本實(shí)用新型涉及到碳納米管的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳源可控單壁碳納米管陣列的制備裝置。
背景技術(shù)：
碳納米管的可控制生長(zhǎng)，及其宏觀尺度結(jié)構(gòu)的制備，對(duì)于碳納米管的應(yīng)用具有重要的意義，為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的生長(zhǎng)控制，對(duì)碳納米管生長(zhǎng)機(jī)理的深入了解是不可缺少的前提條件。碳納米管潛在的應(yīng)用非常廣泛，涵蓋納米電子學(xué)器件、場(chǎng)發(fā)射器件、傳感器和復(fù)合材料等。要實(shí)現(xiàn)碳納米管的這些潛在應(yīng)用，首先要實(shí)現(xiàn)高純度碳納米管的大量制備。在碳納米管常用的幾種制備方法中，激光蒸發(fā)法由于設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴而且產(chǎn)量不高，不適合規(guī)模化生成；電弧法制備得到的碳納米管純度高，而且得到的產(chǎn)量也高，但是在碳納米管的納米電子學(xué)等的應(yīng)用需要其能在可控的圖形化的基底上定向生長(zhǎng)，而化學(xué)氣相沉積(CVD)法恰好滿(mǎn)足這一技術(shù)要求。與其它兩種制備方法相比，此法更為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗恍枰厥庠O(shè)備，而且可以在較低溫度和常壓下進(jìn)行。
化學(xué)氣相沉積法是常用的制備碳納米管的方法?；瘜W(xué)氣相沉積法制備碳納米管首先是將反應(yīng)劑在管式爐中加熱至高溫(600~1000℃)，然后通入含碳?xì)怏w(如CO、CH4、C2H2、乙醇等)，含碳物質(zhì)被吸附到反應(yīng)劑表面發(fā)生裂解，然后裂解的碳擴(kuò)散進(jìn)入到反應(yīng)劑中，達(dá)飽和時(shí)以石墨結(jié)構(gòu)析出生成碳納米管。研究表明，控制碳納米管生長(zhǎng)的關(guān)鍵參數(shù)包括碳源、反應(yīng)劑以及生長(zhǎng)溫度。在單壁碳納米管的生長(zhǎng)過(guò)程中，有效控制碳源的種類(lèi)與用量對(duì)碳管的手性、直徑、質(zhì)量發(fā)揮著重要的影響。
目前現(xiàn)有的方法都是使用單一的碳源，如果要進(jìn)行選擇另外的碳源，就必須要換碳源裝置，在制備單壁碳納米管前都必須進(jìn)行繁瑣的檢測(cè)系統(tǒng)的氣密性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是解決上述問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法(CVD)，提供了一種簡(jiǎn)易，碳源可控的單壁碳納米管陣列制備裝置。
碳源可控的單壁碳納米管陣列制備裝置，包括：氣體管路控制部分，高溫管式爐，尾氣吸收處理裝置。其中氣體管路控制部分包括第一氣體流量計(jì)、第二氣體流量計(jì)、第三氣體流量計(jì)、第一開(kāi)關(guān)閥、第二開(kāi)關(guān)閥、第三開(kāi)關(guān)閥、第四開(kāi)關(guān)閥、液體容器、導(dǎo)氣管；高溫管式爐包括法蘭、高溫管式爐、石英管、基片。
其一導(dǎo)氣管安置第一氣體流量計(jì)且設(shè)有第二開(kāi)關(guān)閥，導(dǎo)氣管通向液體容器內(nèi)部，液體容器為裝有部分液體。兩孔連接一長(zhǎng)導(dǎo)氣管和一短導(dǎo)氣管的密封裝置。設(shè)有第一開(kāi)關(guān)閥的導(dǎo)氣管支路與液體容器另一較短導(dǎo)氣管連通，且指向石英管。另有導(dǎo)氣管安置第二氣體流量計(jì)且設(shè)有第三開(kāi)關(guān)閥，還有導(dǎo)氣管安置第三氣體流量計(jì)且設(shè)有第四開(kāi)關(guān)閥，導(dǎo)氣管最終均通向石英管。石英管兩端塞緊法蘭，法蘭上留有導(dǎo)氣管連通孔。石英管外壁設(shè)有高溫管式爐，石英管內(nèi)部中間處放有反應(yīng)劑，石英管另一端通過(guò)導(dǎo)氣管連接尾氣處理裝置。尾氣處理裝置為玻璃容器，玻璃容器內(nèi)裝有部分液體，連通石英管一端導(dǎo)氣管插入液體內(nèi)部，另有一導(dǎo)氣管連通玻璃容器且在液體表面以上。
本裝置具有的優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法(CVD)，實(shí)現(xiàn)碳源可控，減少更換碳源裝置的繁瑣，以及省略每一次更換碳源裝置檢查氣密性工作，節(jié)約因更換碳源裝置所需的時(shí)間及避免因此造成的準(zhǔn)確性降低，提高效率。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型碳源可選擇的單壁碳納米管陣列制備裝置圖。
其中11.第一氣體流量計(jì)、12.第二氣體流量計(jì)、13.第三氣體流量計(jì)、21.第一開(kāi)關(guān)閥、22.第二開(kāi)關(guān)閥、23.第三開(kāi)關(guān)閥、24.第四開(kāi)關(guān)閥、3.液體容器、4.導(dǎo)氣管、5.法蘭、6.高溫管式爐、7.石英管、8.尾氣處理裝置、9. 基片。
具體實(shí)施方式
碳源可控單壁碳納米管陣列的制備裝置，包括：氣體管路控制部分，高溫管式實(shí)驗(yàn)主體，尾氣吸收處理裝置8。其中管路控制部分包括第一氣體流量計(jì)11、第二氣體流量計(jì)12、第三氣體流量計(jì)13、第一開(kāi)關(guān)閥21、第二開(kāi)關(guān)閥22、第三開(kāi)關(guān)閥23、第四開(kāi)關(guān)閥24、液體容器3、導(dǎo)氣管4；高溫管式實(shí)驗(yàn)主體包括法蘭5、高溫管式爐6、石英管7、基片9。
其一導(dǎo)氣管4安置第一氣體流量計(jì)11且設(shè)有第二開(kāi)關(guān)閥22，導(dǎo)氣管通向液體容器3內(nèi)部，液體容器3為裝有部分液體，兩孔連接一長(zhǎng)一短導(dǎo)氣管4的密封裝置。設(shè)有第一開(kāi)關(guān)閥21的導(dǎo)氣管4支路與液體容器3另一較短導(dǎo)氣管4連通，且指向石英管7。另有導(dǎo)氣管4安置第二氣體流量計(jì)12且設(shè)有第三開(kāi)關(guān)閥23，還有導(dǎo)氣管4安置第三氣體流量計(jì)13且設(shè)有第四開(kāi)關(guān)閥24，導(dǎo)氣管4最終均通向石英管7。石英管7兩端塞緊法蘭5，法蘭5上留有導(dǎo)氣管連通孔。石英管7外壁設(shè)有高溫管式爐6，石英管7內(nèi)部中間處放有基片9，石英管7另一端通過(guò)導(dǎo)氣管4連接尾氣處理裝置8。尾氣處理裝置8為玻璃容器，玻璃容器內(nèi)裝有部分吸收尾氣液體，連通石英管7一端導(dǎo)氣管4插入液體內(nèi)部，另有一導(dǎo)氣管4連通玻璃容器且在液體表面以上。
而本裝置不僅可以使用單一的氣體碳源如：甲烷，一氧化碳，乙烯，乙炔等；單一的液體碳源如：乙醇，苯，甲苯；還可以使用混合碳源兩種氣體或兩種以上氣體以及氣液混合體。發(fā)生反應(yīng)時(shí)，高溫管式爐的爐溫控制在800-1000℃。
操作步驟如下。
（1）檢查裝置的氣密性。
（2）打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥第一開(kāi)關(guān)閥21、第二開(kāi)關(guān)閥22，通入氣體氫氣或氬氣（通過(guò)流量計(jì)1a控制流量）排除裝置的空氣。
（3）選擇不同的碳源。
1.當(dāng)關(guān)掉第一開(kāi)關(guān)閥21、第三開(kāi)關(guān)閥23、第四開(kāi)關(guān)閥24，就可以使用液體碳源（低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑如：乙醇， 苯，甲苯等）制備單壁碳納米管陣列。
2.當(dāng)關(guān)掉第一開(kāi)關(guān)閥21、第二開(kāi)關(guān)閥22、第四開(kāi)關(guān)閥24，就可以使用一種氣體碳源（甲烷，一氧化碳，乙烯，乙炔）通過(guò)第三開(kāi)關(guān)閥23制備單壁碳納米管陣列。
3.當(dāng)關(guān)掉開(kāi)關(guān)閥第一開(kāi)關(guān)閥21、第二開(kāi)關(guān)閥22，就可以使用混合碳源（兩種氣體）通過(guò)第三開(kāi)關(guān)閥23、第四開(kāi)關(guān)閥24。
當(dāng)關(guān)掉開(kāi)關(guān)閥第一開(kāi)關(guān)閥21、第四開(kāi)關(guān)閥24，就可以使用混合碳源(一種氣體和一種液體)，而且還可以隨時(shí)更換氣體。
5.當(dāng)關(guān)掉第一開(kāi)關(guān)閥21、第三開(kāi)關(guān)閥23、第四開(kāi)關(guān)閥24，就可以使用液體碳源制備單壁碳納米管陣列。一段時(shí)間后，關(guān)掉第二開(kāi)關(guān)閥22、同時(shí)打開(kāi)第三開(kāi)關(guān)閥23，就可實(shí)現(xiàn)從液體碳源切換到氣體碳源，（也可以通過(guò)關(guān)閉，打開(kāi)不同的控制閥，實(shí)現(xiàn)氣體碳源到液體碳源，氣體到另一種氣體碳源的切換，可以實(shí)現(xiàn)碳管可控生長(zhǎng)。
本裝置操作很簡(jiǎn)單，方便，避免繁瑣的改裝置和檢測(cè)系統(tǒng)的氣密性等工序。