счт введения вышеназванных дополнительных элементов и связей предлагаемое устройство в режиме а обеспечивает равномерную и устойчивую деструкцию углеродного материала на концах обоих электродов и исключает формирование грибовидного образования на них. Вместе с тем существенно и то,что в предлагаемом устройстве появляется возможность оптимизировать значение тока дуги, в том числе и в области -образной характеристики. Благодаря этому обеспечиваются оптимальные значения температуры для полезной деструкции концов электродов при пониженной температуре дуги. Снижение температуры дуги не только выгодно с точки зрения экономии энергозатрат в устройстве в целом, но и приводит к существенному уменьшению интенсивности вредного ультрафиолетового излучения из области дуги. (Авторами установлено, что это излучение приводит к увеличению количества молекул фуллеренов в триплетных состояниях и соответствующему увеличению степени необратимой сорбции молекул фуллеренов к углеродным кластерам, т. е., в конечном счте, к снижению выхода фуллеренов из фуллеренсодержащей сажи при их последующей экстракции. Этот недостаток преодолен в данном устройстве.) Предлагаемое устройство позволяет реализовать также режим б с дугой переменного тока с одновременной деструкцией каждого электрода. В этом режиме в источнике тока 6, в отличие от известных устройств,не используется выпрямитель. Катодный и анодный электроды меняются своими функциями в течение каждого полупериода переменного тока, а равномерность полезной деструкции обоих электродов (без формирования грибовидного нароста) обеспечивается вышеуказанными дополнительными элементами и связями так же, как и в описанном режиме а. Режим в с дугой переменного тока с поочердной деструкцией каждого электрода является комбинацией режимов а и б и может реализоваться на основе используемых в данном устройстве новых элементов и связей с целью дополнительной оптимизации энергозатрат и выхода фуллеренов. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает существенное повышение выхода полезного продукта при пониженных энергозатратах, что позволяет использовать его в качестве основы для промышленного получения новых углеродных материалов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
МПК / Метки
МПК: B01J 19/00
Метки: фуллеренов, устройство, получения
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/3-u80-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-fullerenov.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Устройство для получения фуллеренов</a>
Предыдущий патент: Устройство для получения фуллеренов и сепаратор углеродных продуктов
Следующий патент: Устройство для экстракции растворимых веществ
Случайный патент: Устройство для уничтожения вредных веществ