本發(fā)明涉及一種碳納米管連續(xù)制備裝置，屬于碳納米管技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

納米管比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1萬(wàn)倍，而它的硬度要比鋼材堅(jiān)硬100倍。它可以耐受6500°F（3593℃）的高溫，并且具有卓越的導(dǎo)熱性能。納米管既可以用作金屬導(dǎo)電體，比金的導(dǎo)電性高得多，也可以用作制造電腦芯片所必須的半導(dǎo)體。納米管在極低的溫度下還具有超導(dǎo)性。

納米管的類(lèi)別有：硅納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管、功能化多壁碳納米管、短多壁碳納米管、工業(yè)化多壁碳納米管、石墨化多壁碳納米管、大內(nèi)徑薄壁碳納米管、鍍鎳碳納米管。隕石碳質(zhì)晶體納米管。

在納米管應(yīng)用于電腦運(yùn)算的發(fā)展進(jìn)程中，一個(gè)重要的里程碑就是把納米管制造成電腦中所用的開(kāi)關(guān)或晶體管。1998年，IBM公司所屬威特森研究中心的一個(gè)研究小組即以此為目標(biāo)進(jìn)行了研究。研究人員證明單個(gè)的納米管可以具有晶體管的作用，而且提高了其晶體的導(dǎo)電性能。

然而，應(yīng)用于電腦運(yùn)算也只是納米管展露其優(yōu)越性的一個(gè)方面。人們可以把這些微型管粘合在一起，制成纖維或繩索，用作超導(dǎo)線纜，或者塑料及其他高級(jí)材料的超強(qiáng)加固劑。如果納米管具備極強(qiáng)的撓性、強(qiáng)度和恢復(fù)力，它們將可合成高性能的體育和航空材料。由于其強(qiáng)大的張力，它們具有彎而不折且能恢復(fù)原來(lái)形狀的特殊性能。

此外，納米管還可應(yīng)用于最需要導(dǎo)熱性能的地方。例如，電動(dòng)機(jī)如果采用納米管做散熱片，其中的塑料部件就不會(huì)被高溫所熔化。這種微型材料還可置入需要耐受極度高溫的材料之中，如飛機(jī)和火箭外部的嵌板等。美國(guó)國(guó)家航宇和宇航局期望將納米管置入從防熱層到宇航服等各種設(shè)施之中。

能源公司對(duì)納米管也刮目相看。納米管可以用來(lái)制造更小、更輕、效能更高的燃料電池，它還能夠用于貯存用作能源的氫氣。研究人員在平玻璃片或其他材料上把無(wú)數(shù)個(gè)納米管排列起來(lái)，讓它們看起來(lái)像一片收割的整齊麥田。日本的NEC和韓國(guó)的三星公司準(zhǔn)備將這種由納米管組成的“田野”做成電視機(jī)的顯示屏，以取代電視機(jī)所采用的老式陰極射線管。

目前，碳納米管制備工藝主要有電弧放電法、鐳射燒蝕法以及化學(xué)氣相沉積法。其中，化學(xué)氣相沉積法以其工藝簡(jiǎn)便、成本低、納米管可控、長(zhǎng)度大、收集率高等特點(diǎn)得到廣泛研究與應(yīng)用。化學(xué)氣相沉積法主要是運(yùn)用納米尺度的過(guò)度金屬或其氧化物作為催化劑，在相對(duì)低的溫度下熱解含碳的氣源來(lái)制備碳納米管的。

傳統(tǒng)的碳納米管制備裝置中，襯底是不透氣的，當(dāng)反應(yīng)氣體通入時(shí)，與催化劑薄膜接觸，可以在其表面生長(zhǎng)碳納米管，隨著碳納米管逐漸增厚，催化劑薄膜逐漸被完全淹沒(méi)，被淹沒(méi)的催化劑薄膜不能再與反應(yīng)氣體接觸，起不到催化劑的作用，導(dǎo)致碳納米管無(wú)法繼續(xù)生長(zhǎng)。一般當(dāng)碳納米管生長(zhǎng)至約1-2mm 后就會(huì)停止生長(zhǎng)，這種情況下，使得碳納米管不能連續(xù)生長(zhǎng)和垂直向下生長(zhǎng)，生長(zhǎng)效率較低，而且一般的制備裝置在制備碳納米管和出料時(shí)，碳納米管會(huì)附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN 103569998 A公開(kāi)這樣一種碳納米管制備裝置，包括：一反應(yīng)腔，所述反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置有：至少一個(gè)進(jìn)氣管，每個(gè)進(jìn)氣管上設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣孔；基片承載盤(pán)；至少一個(gè)出氣管，每個(gè)出氣管上設(shè)有多個(gè)出氣孔；其中，所述基片承載盤(pán)位于所述進(jìn)氣管和所述出氣管之間，每個(gè)進(jìn)氣管和每個(gè)出氣管可拆卸的安裝在所述反應(yīng)腔中。但是這種制備裝置在制備碳納米管和出料時(shí)，碳納米管會(huì)附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁。

中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)CN 205045828 U公開(kāi)這樣一種碳納米管的生產(chǎn)裝置，包括臥式反應(yīng)腔、石英反應(yīng)管、石英舟、加熱裝置、溫控柜，所述石英反應(yīng)管位于所述臥式反應(yīng)腔內(nèi)，所述加熱裝置位于所述臥式反應(yīng)腔的上方，所述溫控柜位于所述臥式反應(yīng)腔的下方，該生產(chǎn)裝置還包括超聲振蕩器、微孔過(guò)濾器、氫氟酸洗池、高錳酸鉀反應(yīng)器，所述超聲振蕩器與所述臥式反應(yīng)腔相連，所述超聲振蕩器與所述微孔過(guò)濾器相連，所述微孔過(guò)濾器與所述氫氟酸洗池相連，所述氫氟酸洗池與所述高錳酸鉀反應(yīng)器相連，所述高錳酸鉀反應(yīng)器與所述干燥器相連。但是這種制備裝置生產(chǎn)效率低，在制備碳納米管和出料時(shí)，碳納米管會(huì)附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種碳納米管連續(xù)制備裝置，該碳納米管連續(xù)制備裝置解決了碳納米管生長(zhǎng)效率低、不能垂直連續(xù)生長(zhǎng)以及在制備碳納米管和出料時(shí)碳納米管會(huì)附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的碳納米管連續(xù)制備裝置包括反應(yīng)腔，反應(yīng)腔上端設(shè)有進(jìn)料管，反應(yīng)腔下端連接出料管，反應(yīng)腔內(nèi)水平設(shè)有基板，基板下表面設(shè)有催化劑薄膜，基板上設(shè)有若干個(gè)第一孔洞，催化劑薄膜上設(shè)有若干個(gè)第二孔洞，第一孔洞與第二孔洞貫通，反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有等離子發(fā)射器，反應(yīng)腔外側(cè)連接第一加氣腔，第一加氣腔上端設(shè)有加氣口，第一加氣腔外圍設(shè)有加熱裝置，出料管外側(cè)連接第二加氣腔，第二加氣腔與第一加氣腔貫通連接，所述反應(yīng)腔與出料管內(nèi)壁均設(shè)有若干個(gè)噴氣嘴，反應(yīng)腔內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第一加氣腔連接，出料管內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第二加氣腔連接。

所述第一通孔的直徑為30~120nm ；所述第二通孔的直徑為10~50nm。

所述基板材質(zhì)為陶瓷。

所述反應(yīng)腔底部呈凹形。

所述噴氣嘴的出氣口傾斜向下。

采用這種碳納米管連續(xù)制備裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于基板下表面設(shè)有催化劑薄膜，基板上設(shè)有若干個(gè)第一孔洞，催化劑薄膜上設(shè)有若干個(gè)第二孔洞，第一孔洞與第二孔洞貫通，這樣碳源氣體可以通過(guò)第一孔洞流入催化劑薄膜第二通孔中，保證了碳納米管可以不斷連續(xù)生長(zhǎng)，碳納米管的生長(zhǎng)方向變?yōu)榇怪毕蛳律L(zhǎng)，在重力的作用下，碳納米管會(huì)累加后從催化劑薄膜上脫落，從而起到了連續(xù)快速生長(zhǎng)的效果，提高了碳納米管的生長(zhǎng)效率；

2、由于反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有等離子發(fā)射器，這樣可以進(jìn)一步碳源氣體的分解，使反應(yīng)更加充分，進(jìn)一步提高了碳納米管的生長(zhǎng)效率；

3、由于反應(yīng)腔與出料管內(nèi)壁均設(shè)有若干個(gè)噴氣嘴，反應(yīng)腔內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第一加氣腔連接，出料管內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第二加氣腔連接，這樣可以往加氣腔加入惰性氣體，然后從噴氣嘴噴出，避免了碳納米管附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁上及堵塞出料管。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中有：1. 反應(yīng)腔；2. 進(jìn)料管；3. 等離子發(fā)射器；4. 基板；4.1. 第一孔洞；5. 催化劑薄膜；5.1. 第二孔洞；6. 碳納米管；7. 噴氣嘴；8. 第一加氣腔；9. 加氣口；10. 出料管；11. 第二加氣腔；12. 加熱裝置。

具體實(shí)施方式

圖1所示碳納米管連續(xù)制備裝置，包括反應(yīng)腔，反應(yīng)腔上端設(shè)有進(jìn)料管，反應(yīng)腔下端連接出料管，反應(yīng)腔內(nèi)水平設(shè)有基板，基板下表面設(shè)有催化劑薄膜，基板上設(shè)有若干個(gè)第一孔洞，催化劑薄膜上設(shè)有若干個(gè)第二孔洞，第一孔洞與第二孔洞貫通，反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有等離子發(fā)射器，反應(yīng)腔外側(cè)連接第一加氣腔，第一加氣腔上端設(shè)有加氣口，第一加氣腔外圍設(shè)有加熱裝置，出料管外側(cè)連接第二加氣腔，第二加氣腔與第一加氣腔貫通連接，所述反應(yīng)腔與出料管內(nèi)壁均設(shè)有若干個(gè)噴氣嘴，反應(yīng)腔內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第一加氣腔連接，出料管內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第二加氣腔連接。

所述第一通孔的直徑為30~120nm ；所述第二通孔的直徑為10~50nm。

所述基板的材質(zhì)為陶瓷。

所述反應(yīng)腔底部呈凹形。

所述噴氣嘴的出氣口傾斜向下。

反應(yīng)時(shí)，通過(guò)進(jìn)料管通入碳源氣體，碳源氣體可以通過(guò)第一孔洞流入催化劑薄膜第二通孔中，接著流到催化劑薄膜下表面，由于催化劑薄膜的下表面暴露能夠與碳源氣體接觸，使得碳納米管的生長(zhǎng)方向沿著催化劑下表面方向，并在重力作用下，提高了碳納米管的生長(zhǎng)效率。并在重力作用下自動(dòng)脫落。由于反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有等離子發(fā)射器，這樣可以進(jìn)一步碳源氣體的分解，使反應(yīng)更加充分，進(jìn)一步提高了碳納米管的生長(zhǎng)效率。由于反應(yīng)腔與出料管內(nèi)壁均設(shè)有若干個(gè)噴氣嘴，反應(yīng)腔內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第一加氣腔連接，出料管內(nèi)壁上的噴氣嘴的入氣口與第二加氣腔連接，這樣可以往加氣腔加入惰性氣體，然后從噴氣嘴噴出，避免了碳納米管附著在反應(yīng)腔和出料管內(nèi)壁上及堵塞出料管。所述惰性氣體可以為氮?dú)狻?/p>

本申請(qǐng)中沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明的技術(shù)特征為現(xiàn)有技術(shù)。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本申請(qǐng)的原理及其功效，而非用于限制本申請(qǐng)。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本申請(qǐng)的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本申請(qǐng)所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本申請(qǐng)的權(quán)利要求所涵蓋。