專利名稱：碳納米管制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管制備裝置。
背景技術(shù)：
自從日本研究人員飯島先生于1991年在電弧放電產(chǎn)物中首次發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，因其在機(jī)械、電子、物理、化學(xué)等方面具有優(yōu)異的性能，如獨(dú)特的金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性、極高的機(jī)械強(qiáng)度、高容量儲(chǔ)氫能力和吸附能力、場致電子發(fā)射性能、定向?qū)嵝阅芤约拜^強(qiáng)的寬帶電磁波吸收特性等，使得碳納米管受到物理、化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域以及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門的極大重視，同時(shí)促進(jìn)碳納米管的廣泛研究與實(shí)際應(yīng)用。目前，碳納米管可用作復(fù)合材料的增強(qiáng)材料、場致電子發(fā)射材料、超級電容器電極材料、氣體吸附材料、催化材料、熱傳導(dǎo)材料以及傳感材料等方面。
制備碳納米管的方法有電弧放電法(Arc Discharge)、激光消熔法(Laser Ablation)、化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)等，其中CVD法成長碳納米管具有設(shè)備簡單、低成本及可大型化的優(yōu)點(diǎn)。
典型的CVD生長碳納米管裝置包括一高溫加熱爐、一石英爐管、一設(shè)置于石英爐管內(nèi)的載舟和一設(shè)置于載舟內(nèi)的基板。制備碳納米管時(shí)，首先于基板上沉積一催化劑層，然后加熱石英爐管，通入碳源氣體，在高溫狀態(tài)下碳源氣體在催化劑層上進(jìn)行反應(yīng)，從而生長出碳納米管。為提高碳納米管生長速度，又使用低壓CVD方法生長碳納米管，該方法是在低壓狀況下生長碳納米管，其使用的裝置為在上述典型的CVD生長碳納米管裝置基礎(chǔ)上進(jìn)一步包括一抽低壓裝置，該抽低壓裝置和石英爐管的出氣口相通，用于控制反應(yīng)時(shí)石英爐管內(nèi)的氣壓。此種裝置在低壓下高溫?zé)岱纸馓荚礆獾姆绞匠砷L碳管，其反應(yīng)溫度范圍為500-1000℃，這導(dǎo)致反應(yīng)過程中不斷有高溫殘留氣體流向抽低壓裝置，從而嚴(yán)重影響抽低壓裝置的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種可降低排出氣體溫度的碳納米管制備裝置。
一種碳納米管制備裝置，其包括一反應(yīng)室，其具有一出氣口；一抽低壓裝置，與所述反應(yīng)室出氣口相通，用于降低反應(yīng)室內(nèi)的氣壓；一氣體冷卻裝置，設(shè)于所述反應(yīng)室和所述抽低壓裝置之間，用于冷卻反應(yīng)室排出的氣體。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述碳納米管制備裝置在所述反應(yīng)室和所述抽低壓裝置之間設(shè)置有一氣體冷卻裝置，用于冷卻反應(yīng)室排出的氣體，從而降低進(jìn)入抽低壓裝置中的氣體的溫度，避免抽低壓裝置和高溫氣體接觸，可延長抽低壓裝置的使用壽命。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例碳納米管制備裝置剖面示意圖；圖2是第一種反應(yīng)室冷卻裝置截面示意圖；圖3是第二種反應(yīng)室冷卻裝置截面示意圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例碳納米管制備裝置剖面示意圖；圖5是氣體冷卻管設(shè)于連接管內(nèi)壁示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本發(fā)明的第一實(shí)施例提供的碳納米管制備裝置100包括一反應(yīng)室10、一設(shè)置于反應(yīng)室內(nèi)的載舟30、一置于載舟30內(nèi)的基板40、一用于加熱反應(yīng)室10的加熱部20、一氣體冷卻裝置50和一抽低壓裝置60。
所述反應(yīng)室10由化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫的材質(zhì)形成的可密封的腔體即可，材質(zhì)優(yōu)選石英，其兩端分別設(shè)有一進(jìn)氣口101和一出氣口102。所述基板40可以為多孔硅基板或硅基板，耐高溫并和后續(xù)步驟中催化劑不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或原子滲透等現(xiàn)象的材料均可，要求其表面清潔，不破壞后續(xù)反應(yīng)條件。所述加熱部20用于對反應(yīng)室10加熱，優(yōu)選地，加熱部20緊密圍繞在反應(yīng)室10外以達(dá)到均勻的加熱效果，所述加熱部20具體可為一加熱爐。
所述抽低壓裝置60和反應(yīng)室10的出氣口102相通，用于控制反應(yīng)室10內(nèi)的氣壓，以使反應(yīng)室10在碳納米管生長過程中內(nèi)部氣壓低于環(huán)境氣壓。本實(shí)施例中，所述抽低壓裝置60和反應(yīng)室10的出氣口102通過一連接管70相連。所述抽低壓裝置60采用抽氣泵。
所述氣體冷卻裝置50設(shè)置于所述反應(yīng)室10和所述抽低壓裝置60之間，用于冷卻反應(yīng)室10排出的氣體。所述氣體冷卻裝置50可為鰭片式冷卻裝置，也可為液冷式冷卻裝置，優(yōu)選地所述氣體冷卻裝置50為液冷式冷卻裝置。本實(shí)施例中，所述氣體冷卻裝置50包括一可供連接管70穿設(shè)的冷卻室501，該冷卻室501中容納有冷卻工作物質(zhì)。該冷卻工作物質(zhì)可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一種或幾種的混合。由于所述冷卻工作物質(zhì)吸熱會(huì)汽化，在保證安全的情況下，為利于所述氣體冷卻裝置50長時(shí)間連續(xù)使用，可于所述冷卻室501的殼壁上設(shè)置一氣壓閥502，當(dāng)冷卻室501內(nèi)氣壓達(dá)到一定值時(shí)，氣壓閥502則會(huì)開啟，以降低冷卻室501內(nèi)的氣壓。優(yōu)選地，所述連接管70蛇形穿設(shè)于所述冷卻室501中。當(dāng)使用水等不易揮發(fā)且價(jià)格較便宜的物質(zhì)做冷卻工作物質(zhì)時(shí)，所述氣體冷卻裝置50可使用一水槽。
所述反應(yīng)室10一般使用石英管，當(dāng)用于做為反應(yīng)室10的石英管較長時(shí)，其伸出加熱部20的部分較長，可用作設(shè)置氣體冷卻裝置50，以冷卻反應(yīng)室10排出的氣體，此時(shí)所述抽低壓裝置60可和反應(yīng)室10的出氣口102直接相連。
所述碳納米管制備裝置100還可進(jìn)一步包括一反應(yīng)室冷卻裝置80，其設(shè)于所述反應(yīng)室10內(nèi)或反應(yīng)室10外，用于在反應(yīng)室10內(nèi)的反應(yīng)結(jié)束后，加快反應(yīng)室10的冷卻，以縮短反應(yīng)室10的降溫時(shí)間，從而增加碳納米管批次制程的效率。如圖2所示，當(dāng)所述反應(yīng)室冷卻裝置80設(shè)于反應(yīng)室10內(nèi)時(shí)，所述反應(yīng)室冷卻裝置80可包括一設(shè)置于所述反應(yīng)室10內(nèi)的內(nèi)管803，本實(shí)施例中所述內(nèi)管803和反應(yīng)室10平行且同軸。所述內(nèi)管803的管壁和該反應(yīng)室10的管壁形成一管腔801，該管腔801中包含冷卻工作物質(zhì)，此時(shí)載舟30與基板40設(shè)于所述內(nèi)管803內(nèi)。所述冷卻工作物質(zhì)可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一種或幾種的混合。如圖3所示，所述反應(yīng)室冷卻裝置80也可包括至少一個(gè)反應(yīng)室冷卻管802，該反應(yīng)室冷卻管802中包含冷卻工作物質(zhì)，所述冷卻工作物質(zhì)可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一種或幾種的混合。由于氣體冷凝后密度變大，在反應(yīng)室10中，冷氣體會(huì)下沉，熱氣體會(huì)上升，因此反應(yīng)室10內(nèi)頂部的氣體溫度較高，為提高冷卻效率，可使所述反應(yīng)室冷卻管802貼著反應(yīng)室10的內(nèi)壁或外壁分布于反應(yīng)室10的頂部及底部，且反應(yīng)室10頂部的反應(yīng)室冷卻管802分布密度大于該反應(yīng)室10底部的反應(yīng)室冷卻管802分布密度。為降低制造成本，還可將所述反應(yīng)室冷卻管802繞設(shè)于所述反應(yīng)室10外。
所述反應(yīng)室冷卻裝置80使用時(shí)有別于所述氣體冷卻裝置50，所述氣體冷卻裝置50是在反應(yīng)室10反應(yīng)時(shí)開放，用于冷卻反應(yīng)室10排出的高溫氣體，再使冷卻后的氣體通過抽低壓裝置60排出。所述反應(yīng)室冷卻裝置80是在反應(yīng)結(jié)束后開放，以盡快降低反應(yīng)室10內(nèi)部的溫度，快速取出樣品。
請參閱圖4，為本發(fā)明的第二實(shí)施例提供的碳納米管制備裝置100’，所述碳納米管制備裝置100’和第一實(shí)施例中的碳納米管制備裝置100不同之處在于氣體冷卻裝置50’，該氣體冷卻裝置50’包括至少一個(gè)設(shè)于連接管70內(nèi)壁或外壁的氣體冷卻管503，該氣體冷卻管503中包含冷卻工作物質(zhì)。優(yōu)選地，所述氣體冷卻管503繞設(shè)于連接管70外。所述氣體冷卻管503還可如圖5所示設(shè)于連接管70的內(nèi)壁。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，所述碳納米管制備裝置在所述反應(yīng)室和所述抽低壓裝置之間設(shè)置有一氣體冷卻裝置，用于冷卻反應(yīng)室排出的氣體，從而降低進(jìn)入抽低壓裝置中的氣體的溫度，避免抽低壓裝置和高溫氣體接觸，可延長抽低壓裝置的使用壽命。且碳納米管制備裝置通過一反應(yīng)室冷卻裝置快速冷卻反應(yīng)后的反應(yīng)室，可縮短反應(yīng)室降溫時(shí)間，從而增加碳納米管批次制程的效率。
可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管制備裝置，其包括一反應(yīng)室，其具有一出氣口；一抽低壓裝置，與所述反應(yīng)室出氣口相通，用于降低反應(yīng)室內(nèi)的氣壓；其特征在于所述反應(yīng)室和所述抽低壓裝置之間設(shè)置有一氣體冷卻裝置，用于冷卻反應(yīng)室排出的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述碳納米管制備裝置還包括一連接管，該連接管連接反應(yīng)室出氣口和抽低壓裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述氣體冷卻裝置為液冷式冷卻裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述氣體冷卻裝置包括一可供所述連接管穿設(shè)的冷卻室，該冷卻室中包含冷卻工作物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述連接管蛇形穿設(shè)于所述冷卻室中。
6.如權(quán)利要求3所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述氣體冷卻裝置包括至少一個(gè)設(shè)于所述連接管內(nèi)壁或外壁的氣體冷卻管，該氣體冷卻管中包含冷卻工作物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述氣體冷卻管繞設(shè)于連接管外。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述碳納米管制備裝置還包括一設(shè)于所述反應(yīng)室內(nèi)或反應(yīng)室外的反應(yīng)室冷卻裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室冷卻裝置包括一設(shè)置于所述反應(yīng)室內(nèi)的內(nèi)管，該內(nèi)管的外壁和該反應(yīng)室的內(nèi)壁形成一管腔，該管腔中包含冷卻工作物質(zhì)。
10.如權(quán)利要求8所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室冷卻裝置包括多個(gè)反應(yīng)室冷卻管，該反應(yīng)室冷卻管中包含冷卻工作物質(zhì)。
11.如權(quán)利要求10所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室冷卻管繞設(shè)于所述反應(yīng)室外。
12.如權(quán)利要求10所述的碳納米管制備裝置，其特征在于，所述反應(yīng)室冷卻管分布于反應(yīng)室內(nèi)的頂部和底部，且反應(yīng)室內(nèi)頂部的反應(yīng)室冷卻管分布密度大于該反應(yīng)室內(nèi)底部的反應(yīng)室冷卻管分布密度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳納米管制備裝置，其包括一反應(yīng)室，其具有一出氣口；一抽低壓裝置，與所述反應(yīng)室出氣口相通，用于降低反應(yīng)室內(nèi)的氣壓；一氣體冷卻裝置，設(shè)于所述反應(yīng)室和所述抽低壓裝置之間，用于冷卻反應(yīng)室排出的氣體。所述碳納米管制備裝置通過一氣體冷卻裝置冷卻反應(yīng)室排出的氣體，從而降低進(jìn)入抽低壓裝置中的氣體的溫度，避免抽低壓裝置和高溫氣體接觸，可延長抽低壓裝置的使用壽命。
文檔編號(hào)C01B31/02GK1962426SQ200510101210
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者董才士, 李欣和 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司