專利名稱：用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備的制作方法
用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，且在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明 用于在連續(xù)成批處理工藝中形成碳納米管。術(shù)語(yǔ)納米技術(shù)通常用于指稱尺寸在1. 0 nm與100. Onm之間的物體。 自從在40多年前提出納米技術(shù)的理論以來，納米技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展最 為迅速的科學(xué)領(lǐng)域之一。納米結(jié)構(gòu)的成批生產(chǎn)對(duì)于將其整合在日常用品中而言是很關(guān)鍵的。 最近有報(bào)告提出了多種用于成批生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。這些方法 中的絕大多數(shù)方法利用等離子體或非常熱的爐具來生產(chǎn)原子碳蒸氣，所 述原子碳蒸氣隨后被冷凝到適當(dāng)?shù)幕迳?。這使得形成了包括納米管的 碳納米結(jié)構(gòu)陣列。如杲在生產(chǎn)中提供的是原子金屬，則主要形成的是單 壁納米管，且在沒有原子金屬的情況下通常形成的是多層碳納米管。連同納米管一起還產(chǎn)生了較寬范圍的顆粒尺寸。這些顆粒中的一些 顆粒將總是原子碳及其簇群，所述原子碳及其簇群由于對(duì)環(huán)境或人類健 康產(chǎn)生的未知影響而成為了一些爭(zhēng)論的焦點(diǎn)且因此所述原子碳及其簇 群向大氣中的釋放成為人們所關(guān)注的問題。目前認(rèn)為這些顆?？赡芤?于通過皮膚被吸收或者被吸入、可能導(dǎo)致出現(xiàn)癌變和/或可能會(huì)千擾主 要器官如心臟和肺。在第一方面中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法述殼體內(nèi)形:氣體流；將含氣氣體^輸進(jìn)入所述殼體內(nèi)；在所述殼體內(nèi)， 實(shí)施以下步驟由所述氣體流內(nèi)包含的所述組分形成納米結(jié)構(gòu)、使所述 因此形成的納米結(jié)構(gòu)與所述氣體流分離開來以便隨后收集所述納米結(jié) 構(gòu)、并且通過4吏所述納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物與所述含氣氣體進(jìn)行反 應(yīng)而從所述氣體流中去除所述副產(chǎn)物；并且從所述殼體中排出所述氣體流。所述方法因此提供了一種用于以簡(jiǎn)單且環(huán)境安全的方式批量生產(chǎn) 納米結(jié)構(gòu)如碳納米管的新的使能技術(shù)，所述技術(shù)可利用低成本電源和真 空部件。該生產(chǎn)工藝的各方面可被設(shè)置在簡(jiǎn)單且緊湊的殼體中，由此限 制了使用者對(duì)于具有潛在危險(xiǎn)性的副產(chǎn)物如碳納米顆粒的暴露。所述納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選在相應(yīng)的中空陰極反應(yīng)器中形成，且在相應(yīng)的中 空陰極反應(yīng)器中優(yōu)選從所述氣體流中去除所述副產(chǎn)物。因此，在第二方面中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟 使包含所述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體到達(dá)第 一 中空陰極反應(yīng)器以便形成 所述納米結(jié)抅；使所述納米結(jié)構(gòu)與來自所述第 一中空陰極反應(yīng)器的氣體 排出物分離開來以便收集所述納米結(jié)構(gòu)；并且隨后通過使所迷排出氣體 與含氧氣體一起通過第二中空陰極反應(yīng)器而從所述排出氣體中去除所 述納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物?？赏ㄟ^低成本電源來為中空陰極反應(yīng)提供能量。所述低成本電源通 常具有較小的尺寸并安全地在低頻下運(yùn)行。在中空陰極反應(yīng)器中獲得的 氣體溫度足以用于進(jìn)行在生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)以及從排出氣體中去除碳納米 顆粒的過程中發(fā)生的氣體反應(yīng)。該方法中的對(duì)中空陰極材料和工藝氣體的選擇的多樣性提供了允 許裝置的使用者生產(chǎn)出不同類型和不同質(zhì)量的碳納米結(jié)構(gòu)的陣列的優(yōu) 點(diǎn)。所述第一中空陰極反應(yīng)器優(yōu)選包括位于固體導(dǎo)電本體中的平行的 孔隙陣列，所迷固體導(dǎo)電本體優(yōu)選由鋁、銅、不銹鋼、鵠和石墨中的一 種形成，其中由到達(dá)所述固體導(dǎo)電本體的氣體產(chǎn)生等離子體。包含金屬的氣體可通過所述第一中空陰極反應(yīng)器以便形成金屬納 米結(jié)構(gòu)，其中所迷氣體中包含的金屬有利地為Fe、 Ni、 Mo、 Co、 Pt和 Pd。所述金屬納米結(jié)構(gòu)提供了表面，碳納米結(jié)構(gòu)可從所述表面生長(zhǎng)出來。 所述包含金屬的氣體可與可受到電子激發(fā)的氣體如氬、氦和氮一起通過 所迷第 一中空陰極反應(yīng)器，所述可受到電子激發(fā)的氣體可啟動(dòng)并促進(jìn)金 屬納米結(jié)構(gòu)的形成。另一種可選方式是或此外，包括例如乙炔、甲烷、乙烷、 一氣化碳、 二氧化碳、甲醇、乙醇、四氟甲烷和六氟乙烷中的至少一種的含碳?xì)怏w 可通過所述第 一中空陰極反應(yīng)器以便形成碳納米結(jié)構(gòu)。有利的方式是，使所述含碳?xì)怏w與可受到電子激發(fā)的氣體如氬、氦和氮中的至少一種一起通過所述第 一 中空陰極反應(yīng)器。優(yōu)選利用多個(gè)所迷第一中空陰極反應(yīng)器形成所述納米結(jié)構(gòu)。 可利用單個(gè)靜電沉降器或處于相同或不同電壓下的靜電沉降器陣列使所述納米結(jié)抅與所述氣體分離開來，所述單個(gè)靜電沉降器或處于相同或不同電壓下的靜電沉降器陣列有利地能夠收集所有或多種納米結(jié)動(dòng)的方向而增力口。所述納米結(jié)構(gòu)還可通過被收集在基板上而與所述氣體分離開來?？?例如利用液氮而將所述基板冷卻至低于室溫的溫度或在存在含氣氣體 如氡、空氣、乙醇、甲醇、過氣化氫和臭氧中的至少一種的情況下將所 述基板加熱至高于室溫的溫度。這有利地去除了所不希望的反應(yīng)副產(chǎn) 物，所述不希望的反應(yīng)副產(chǎn)物也與來自所述納米結(jié)構(gòu)形成過程的氣體分 離開來?；宓氖褂糜欣厥沟媚軌蛲ㄟ^利用例如負(fù)栽閉鎖裝置(load lock)實(shí)現(xiàn)基板隔離而由此去除收集到的所述納米結(jié)構(gòu)。所述第二中空陰極反應(yīng)器優(yōu)選是位于固體導(dǎo)電本體中的平行的孔 隙陣列，所述固體導(dǎo)電本體優(yōu)選由與所述第一中空陰極反應(yīng)器相同的材 料形成，其中由到達(dá)所述固體導(dǎo)電本體的氣體產(chǎn)生等離子體。含氣氣體 如氣、空氣、乙醇、甲醇、過氣化氫和臭氧優(yōu)選與可受到電子激發(fā)的氣 體如氬、氮和氦中的 一種一起被優(yōu)選供應(yīng)至所述第二中空陰極反應(yīng)器。在第三方面中，本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所迷設(shè)備在所迷殼體內(nèi)形成氣體流的器具和用于接收含氣氣;的器具,、所迷殼體 包含用于由所述氣體流內(nèi)包含的所述組分形成納米結(jié)構(gòu)的器具、用于使 所述因此形成的納米結(jié)構(gòu)與所述氣體流分離開來以便隨后收集所述納 米結(jié)構(gòu)的器具、和用于通過使所述納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物與所述含 氣氣體進(jìn)行反應(yīng)而從所述氣體流中去除所述副產(chǎn)物的器具，所述殼體進(jìn) 一步包括用于從所述殼體中排出所述氣體流的器具。在第四方面中，本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所迷設(shè)備 包括第 一中空陰極反應(yīng)器、用于將包含所述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體供應(yīng) 至所述第 一 中空陰極反應(yīng)器以便形成所述納米結(jié)構(gòu)的器具、用于使所述納米結(jié)構(gòu)與來自所述第 一 中空陰極反應(yīng)器的氣體排出物分離開來以便 收集所述納米結(jié)構(gòu)的器具、用于隨后接收所述排出氣體的第二中空陰極 反應(yīng)器、和用于將含氧氣體供應(yīng)至所述第二中空陰極反應(yīng)器以便從所述 排出氣體中去除納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物的器具。上面結(jié)合本發(fā)明的方法方面描述的4支術(shù)特征同等地可應(yīng)用于設(shè)備 方面且反之亦然。下面，通過實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選特征進(jìn)行描述，其中

圖1示出了用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備的總體示意圖；圖2示出了用于形成納米結(jié)構(gòu)的裝置的第一實(shí)施例；圖3示出了用于形成納米結(jié)構(gòu)的裝置的第二實(shí)施例；圖4示出了用于形成納米結(jié)構(gòu)的裝置的第三實(shí)施例；圖5示出了用于收集納米結(jié)構(gòu)的裝置的第一實(shí)施例；圖6示出了用于收集納米結(jié)構(gòu)的裝置的第二實(shí)施例；圖7示出了用于從氣體中去除來自納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物的裝置的第一實(shí)施例；和圖8示出了用于從氣體中去除來自納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物的裝置的第二實(shí)施例。圖1示意性地示出了一種用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備。該設(shè)備包括殼 體或本體2,在所述殼體或本體中設(shè)置了用于形成納米結(jié)構(gòu)的第一裝置 8、用于收集由第一裝置8形成的納米結(jié)構(gòu)的第二裝置10、和在氣體流 被排出本體2之前從氣體流中去除來自納米結(jié)構(gòu)的形成過程的反應(yīng)副產(chǎn) 物的第三裝置12。本體2包括用于接收用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的氣體的入口 4、 H和用于接收用于從氣體流中去除副產(chǎn)物的氣體的入口 16。入口 4 和14也可用于接收用于從氣體流中去除副產(chǎn)物的氣體。本體2還包括 用于將排出氣體從所述本體中朝向機(jī)械真空泵排出的排出口 6。圖2、圖3、圖4分別更詳細(xì)地示出了用于形成納米結(jié)構(gòu)的第一裝 置的各個(gè)實(shí)施例8a、 8b和8c。在圖2所示的第一實(shí)施例中，本體2包括大體上呈圓柱形的本體，所迷大體上呈圓柱形的本體具有與其大體上共軸地被布置的用于接收在本體2內(nèi)形成氣體流的氣體的第一形成裝置氣體入口 4。第一裝置8a 包括位于本體2內(nèi)的不導(dǎo)電內(nèi)殼20。內(nèi)殼20支承著大體上呈圓柱形的 導(dǎo)電塊體22。塊體22具有在其中形成的具有軸向取向的多個(gè)孔隙。內(nèi) 殼20還支承著大體上呈環(huán)形形狀的陽(yáng)極24。多個(gè)穿孔的陽(yáng)極點(diǎn)26沿塊 體22的近似于平的面的外周的方向從陽(yáng)極24延伸出來。這種陽(yáng)極點(diǎn)可 有助于在塊體22的孔隙中的每個(gè)孔隙中保持等離子體和中空陰極效應(yīng)。設(shè)置了電源28以便為塊體22提供電荷使所述塊體達(dá)到陰極(負(fù)) 電位且使陽(yáng)極24達(dá)到陽(yáng)極(正)電位。來自第一裝置8a的氣體出口在 圖2中被標(biāo)記為40,來自第一裝置8a的氣體流排出物從所述氣體出口 被傳輸至第二裝置10。在圖2所示的第一裝置8a的應(yīng)用中，包含金屬的化合物如茂金屬 (metalocene)、金屬海綿(metal sponge)、有機(jī)金屬化合物和金屬 卣化物中的至少一種的蒸氣通過第一形成裝置氣體入口 4和陽(yáng)極24被 連續(xù)地或周期性地傳輸至塊體22,其中包含金屬的化合物在等離子體中 被離解成金屬的原子形式。包含金屬的蒸氣可與可受到電子激發(fā)的氣體 如氮、氬和氦中的至少一種一起或與所述可受到電子激發(fā)的氣體如氮、 氬和氦中的至少一種相獨(dú)立地被傳輸至第一形成裝置氣體入口 4。包含金屬的蒸氣和可受到電子激發(fā)的氣體、含碳?xì)怏w如乙炔、甲烷、 乙烷、 一氣化碳、二氧化碳、曱醇、乙醇、四氟曱烷和六氟乙烷中的至 少一種以同時(shí)或相獨(dú)立的方式通過第一生產(chǎn)裝置氣體入口 4和陽(yáng)極24 被連續(xù)地或周期性地傳輸至塊體22,其中氣體在等離子體中被離解成原 子碳及其簇群。原子金屬與原子碳相結(jié)合從而促使在塊體22下游的氣 體流中、在塊體22的孔隙內(nèi)且在用于收集納米結(jié)構(gòu)的第二裝置12的表 面上形成單壁納米管連同其它碳納米結(jié)構(gòu)的陣列。含氧氣體如氧、空氣、乙醇、甲醇、過氣化氫、水和臭氧中的至少 一種可選地可通過第一裝置入口 4和陽(yáng)極24:故傳輸至塊體22,其中該 氣體被離解成氣自由基。其中形成的氣自由基可與在第一裝置8a中形 成的碳納米顆粒和在第二裝置10中形成的任何碳納米顆粒進(jìn)行反應(yīng)以 便從設(shè)備2中去除碳納米顆粒。圖3示出了第一裝置的第二實(shí)施例8b。在該第二實(shí)施例中，本體2 包括大體上呈圓柱形的本體，所述大體上呈圓柱形的本體具有與其大體上共軸地被布置的第一形成裝置氣體入口 4和用于將氣體大體上沿徑向 傳輸進(jìn)入本體內(nèi)的第二生產(chǎn)裝置氣體入口 14。內(nèi)殼20支承著兩個(gè)隔開 的大體上呈圓柱形的導(dǎo)電塊體22和34。正如第一實(shí)施例的塊體22中那 樣，塊體22、 34具有在其中形成的具有軸向取向的多個(gè)孔隙。環(huán)形絕 緣元件32被設(shè)置在塊體22與34之間以便在塊體22與34之間提供進(jìn) 一步的絕緣。如圖3所示，塊體22、 34被設(shè)置在第二形成裝置氣體入 口 14的每一側(cè)上。正如第一實(shí)施例中那樣，內(nèi)殼20支承著大體上呈環(huán)形形狀的陽(yáng)極 24。多個(gè)穿孔的陽(yáng)才及點(diǎn)26沿塊體22的近似于平的面的外周的方向從陽(yáng) 極24延伸出來。這種陽(yáng)極點(diǎn)可有助于在塊體22、 34的孔隙中的每個(gè)孔 隙中保持等離子體和中空陰極效應(yīng)。來自第一裝置8b的氣體出口在圖3 中被標(biāo)記為40，來自第一裝置80的氣體流排出物從所述氣體出口被傳 輸至第二裝置10。設(shè)置了電源28以便為塊體22提供電荷使該塊體達(dá)到陰極(負(fù))電 位且使陽(yáng)極24達(dá)到陽(yáng)極(正)電位。設(shè)置了相似的電源29以便為塊體 34提供電荷使該塊體達(dá)到陰極(負(fù))電位且使陽(yáng)極24達(dá)到陽(yáng)極(正) 電位。在圖3所示的裝置8b的使用中，正如第一實(shí)施例中那樣，包含金 屬的化合物的蒸氣通過第一形成裝置氣體入口 4和陽(yáng)極24被連續(xù)地或 周期性地傳輸至塊體22和34,其中包含金屬的化合物在等離子體中被 離解成金屬的原子形式。該蒸氣可與可受到電子激發(fā)的氣體一起或與所 述可受到電子激發(fā)的氣體相獨(dú)立地被傳輸至第一生產(chǎn)裝置氣體入口 4。包含金屬的蒸氣和可受到電子激發(fā)的氣體、含碳?xì)怏w以同時(shí)或相獨(dú) 立的方式通過第二生產(chǎn)裝置氣體入口 14被連續(xù)地或周期性地傳輸至塊 體34，其中氣體在等離子體中被離解成原子碳及其簇群。原子金屬與原 子碳可隨后結(jié)合從而促使在金屬塊體下游的氣體流中且在塊體22、 34 的孔隙內(nèi)形成單壁納米管連同其它碳納米結(jié)構(gòu)的陣列。含氣氣體可選地可通過第一生產(chǎn)裝置入口 4和陽(yáng)才及24被傳輸至塊 體22、 34并且通過第二生產(chǎn)裝置氣體入口 14被傳輸至塊體34，其中該 氣體被離解成氣自由基。其中形成的氡自由基可與在第一裝置8b中形 成的碳納米顆粒和在第二裝置10中形成的1壬何碳納米顆粒進(jìn)^于反應(yīng)以 便從設(shè)備2中去除碳納米顆粒。圖4示出了第一裝置的第三實(shí)施例8c。在該第三實(shí)施例中，裝置 8c的本體2包括兩個(gè)大體上正交的相連的圓柱形臂部3、 5。第一生產(chǎn) 裝置氣體入口 4與第一臂部3大體上共軸地被布置。第一臂部3包括不 導(dǎo)電內(nèi)殼20,所迷內(nèi)殼支承著大體上呈圓柱形的導(dǎo)電塊體22。塊體22 具有在其中形成的具有軸向取向的多個(gè)孔隙。內(nèi)殼20還支承著大體上 呈環(huán)形形狀的陽(yáng)才及24。多個(gè)穿孔的陽(yáng)極點(diǎn)26沿塊體22的近似于平的面 的外周的方向從陽(yáng)極24延伸出來。第二臂部5包括與其大體上共軸地被布置的第二生產(chǎn)裝置氣體入 口 14。第二臂部5還包括不導(dǎo)電內(nèi)殼20的一部分，所述內(nèi)殼的所述部 分支承著大體上呈圓柱形的導(dǎo)電塊體35。塊體35具有在其中形成的具 有軸向取向的多個(gè)孔隙。內(nèi)殼20還支承著第二臂部5內(nèi)的大體上呈環(huán) 形形狀的陽(yáng)極25。多個(gè)穿孔的陽(yáng)極點(diǎn)27沿塊體35的近似于平的面的外 周的方向從陽(yáng)極25延伸出來。來自第一裝置8c的氣體出口在圖4中被 標(biāo)記為復(fù)設(shè)置了電源28以便為塊體22提供電荷使該塊體達(dá)到陰極(負(fù))電 位且使陽(yáng)極24達(dá)到陽(yáng)極(正)電位。設(shè)置了相似的電源29以便為塊體 35提供電荷使該塊體達(dá)到陰極(負(fù))電位且使陽(yáng)極25達(dá)到陽(yáng)極(正) 電位。在使用中，包含金屬的化合物的蒸氣通過第一生產(chǎn)裝置氣體入口4 和陽(yáng)極24被連續(xù)地或周期性地傳輸至塊體22,其中包含金屬的化合物 在等離子體中被離解成金屬的原子形式。該包含金屬的蒸氣可與可受到電子激發(fā)的氣體一起或與所述可受到電子激發(fā)的氣體相獨(dú)立地被傳輸 至第一生產(chǎn)裝置氣體入口 4。包含金屬的蒸氣和可受到電子激發(fā)的氣體、 含碳?xì)怏w以同時(shí)或相獨(dú)立的方式通過第二生產(chǎn)裝置氣體入口 14和陽(yáng)極 25被連續(xù)地或周期性地傳輸至塊體35，其中氣體在等離子體中被離解 成原子碳及其簇群。原子金屬與原子碳隨后相結(jié)合從而促使在金屬塊體 下游的氣體流中、在塊體22、 35的孔隙內(nèi)且在第二裝置10的表面上形 成單壁納米管連同其它碳納米結(jié)構(gòu)的陣列以便收集因此形成的納米結(jié) 構(gòu)。正如上面結(jié)合第一裝置的第一實(shí)施例8a和第二實(shí)施例8b進(jìn)行討論 地，含氣氣體也可通過第一生產(chǎn)裝置入口 4和陽(yáng)才及24被傳輸至塊體22、 34，并且通過第二生產(chǎn)裝置氣體入口 14和陽(yáng)極25凈皮傳輸至塊體35,其中該氣體被離解成氧自由基以便與碳納米顆粒進(jìn)行反應(yīng)。在上述實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例中，來自第一裝置8的氣體流輸出物 在本體2內(nèi)被傳輸至第二裝置10以便收集所迷氣體流輸出物中包含的 納米結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將分別結(jié)合圖5和圖6對(duì)第二裝置的兩個(gè)實(shí)施例10a、 10b進(jìn)4于更詳細(xì)i也描述。在圖5所示的第一實(shí)施例中，裝置10a包括用于從第一裝置8中接 收包含納米結(jié)構(gòu)和來自納米結(jié)構(gòu)的形成過程的副產(chǎn)物如更小的納米顆 粒的氣體流的第一納米結(jié)構(gòu)收集裝置氣體入口 60。第二裝置10a包括位 于本體2內(nèi)的不導(dǎo)電內(nèi)殼50。內(nèi)殼50支承著第一靜電沉降器裝置52。 正如已知地，靜電沉降器裝置52包括以交替順序被支承在適當(dāng)?shù)臋M向 支承桿、絕緣體和隔件上以便形成靜電沉降器裝置52的收集部段的多 塊平行隔開的帶有高壓電荷的大體上呈矩形的收集器板54和接地板 56，且該順序中的每塊板具有與緊鄰的一塊或多塊板相對(duì)的極性。還已 知的是，致電離金屬絲58和延伸的接地板56a被設(shè)置在接近第一收集 裝置氣體入口 60的位置處以使得產(chǎn)生朝向延伸的接地板56a進(jìn)行延伸 的電暈電流，由此形成高濃度離子簾的致電離部段。來自內(nèi)殼50的氣 體出口在圖5中^皮標(biāo)記為65。在使用中，當(dāng)氣體流通過第一納米結(jié)構(gòu)收集裝置氣體入口 60進(jìn)入 裝置10a時(shí)，攜帶在所述氣體流中的納米結(jié)構(gòu)在進(jìn)入集中的離子簾內(nèi)時(shí) 被賦予電荷，且通過被吸到收集器板54的表面上而與氣體流分離開來， 所述收集器板提供了基板，可從設(shè)備2中去除所述基板以便收集位于其 上的納米結(jié)構(gòu)。包含在氣體流中的更小的納米顆粒并未被收集在收集器 板54上且因此通過了裝置10a。在圖6所示的第二實(shí)施例中，第二裝置10b包括用于從第一裝置8 中接收包含納米結(jié)構(gòu)和納米顆粒副產(chǎn)物的氣體流的第 一納米結(jié)構(gòu)收集 裝置氣體入口 60。正如第一實(shí)施例中那樣，第二裝置10b包括位于本體 2內(nèi)的不導(dǎo)電內(nèi)殼50。在該第二實(shí)施例中，內(nèi)殼50支承著大體上相同 的靜電沉降器裝置52'的陣列，每個(gè)靜電沉降器裝置與第一實(shí)施例的裝 置52相似。在第二實(shí)施例中，靜電沉降器裝置52'中的每個(gè)靜電沉降器 裝置中的收集器板54優(yōu)選沿氣體流動(dòng)的方向被設(shè)置在比前面的靜電沉 降器增加的電壓下。通過沿通過裝置10b的氣體流動(dòng)的方向形成增加的 電壓，使得能夠在相應(yīng)的收集器板54上分離具有不同尺寸的納米結(jié)構(gòu)，且更小的納米結(jié)構(gòu)被吸到下游的收集器板54上。在所示的實(shí)施例中， 示出了三個(gè)靜電沉降器裝置52'，但也可能利用多于或少于三個(gè)的靜電 沉降器裝置。來自內(nèi)殼50的氣體出口在圖6中^L標(biāo)記為65。在第二裝置10的上迷實(shí)施例中的任一實(shí)施例中，可例如利用圍繞 裝置10被傳輸?shù)囊旱獙?duì)收集器板5 4進(jìn)行冷卻以便促使納米結(jié)構(gòu)與氣體 流分離開來。根據(jù)納米結(jié)構(gòu)的成分，另一可選方式是，可通過例如利用 圍繞裝置1 0進(jìn)行延伸的加熱器來對(duì)收集器板54進(jìn)行加熱從而促使納米 結(jié)構(gòu)與氣體流分離開來。還可設(shè)置負(fù)栽閉鎖裝置(未示出)以便使收集 器板54及在其上收集的納米結(jié)構(gòu)與氣體流隔離開來。這允許使用者在 無需切斷真空密封件的情況下去除收集到的納米結(jié)構(gòu)且降低了暴露于具有潛在危害性的納米顆粒的風(fēng)險(xiǎn)。在上述實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例中，來自第二裝置10的氣體流輸出 物在本體2內(nèi)被傳輸至第三裝置12以便從氣體流中去除包含在其中的 任何納米顆粒副產(chǎn)物?，F(xiàn)在將分別結(jié)合圖7和圖8對(duì)第三裝置的兩個(gè)實(shí) 施例12a、 12b進(jìn)4于更詳細(xì)地描述。在如圖7所示的第一實(shí)施例中，第三裝置12a包括用于從第二裝置 10中接收氣體流的第一去除裝置氣體入口 90,和第二去除裝置氣體入 口 16,含氡氣體通過所述第二去除裝置氣體入口大體上沿徑向進(jìn)入本體 2內(nèi)。適當(dāng)?shù)暮瑲鈿怏w的實(shí)例包括氧、空氣、乙醇、甲醇、過氡化氫、水和臭氣中的一種或多種。與上述第一裝置8的實(shí)施例相似地，在該實(shí)施例中，第三裝置12a 包括位于本體2內(nèi)的不導(dǎo)電內(nèi)殼70。內(nèi)殼70支承著大體上呈圓柱形的 導(dǎo)電塊體76。塊體76具有在其中形成的具有軸向取向的多個(gè)孔隙。內(nèi) 殼70還支承著大體上呈環(huán)形形狀的陽(yáng)極80。多個(gè)穿孔的陽(yáng)極點(diǎn)82沿塊 體76的近似于平的面的外周的方向從陽(yáng)才及80延伸出來。這種陽(yáng)極點(diǎn)可 有助于在塊體76的孔隙中的每個(gè)孔隙中保持等離子體和中空陰極效應(yīng)。 設(shè)置了電源78以便為塊體76提供電荷使所述塊體達(dá)到陰極(負(fù))電位 且使陽(yáng)極80達(dá)到陽(yáng)極(正)電位。在使用中，包含副產(chǎn)物的氣體流被傳輸通過入口 90到達(dá)第三裝置 12a的金屬塊體76。通過入口 16進(jìn)入裝置12a的含氧氣體與包含來自 納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物的氣體流進(jìn)行混合?；旌系臍怏w流在形成于 塊體76中的等離子體中被離解，因此使得副產(chǎn)物與氣自由基進(jìn)行反應(yīng)從而形成一系列的碳的被氯化的形式如二氣化碳和一氧化碳，所述大量的碳的被氣化的形式與氣體流一起通過氣體出口 6從本體2中被排出并 到達(dá)機(jī)械真空泵。圖8所示的第二實(shí)施例12b與第一實(shí)施例相似。在該第二實(shí)施例中， 內(nèi)殼70支承著兩個(gè)隔開的大體上呈圓柱形的導(dǎo)電塊體74、 76。正如第 一實(shí)施例中那樣，金屬塊體74、 76具有在其中形成的具有軸向取向的 多個(gè)孔隙。環(huán)形絕緣元件72被設(shè)置在金屬塊體74與76之間以便在金 屬塊體74與76之間提供進(jìn)一步的絕緣。如圖8所示，金屬塊體74、 76 被設(shè)置在第二去除裝置氣體入口 16的每一側(cè)上。設(shè)置了電源78以便為 塊體74提供電荷使該塊體達(dá)到陰極(負(fù))電位且使陽(yáng)極80達(dá)到陽(yáng)極(正) 電位。設(shè)置了相似的電源78a以便為塊體76提供電荷使該塊體達(dá)到陰 極(負(fù))電位且使陽(yáng)極80達(dá)到陽(yáng)極(正)電位。上述第一裝置8、第二裝置IO和第三裝置12的實(shí)施例可在任意組 合的情況下被用于設(shè)備2中。例如，在設(shè)備2的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第 一裝置8是如圖3所示的第一裝置，第二裝置10是如圖6所示的第二 裝置，且第三裝置12是如圖8所示的第三裝置。在上述第一裝置8、第二裝置IO和第三裝置12的任意組合中，不 導(dǎo)電內(nèi)殼20、 50、 70可以是獨(dú)立的殼件或者貫穿設(shè)備2的連續(xù)殼件。
權(quán)利要求
1、一種生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟將包含所述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體傳輸至殼體以便在所述殼體內(nèi)形成氣體流；將含氧氣體傳輸進(jìn)入所述殼體內(nèi)；在所述殼體內(nèi)，實(shí)施以下步驟由所述氣體流內(nèi)包含的所述組分形成納米結(jié)構(gòu)、使所述因此形成的納米結(jié)構(gòu)與所述氣體流分離開來以便隨后收集所述納米結(jié)構(gòu)、并且通過使所述納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物與所述含氧氣體進(jìn)行反應(yīng)而從所述氣體流中去除所述副產(chǎn)物；并且從所述殼體中排出所述氣體流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一中空陰極反應(yīng)器中形 成所述納米結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所迷的方法，其中利用第二中空陰極反應(yīng)器從 所述氣體流中去除所迷副產(chǎn)物。
4、 一種生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟使包含所 述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體到達(dá)第 一 中空陰極反應(yīng)器以便形成所述納米 結(jié)構(gòu)；使所述納米結(jié)構(gòu)與來自所述第 一中空陰極反應(yīng)器的氣體排出物分 離開來以便收集所述納米結(jié)構(gòu)；并且隨后通過使所述排出氣體與含氣氣 體一起通過第二中空陰極反應(yīng)器而從所述排出氣體中去除所述納米結(jié) 構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所迷的方法，其中所迷第一中空 陰極反應(yīng)器包括位于固體導(dǎo)電本體中的平行的孔隙陣列，其中由到達(dá)所 述固體導(dǎo)電本體的氣體產(chǎn)生等離子體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述本體由鋁、銅、不銹鋼、 鵠和石墨中的一種形成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中使包含金屬的 氣體通過所述第 一 中空陰極反應(yīng)器以便形成金屬納米結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述金屬包括Fe、 Ni、 Mo、 Co、 Pt和Pd中的至少一種。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的方法，其中使所述包含金 屬的氣體與可受到電子激發(fā)的氣體一起通過所述第一中空陰極反應(yīng)器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述可受到電子激發(fā)的氣體 包括氬、氦和氮中的至少一種。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中使含碳?xì)怏w通過所述第一中空陰極反應(yīng)器以便形成碳納米結(jié)構(gòu)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述含碳?xì)怏w包括乙炔、 甲烷、乙烷、 一氧化碳、二氧化碳、甲醇、乙醇、四氟甲烷和六氟乙烷 中的至少 一種。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中使所述含碳 氣體與可受到電子激發(fā)的氣體一起通過所述第一中空陰極反應(yīng)器。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述可受到電子激發(fā)的氣 體包括氬、氦和氮中的至少一種。
15、 根據(jù)權(quán)利要求2至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中利用多個(gè)所 述第一中空陰極反應(yīng)器形成所述納米結(jié)構(gòu)。
16、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中利用靜電沉降器 使所述納米結(jié)構(gòu)與所述氣體分離開來。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中利用靜電沉降器陣列使所 述納米結(jié)構(gòu)與所述氣體分離開來。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述靜電沉降器處于相同 電壓下。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述靜電沉降器處于不同電壓下。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述靜電沉降器陣列上 的電壓沿通過所迷陣列的氣體流動(dòng)的方向而增加。
21、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述納米結(jié)構(gòu)通 過被收集在基板上而與所述氣體分離開來。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述基板被冷卻至低于室溫的溫o
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中利用液氮冷卻所述基板。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述基板被加熱至高于室溫的溫度0
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中在存在含氧氣體的情況下 加熱所述基板。
26、 根據(jù)權(quán)利要求24或權(quán)利要求25所述的方法，其中在存在氡、 空氣、乙醇、甲醇、過氧化氬和臭氧中的至少一種的情況下加熱所述基板。
27、 根據(jù)權(quán)利要求21至26中任一項(xiàng)所迷的方法，其中使所迷基板 與所述氣體隔離開來而由此去除收集的所述納米結(jié)構(gòu)。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中利用負(fù)載閉鎖裝置隔離所述基板。
29、 根據(jù)權(quán)利要求3至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二中 空陰極反應(yīng)器是位于固體導(dǎo)電本體中的平行的孔隙陣列，其中由到達(dá)所 述固體導(dǎo)電本體的氣體產(chǎn)生等離子體。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述固體導(dǎo)電本體由鋁、 銅、石墨、不銹鋼和鴒中的一種形成。
31、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氣氣體包 括氧、空氣、乙醇、甲醇、過氧化氫和臭氧中的至少一種u
32、 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含氧氣體與 可受到電子激發(fā)的氣體一起被供應(yīng)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述可受到電子激發(fā)的氣 體包括氬、氮和氦中的一種。
34、 用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所述設(shè)備包括殼體，所述殼體包括 用于接收包含所述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體以便在所述殼體內(nèi)形成氣體 流的器具和用于接收含氧氣體的器具，所述殼體包含用于由所述氣體流 內(nèi)包含的所述組分形成納米結(jié)構(gòu)的器具、用于使所述因此形成的納米結(jié) 構(gòu)與所述氣體流分離開來以便隨后收集所述納米結(jié)構(gòu)的器具、和用于通 過使所述納米結(jié)構(gòu)形成過程的副產(chǎn)物與所述含氧氣體進(jìn)行反應(yīng)而從所 述氣體流中去除所述副產(chǎn)物的器具，所述殼體進(jìn)一步包括用于從所述殼 體中排出所述氣體流的器具。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述形成納米結(jié)構(gòu)的器具 包括中空陰極反應(yīng)器。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34或權(quán)利要求35所迷的設(shè)備，其中所述去除副 產(chǎn)物的器具包括中空陰極反應(yīng)器。
37、 用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的設(shè)備，所述設(shè)備包括第一中空陰極反應(yīng)器、 用于將包含所迷納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體供應(yīng)至所述第一中空陰極反應(yīng) 器以便形成所述納米結(jié)構(gòu)的器具、用于使所述納米結(jié)構(gòu)與來自所述第一 中空陰極反應(yīng)器的氣體排出物分離開來以便收集所迷納米結(jié)構(gòu)的器具、 用于隨后接收所述排出氣體的第二中空陰極反應(yīng)器、和用于將含氣氣體供應(yīng)至所述第二中空陰極反應(yīng)器以便從所述排出氣體中去除納米結(jié)構(gòu) 形成過程的副產(chǎn)物的器具。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟使包含所述納米結(jié)構(gòu)的組分的氣體到達(dá)一個(gè)或多個(gè)中空陰極反應(yīng)器以便形成所述納米結(jié)構(gòu)、收集所述納米結(jié)構(gòu)且隨后通過使排出氣體與氧化氣體一起通過一個(gè)或多個(gè)中空陰極反應(yīng)器而從所述排出氣體中去除副產(chǎn)物。
文檔編號(hào)D01F9/133GK101248226SQ200680026836
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
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