制造纳米管结构的系统和方法技术方案

提供一种能制造纳米级和更大的管结构的管制造系统。该系统用于控制有关所使用的原料片材的结构和原子组成，并且对所使用的片材提供动力，以便使该片材连续前进通过各种系统部件。在形成管结构之后，可以用它们提供用于制造宏观的物品的原料，从而由于在该制造系统和方法中所形成的管结构的设计性能，增加这样的物品的性能和能力水平。还公开了用于制造纳米管的工艺，同样公开了通过本发明专利技术的工艺和系统制造的纳米管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米管的制造，并且更具体地+兌，涉及纳米管以 及形成和/或制造纳米管和纳米管结构的系统和方法。
技术介绍
碳纳米管是具有机械、电学、和化学性能的管状含碳结构， 这些性能使它们在许多领域包括电子、机械、和医药应用中具有 潜在的应用。例如，它们显示出优异的强度，主要是由于在组成 管的碳原子之间存在强的spM建。而且，它们显示出引人关注的电 性能如一些管由于碳原子沿着该管的长轴排列而具有高电导率。 它们也显示出使它们对多种用途具有吸引力的热性质，如电脑芯 片的散热器。此外，由于它们是中空的，它们能容纳、传输、并 最终释放物质。这种性能使它们对医学应用非常有用。正在进行 大量研究以便确定这些小结构的其它独特并且有用的性能。纳米管是具有富勒烯的基本点阵结构的圆柱形碳晶格。大部 分纳米管在一端或两端被半富勒烯分子封端。纳米管的特征在于 具有l纳米(lnm)到只有几个(例如5-10)或几十(例如50)纳 米的外径。虽然许多纳米管只是比它们的宽度长几倍，但是已经 制造了 一些具有长度比它们的宽度长数百万倍的纳米管。纳米管可以使其本身排列成绳状结构，使得可制造优异强度但重量相当 轻的长导线。已经以两种不同类型的基本结构制造纳米管单壁纳米管 (SWNT)和多壁纳米管(MWNT)。如同它们名称的含义那样， SWNT是具有包裹内部空间的单壁的管，而MWNT是单一 内部空 间被许多排列成嵌套圆筒的管状壁结构包裹的管。由于它们的不 同结构，并且由于制备它们的难易差异，SWNT和MWNT正在成 为目标(targeted )并用于不同用途(虽然许多用途是重叠的)。现在，有许多用于生产或制造碳纳米管的已知工艺和方法。 这些方法可以包括电弧放电、激光烧蚀、和化学气相沉积。在电 弧放电方法中，通过在两个碳电极之间的电弧放电形成含碳蒸汽， 并且碳纳米管由该蒸汽自组装。不幸的是，这种方法导致高水平 的杂质，这些杂质如果可以根本去除的话，也很昂贵。在激光烧 蚀方法中，高能激光束撞击许多含碳原料气体。虽然由激光烧蚀 生产的纳米管比由电弧放电生产的纳米管纯净，但是产率明显更 低。在化学气相沉积方法中，含碳气体暴露在加热的活性金属中， 这导致在加热的金属表面上形成纳米管。可大规模地使用化学气 相沉积，但是经常并且不可控制地生产具有宽范围直径的SWNT 和MWNT的混合物，该SWNT质量总是差的。而且，它要求从存 在于反应中的烟灰和金属中提纯纳米管。美国专利No.6，455，021公开一种电弧放电方法，通过该方法， 在生产碳纳米管中，在很高温度下，将前体气流暴露于等离子体 放电中。然而，通过这种方式产生的纳米管可以包括大量污染物。美国专利No.6，331，690公开一种与生产纳米管有关的激光烧 蚀方法，由此高能激光聚焦在碳靶上。该方法与电弧放电方法相 比，可以产生具有相对较少的污染物的纳米管，但是生产率低。 激光烧蚀方法投资也大。美国专利No.6，689，674公开一种用于纳米管生产的化学气相 沉积(C VD )方法，通过该方法，〗夸前体气流加热并且指向 (directed)活性金属表面。在碳纳米管的生产中使用CVD可以 产生高的产率和相对较少的污染物。然而，生产的碳纳米管可能 具有许多缺陷。由于富勒烯点阵的复杂性以及可以将其巻绕以形成圆柱或管 的不同方式，具有不同点阵构形的纳米管可以具有不同的物理性 能。使用三种主要类型的纳米管点阵之字型、手性和扶手椅型， 通常，认为这三种类型之间的差异是基于在巻绕成管之前石墨 (graphine )片相对于沿着该管的中心轴的取向。这些目前可用的制造纳米管的方法，如上所述，可形成在其 物理性能包括壁的数量、长度、直径和点阵结构中具有光谱可变 性的纳米管。因而，目前的方法不允许预先选择并且仅仅生产一 种纳米管，所述一种纳米管具有单一的壁、长度、直径、和点阵 结构或构形。与这样的高温生长方法有关的制造成本高，因为这 种间歇式工艺需要能源成本和时间。因而，需要一种可靠的、 一致的、被控制的和成本有效的方 法，这样可以在大批量生产工艺中生产其中有关长度、直径和点 阵结构具有专一性的纳米管结构。
技术实现思路
本专利技术通过提供具有所需特性的纳米管来解决本领域的需 求。本专利技术也提供生产纳米管的工艺(在本文中可相互替换成"方 法")，该工艺迅速、方便、可靠并且相对便宜，此外，由于该制 造工艺，本专利技术的纳米管具有极低的缺陷率，并且在结构中非常 均匀。而且，本专利技术的工艺允许生产相当长的均匀结构的纳米管， 该长度主要取决于用于制造纳米管的石墨烯(graphene)材料的长度和质量。因而，本专利技术提供相当长的碳纳米管。考虑到上述 纳米管和工艺，本专利技术提供用于制造本专利技术的纳米管的系统和设 备。通常，本专利技术的工艺包括使用机械力使纳米厚度的材料如大 约 一 个原子厚度的石墨烯片沿着单 一 轴弯曲，以便由该材料形成 圆形或更优选半圆形结构。该工艺进一 步包括使用机械力或电磁 辐射以便在选择的位置或沿着平行于轴线的所选线路劈开弯曲的 材料，其中沿着该线路引入弯曲。在劈开弯曲的材料时，存在两 个弯曲材料的边缘，每一边缘平行于另 一个边缘延伸，并且每一边缘沿着该材料的曲率轴延伸。因而，本专利技术的工艺是机械合成 工艺。根据该工艺的一个方面，使两个边缘足够接近，使它们能 沿着它们的整个长度彼此连接，从而形成管状结构，该管状结构 是纳米管。根据另一个方面，使两个不同的弯曲并劈开的材料接 近，使第 一 弯曲材料的第 一 边缘与第二弯曲材料的第 一 边缘接近， 并且使第一弯曲材料的第二边缘与第二材料的第二边缘接近。然 后彼此接近的边缘相互连接，形成管状结构或纳米管。在第三方 面中，使弯曲材料在要形成边缘的位置处接近，然后该边缘在两 种材料中同时或基本上同时形成。这导致两片的劈开边缘在劈开 之后立即被放置成彼此接近。该工艺所有方面的连接过程可自发或通过施加能 量或机械力进行调节 (mediated )。可以应用本专利技术的工艺制造基本上任何长度的纳米管，该长 度主要取决于用作纳米管材料的原料的长度和质量。而且，由于 至少部分通过机械、电动机械、或电磁方式(即，不是通过化学 或生物合成)控制该工艺，所以可以实现高水平的再现性和精确 性，形成具有预定长度、直径、和壁结构的高度均匀的纳米管。 因而，本专利技术提供不同长度、直径、和壁结构的纳米管。在其基本形式中，本专利技术的系统通常包括对适合形成纳米7管的材料片施加应力的设备；在一点或多点处或沿着该片的一条 线路或多条线路劈开该材料片的设备；和将该材料供应和/或移走 的设备。在实施方案中，所有这些功能通过单一设备提供，而在 其它情况，提供两种或多种不同设备实现这些功能。在优选实施 方案中，该系统进一步包括一个或多个设备，该设备使劈开的片 材料形成能够形成大致圆形或管状的形状，或使许多劈开的片形 成能够形成整个圆形或管状的形状。该系统可进一 步包括一个或 多个设备，该设备将起始材料调准和/或供应到一个或多个设备， 该设备给予应力和/或劈开该起始材料。另夕卜，该系统可以包括一 个或多个接收和/或传送劈开的材料和/或纳米管的设备。此外，该 系统可以包括用于纳米管或等待形成纳米管的纳米纤维的维持部 件。而且，该系统可以包括制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产纳米管的系统，所述的系统包括：　对适合用于形成纳米管的片材施加机械应力的设备；　劈开该片材的设备；和　供应或移走该片材的设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文沙利文，
申请(专利权)人：纳米源有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]