專利名稱：用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種富勒烯納米材料制備裝置，尤其涉及一種用于制備富勒烯納米材 料的可旋轉電弧合成爐，屬于真空設備領域。
背景技術：
納米材料作為一種新材料已經(jīng)成為學術研究和工業(yè)應用的熱點，其中富勒烯納米 材料即為其中重要的研發(fā)方向之一。富勒烯碳納米材料是由電弧合成爐通過陰陽電極電弧 放電，將石墨電極蒸發(fā)形成等離子體，冷卻后制得。目前的直流電弧合成爐主要包括兩端設 有爐蓋的爐體、機械結構和相應的控制結構。陰陽電極設于爐體內(nèi)，陽極電極可以是石墨電 極或復合電極，陰極則通常是石墨電極。在合成碳納米材料時，陰陽電極間電弧放電，將陽 極石墨電極蒸發(fā)形成等離子體，然后冷卻，在電弧區(qū)形成碳納米材料。機械結構主要用于控 制電極間的距離?？刂平Y構可以設定放電電壓和放電電流。目前直流電弧合成爐完成一次石墨電弧放電后，需要打開爐蓋收集煙炱。由于煙 炱中的碳納米材料接觸空氣會發(fā)生變化，因此將會改變碳納米材料的產(chǎn)率和性質，甚至會 使碳納米材料發(fā)生分解，以致得不到需要的納米材料，而且，打開爐蓋時，煙炱粉塵散發(fā)到 空氣中將對環(huán)境和操作人員造成危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，用以解 決現(xiàn)有技術存在的碳納米材料產(chǎn)率低和種類少以及損害環(huán)境和操作人員健康的問題。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成 爐包括爐體、位于所述爐體兩端的第一和第二爐蓋、電極移動機構以及支架，其中，所述爐 體可旋轉的架設于所述支架上，所述爐體上設有收集口，所述收集口上設有閥門。通過在爐體上設置安裝閥門的收集口以及可旋轉地設置爐體，可以使納米材料的 溶劑在無氧狀態(tài)下輸入爐體內(nèi)與爐體內(nèi)的煙炱充分混合，然后輸出溶劑和煙炱的混合物， 以此完成電弧放電產(chǎn)生的煙炱在無氧惰性氣氛條件下的收集。可見，本發(fā)明不但可以控制 碳納米材料的收集氣氛，避免煙炱接觸空氣造成的納米材料的變化，進而制備更多種類的 納米材料，而且避免打開爐蓋后，煙炱粉塵懸浮在空氣中污染環(huán)境以及對操作人員的健康 造成損害。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其 中，所述電極移動機構為陽極電極移動機構，該電極移動機構設于第一爐蓋外側，所述第一 爐蓋上連接有支撐桿，所述支撐桿下方設有支持其滑動的導軌。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其 中，所述支撐桿的下端設有支撐座，所述支撐座設于所述導軌上。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其 中，所述支撐座包括一滑槽，所述滑槽套設于所述導軌上。
根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述支架呈柱形，且所述支架的頂端設有便于所述爐體旋轉的托輪。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述爐體的端部向外側垂直延伸有凸緣，所述凸緣架設于所述托輪上。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述第一爐蓋的直徑小于所述凸緣的直徑。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述第一爐蓋通過緊固件固定于所述凸緣上。根據(jù)上述用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐的一種優(yōu)選實施方式，其中，所述收集口還連接有儲液罐。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例的主視結構示意圖；圖2為圖1所示優(yōu)選實施例的右視結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1和圖2所示，本優(yōu)選實施例包括爐體1、位于爐體1兩端的左爐蓋(圖中未 標記)和右爐蓋3、電極移動機構4以及支架2，爐體1可旋轉的架設于支架2上，爐體1上 設有收集口 18，收集口 18設有用以控制收集口 18導通和關斷的閥門(圖中未示出)，優(yōu)選 的是，該收集口 18同時也是下面所描述的向爐體1輸入碳納米材料溶劑的進液口。爐體1為一個具有夾層腔體的圓柱狀結構。爐體1上設有進水口 12和出水口 11 與該夾層腔體連通，夾層腔體提供冷凝水循環(huán)空間以使冷凝水吸收并帶走陰極電極151和 陽極電極161電弧反應時所產(chǎn)生的熱量。左右兩爐蓋上分別設有出氣口 13和進氣口 14，出 氣口 13可以與真空泵連接以將爐體1抽成真空狀態(tài)，進氣口 14可以用于向爐體1內(nèi)沖入 不同的惰性氣體以控制電弧反應氣氛。爐體1上還設有觀察窗10用于觀察陽極電極161 和陰極電極151起電弧和蒸發(fā)。在本優(yōu)選實施例中，左爐蓋為常閉，右爐蓋3在需要安裝新的陽極電極161時打 開，為了便于控制陽極電極161和陰極電極151之間的距離以及便于移開右爐蓋3，電極移 動機構4為陽極電極161的移動機構，其設于右爐蓋3外側，通過陽極電極推桿16連接于 陽極電極161，其中陽極電極推桿16還包括將電極移動機構4固定于右爐蓋3的固定結構， 例如為連接于右爐蓋3和電機移動機構4之間的一個或多個連接桿，為了簡化附圖，圖1省 略了電極移動機構4的固定結構。當通過觀察窗10發(fā)現(xiàn)陽極電極161由于蒸發(fā)而變短時， 可以通過操縱電極移動機構4使陰極電極151和陽極電極161維持于一合適距離。電極移 動機構4可以為公知的螺旋移動機構。右爐蓋3上連接有支撐桿5，支撐桿5下方設有支持其滑動的導軌6。為了增加支 撐桿5及右爐蓋3在移動過程中的穩(wěn)定性，支撐桿的下端還設有支撐座50，支撐座50可滑 動地設于導軌6上，支撐座50呈開口向下的槽型結構，導軌6為與支撐座50的槽型結構適 配的條狀結構。在本優(yōu)選實施例中，二者的橫截面如圖2所示，導軌6嵌設于支撐座50中。本領域技術人員應該理解，圖2僅為舉例性說明，支撐座50和導軌6的截面形狀不應局限 于三角結構，例如導軌的截面形狀可以為圓形或工字形等，支撐座的截面形狀則也為相應 的形狀。為了便于爐體1旋轉，本優(yōu)選實施例的支架2呈柱形，且支架2的頂端設有便于爐 體1旋轉的托輪21，如此設計可以大大減小爐體1在做軸向旋轉時的阻力。爐體1的端部 向外側垂直延伸有凸緣，例如爐體1的右端設凸緣19，凸緣19架設于托輪21上，這樣可以 避免右爐蓋3與托輪21接觸導致的右爐蓋磨損，并且還方便從凸緣19移開右爐蓋3。爐 體1可通過多種方法實現(xiàn)可旋轉地設于支架2上，例如支架可以僅是一個截面為弧形且開 口向上的槽，將爐體或凸緣至于槽中即可，也可以在爐體的適當部位設置蝸輪結構，例如兩 端的凸緣，在支架上設置蝸桿，利用蝸輪蝸桿傳動機構也可以實現(xiàn)爐體1的可旋轉設計。圖2清楚的示出爐蓋3的直徑小于凸緣19的直徑，這樣更可以避免爐蓋3和托輪 21接觸，且右爐蓋3通過螺栓31和螺母固定于凸緣19上，螺栓31可以使右爐蓋3緊密的 固定在凸緣19上，優(yōu)選的是，可以在右爐蓋3和凸緣19之間設置聚四氟材料以增加密封效 果。將右爐蓋3固定在凸緣19的裝置并非局限本優(yōu)選實施例所應用的螺栓和螺母，例如U 形卡、適配的卡勾和卡槽結構等可將右爐蓋3固定于凸緣19。為了避免另行配置裝載碳納米材料溶劑的儲液罐，本優(yōu)選實施例還提供了一儲液 罐7，儲液罐7連接于收集口 18，內(nèi)裝可溶解富勒烯的常用溶劑。在應用本優(yōu)選實施例時，首先移動支撐桿5沿導軌6向圖1的右側滑動，帶動右爐 蓋3打開，在陽極電極推桿16的端部安裝石墨陽極電極161，然后移動右爐蓋3緊密的壓緊 在凸緣19上，旋緊螺栓31和相應的螺母。接著打開出氣口 13的閥門將爐體1內(nèi)抽為真空狀態(tài)，抽真空完畢后關閉出氣口 13 的閥門，然后打開進氣口 14的閥門向爐體1內(nèi)充入某種惰性氣體(Ar、He等)，完畢后關閉 進氣口 14的閥門，優(yōu)選的是，如此重復多次，例如三次，以使爐體11內(nèi)為惰性氣氛。使冷凝水從爐體1的進水口 12流入，出水口 11流出。將陰極電極151、陽極電極161接通直流電源，利用電極移動機構4使陽極電極 161靠近陰極電極151起電弧，完成陽極電極161的蒸發(fā)。在蒸發(fā)過程中，可以通過觀察窗 10獲取起電弧和蒸發(fā)的實時信息。由于陰極電極151并無消耗，因此陰極電極連接桿15可 以固定于爐體1的左爐蓋中心位置。在陽極電極161的蒸發(fā)過程中，爐體1的夾層腔體中始終有冷凝水在循環(huán)，蒸發(fā)完 畢并在爐體1冷卻后，將儲液罐7連接到收集口 18上，取下支撐桿5以及其他影響爐體1 旋轉的管道或用于支撐、固定的輔助設備等，打開收集口 18的閥門，轉動爐體1，待溶液全 部流入到爐體1內(nèi)，關閉收集口 18的閥門，再反復旋轉爐體1，使得煙炱完全溶解。最后將儲液罐7轉到爐體1下方，再固定爐體1防止其旋轉，打開收集口 18的閥 門，在重力作用下，溶解的煙炱混合物流入儲液罐7，至此完成富勒烯碳納米材料的無氧收 集。綜上所述，本發(fā)明利用收集口將富勒烯碳納米材料溶劑在無氧條件下灌入到爐體 中，再利用爐體的旋轉特性使溶劑與煙炱充分混合溶解，最后在無氧條件下，將爐體內(nèi)的溶 液通過收集口流到儲液罐中。可見本發(fā)明能夠使煙炱直接溶解在溶劑中，不接觸空氣，保證 煙炱在無氧條件下收集，非常適合于制備對空氣敏感的碳納米材料，而且還可以提高納米材料的合成產(chǎn)率；還可以實現(xiàn)收集、溶解、轉移等多步驟一步完成，大大提高生產(chǎn)效率；此 外煙炱收集過程中，無需打開爐蓋，避免了煙炱粉塵污染空氣和損害操作人員健康的不利影響。 由技術常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方 案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所 有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
權利要求
1.一種用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，包括爐體、位于所述爐體兩端的 第一和第二爐蓋、電極移動機構以及支架，其特征在于，所述爐體可旋轉的架設于所述支架 上，所述爐體上設有收集口，所述收集口上設有閥門。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述電極移動機構為陽極電極移動機構，該電極移動機構設于第一爐蓋外側，所述第一爐 蓋上連接有支撐桿，所述支撐桿下方設有支持其滑動的導軌。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述支撐桿的下端設有支撐座，所述支撐座設于所述導軌上。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述支撐座包括一滑槽，所述滑槽套設于所述導軌上。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述支架呈柱形，且所述支架的頂端設有便于所述爐體旋轉的托輪。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述爐體的端部向外側垂直延伸有凸緣，所述凸緣架設于所述托輪上。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述第一爐蓋的直徑小于所述凸緣的直徑。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在 于，所述第一爐蓋通過緊固件固定于所述凸緣上。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，其特征在于， 所述收集口還連接有儲液罐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于制備富勒烯納米材料的旋轉電弧合成爐，包括爐體、位于所述爐體兩端的第一和第二爐蓋、電極移動機構以及支架，其中，所述爐體可旋轉的架設于所述支架上，所述爐體上設有收集口，所述收集口上設有閥門。本發(fā)明不但可以控制碳納米材料收集氣氛，避免煙炱接觸空氣造成的納米材料的變化，進而制備更多種類的納米材料，而且避免打開爐蓋后，煙炱粉塵懸浮在空氣中污染環(huán)境以及對操作人員的健康造成損害。
文檔編號C01B31/02GK102001645SQ20101059176
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權日2010年12月16日
發(fā)明者孫寶云, 張弘, 董金泉, 趙宇亮 申請人:中國科學院高能物理研究所