专利名称：碳纳米管制备装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纳米管制备装置。
背景技术：
自从日本研究人员饭岛先生于1991年在电弧放电产物中首次发现碳纳米管以来，因其在机械、电子、物理、化学等方面具有优异的性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、高容量储氢能力和吸附能力、场致电子发射性能、定向导热性能以及较强的宽带电磁波吸收特性等，使得碳纳米管受到物理、化学和材料科学等领域以及高新技术产业部门的极大重视，同时促进碳纳米管的广泛研究与实际应用。目前，碳纳米管可用作复合材料的增强材料、场致电子发射材料、超级电容器电极材料、气体吸附材料、催化材料、热传导材料以及传感材料等方面。
制备碳纳米管的方法有电弧放电法(Arc Discharge)、激光消熔法(Laser Ablation)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)等，其中CVD法成长碳纳米管具有设备简单、低成本及可大型化的优点。
典型的CVD生长碳纳米管装置包括一高温加热炉、一石英炉管、一设置于石英炉管内的载舟和一设置于载舟内的基板。制备碳纳米管时，首先于基板上沉积一催化剂层，然后加热石英炉管，通入碳源气体，在高温状态下碳源气体在催化剂层上进行反应，从而生长出碳纳米管。为提高碳纳米管生长速度，又使用低压CVD方法生长碳纳米管，该方法是在低压状况下生长碳纳米管，其使用的装置为在上述典型的CVD生长碳纳米管装置基础上进一步包括一抽低压装置，该抽低压装置和石英炉管的出气口相通，用于控制反应时石英炉管内的气压。此种装置在低压下高温热分解碳源气的方式成长碳管，其反应温度范围为500-1000℃，这导致反应过程中不断有高温残留气体流向抽低压装置，从而严重影响抽低压装置的使用寿命。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种可降低排出气体温度的碳纳米管制备装置。
一种碳纳米管制备装置，其包括一反应室，其具有一出气口；一抽低压装置，与所述反应室出气口相通，用于降低反应室内的气压；一气体冷却装置，设于所述反应室和所述抽低压装置之间，用于冷却反应室排出的气体。
相对于现有技术，所述碳纳米管制备装置在所述反应室和所述抽低压装置之间设置有一气体冷却装置，用于冷却反应室排出的气体，从而降低进入抽低压装置中的气体的温度，避免抽低压装置和高温气体接触，可延长抽低压装置的使用寿命。
图1是本发明第一实施例碳纳米管制备装置剖面示意图；图2是第一种反应室冷却装置截面示意图；图3是第二种反应室冷却装置截面示意图；图4是本发明第二实施例碳纳米管制备装置剖面示意图；图5是气体冷却管设于连接管内壁示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明的第一实施例提供的碳纳米管制备装置100包括一反应室10、一设置于反应室内的载舟30、一置于载舟30内的基板40、一用于加热反应室10的加热部20、一气体冷却装置50和一抽低压装置60。
所述反应室10由化学性能稳定、耐高温的材质形成的可密封的腔体即可，材质优选石英，其两端分别设有一进气口101和一出气口102。所述基板40可以为多孔硅基板或硅基板，耐高温并和后续步骤中催化剂不发生化学反应或原子渗透等现象的材料均可，要求其表面清洁，不破坏后续反应条件。所述加热部20用于对反应室10加热，优选地，加热部20紧密围绕在反应室10外以达到均匀的加热效果，所述加热部20具体可为一加热炉。
所述抽低压装置60和反应室10的出气口102相通，用于控制反应室10内的气压，以使反应室10在碳纳米管生长过程中内部气压低于环境气压。本实施例中，所述抽低压装置60和反应室10的出气口102通过一连接管70相连。所述抽低压装置60采用抽气泵。
所述气体冷却装置50设置于所述反应室10和所述抽低压装置60之间，用于冷却反应室10排出的气体。所述气体冷却装置50可为鳍片式冷却装置，也可为液冷式冷却装置，优选地所述气体冷却装置50为液冷式冷却装置。本实施例中，所述气体冷却装置50包括一可供连接管70穿设的冷却室501，该冷却室501中容纳有冷却工作物质。该冷却工作物质可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一种或几种的混合。由于所述冷却工作物质吸热会汽化，在保证安全的情况下，为利于所述气体冷却装置50长时间连续使用，可于所述冷却室501的壳壁上设置一气压阀502，当冷却室501内气压达到一定值时，气压阀502则会开启，以降低冷却室501内的气压。优选地，所述连接管70蛇形穿设于所述冷却室501中。当使用水等不易挥发且价格较便宜的物质做冷却工作物质时，所述气体冷却装置50可使用一水槽。
所述反应室10一般使用石英管，当用于做为反应室10的石英管较长时，其伸出加热部20的部分较长，可用作设置气体冷却装置50，以冷却反应室10排出的气体，此时所述抽低压装置60可和反应室10的出气口102直接相连。
所述碳纳米管制备装置100还可进一步包括一反应室冷却装置80，其设于所述反应室10内或反应室10外，用于在反应室10内的反应结束后，加快反应室10的冷却，以缩短反应室10的降温时间，从而增加碳纳米管批次制程的效率。如图2所示，当所述反应室冷却装置80设于反应室10内时，所述反应室冷却装置80可包括一设置于所述反应室10内的内管803，本实施例中所述内管803和反应室10平行且同轴。所述内管803的管壁和该反应室10的管壁形成一管腔801，该管腔801中包含冷却工作物质，此时载舟30与基板40设于所述内管803内。所述冷却工作物质可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一种或几种的混合。如图3所示，所述反应室冷却装置80也可包括至少一个反应室冷却管802，该反应室冷却管802中包含冷却工作物质，所述冷却工作物质可采用水、甲醇、乙醇、丙酮、己烷、液氨、液氮的一种或几种的混合。由于气体冷凝后密度变大，在反应室10中，冷气体会下沉，热气体会上升，因此反应室10内顶部的气体温度较高，为提高冷却效率，可使所述反应室冷却管802贴着反应室10的内壁或外壁分布于反应室10的顶部及底部，且反应室10顶部的反应室冷却管802分布密度大于该反应室10底部的反应室冷却管802分布密度。为降低制造成本，还可将所述反应室冷却管802绕设于所述反应室10外。
所述反应室冷却装置80使用时有别于所述气体冷却装置50，所述气体冷却装置50是在反应室10反应时开放，用于冷却反应室10排出的高温气体，再使冷却后的气体通过抽低压装置60排出。所述反应室冷却装置80是在反应结束后开放，以尽快降低反应室10内部的温度，快速取出样品。
请参阅图4，为本发明的第二实施例提供的碳纳米管制备装置100’，所述碳纳米管制备装置100’和第一实施例中的碳纳米管制备装置100不同之处在于气体冷却装置50’，该气体冷却装置50’包括至少一个设于连接管70内壁或外壁的气体冷却管503，该气体冷却管503中包含冷却工作物质。优选地，所述气体冷却管503绕设于连接管70外。所述气体冷却管503还可如图5所示设于连接管70的内壁。
相对于现有技术，所述碳纳米管制备装置在所述反应室和所述抽低压装置之间设置有一气体冷却装置，用于冷却反应室排出的气体，从而降低进入抽低压装置中的气体的温度，避免抽低压装置和高温气体接触，可延长抽低压装置的使用寿命。且碳纳米管制备装置通过一反应室冷却装置快速冷却反应后的反应室，可缩短反应室降温时间，从而增加碳纳米管批次制程的效率。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种碳纳米管制备装置，其包括一反应室，其具有一出气口；一抽低压装置，与所述反应室出气口相通，用于降低反应室内的气压；其特征在于所述反应室和所述抽低压装置之间设置有一气体冷却装置，用于冷却反应室排出的气体。
2.如权利要求1所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述碳纳米管制备装置还包括一连接管，该连接管连接反应室出气口和抽低压装置。
3.如权利要求2所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气体冷却装置为液冷式冷却装置。
4.如权利要求3所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气体冷却装置包括一可供所述连接管穿设的冷却室，该冷却室中包含冷却工作物质。
5.如权利要求4所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述连接管蛇形穿设于所述冷却室中。
6.如权利要求3所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气体冷却装置包括至少一个设于所述连接管内壁或外壁的气体冷却管，该气体冷却管中包含冷却工作物质。
7.如权利要求6所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述气体冷却管绕设于连接管外。
8.如权利要求1至7任一项所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述碳纳米管制备装置还包括一设于所述反应室内或反应室外的反应室冷却装置。
9.如权利要求8所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述反应室冷却装置包括一设置于所述反应室内的内管，该内管的外壁和该反应室的内壁形成一管腔，该管腔中包含冷却工作物质。
10.如权利要求8所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述反应室冷却装置包括多个反应室冷却管，该反应室冷却管中包含冷却工作物质。
11.如权利要求10所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述反应室冷却管绕设于所述反应室外。
12.如权利要求10所述的碳纳米管制备装置，其特征在于，所述反应室冷却管分布于反应室内的顶部和底部，且反应室内顶部的反应室冷却管分布密度大于该反应室内底部的反应室冷却管分布密度。
全文摘要
本发明提供一种碳纳米管制备装置，其包括一反应室，其具有一出气口；一抽低压装置，与所述反应室出气口相通，用于降低反应室内的气压；一气体冷却装置，设于所述反应室和所述抽低压装置之间，用于冷却反应室排出的气体。所述碳纳米管制备装置通过一气体冷却装置冷却反应室排出的气体，从而降低进入抽低压装置中的气体的温度，避免抽低压装置和高温气体接触，可延长抽低压装置的使用寿命。
文档编号C01B31/02GK1962426SQ200510101210
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者董才士, 李欣和 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司