碳纳米管制备系统技术方案

本发明专利技术涉及一种碳纳米管制备系统，包括预生长管，用于碳纳米管生成前原料的前期预备反应。雾化器用于将碳纳米管原料雾化后喷入预生长管内。雾化器设置在预生长管的前端，雾化器具有喷雾输出管，喷雾输出管延伸至预生长管内。生长管，用于碳纳米管的生成，和对生成的碳纳米管进行延续生长。生长管的前端密封连接于预生长管的后端。以及气幕发生器，用于在喷雾输出管的出口周围形成包裹雾化气流的气幕，气幕沿平行预生长管延伸方向延伸。气幕发生器设置在所述预生长管内。本发明专利技术的系统在喷雾输出管的周围形成气幕。一方面通过气幕在预生长管中形成层流，稳定气流，另一方面避免杂质或碳纳米管的粘黏，保证碳纳米管的延续性生长。

Carbon nanotube preparation system

The invention relates to a carbon nanotube preparation system, which comprises a pre-growing tube for the pre-preparation reaction of raw materials before the formation of carbon nanotubes. The atomizer is used to atomized the carbon nanotubes and spray into the pre growth tube. The atomizer is arranged at the front end of the pre-growing tube, and the atomizer has a spray output tube which extends to the pre-growing tube. The growth tube is used for the generation of carbon nanotubes and the continuous growth of the generated carbon nanotubes. The front end of the growth tube is sealed and connected to the rear end of the pre growth tube. A gas curtain generator is used to form a gas curtain encapsulating atomized air around the outlet of the spray output pipe, and the gas curtain extends along the extension direction of the parallel pre-growth pipe. The air curtain generator is arranged in the pre growth pipe. The system of the invention forms air curtain around the spray output tube. On the one hand, laminar flow is formed through gas curtain in the pre-growth tube to stabilize the air flow. On the other hand, the stickiness of impurities or carbon nanotubes is avoided to ensure the continuous growth of carbon nanotubes.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管制备系统
本专利技术涉及碳纳米管制备设备，特别是涉及一种碳纳米管制备系统。
技术介绍
作为典型的一维纳米材料，碳纳米管材料具有优异的力学、热学和电学性能，其应用领域广泛。国内外的很多高校、研究机构和公司都在研究如何能够合成宏观上性能更加优异的碳纳米管材料。目前较为普遍的碳纳米管合成方法是基于化学气相沉积(CVD)法制备宏观碳纳米管材料，如碳纳米管薄膜和碳纳米管纤维。但是实验室阶段的研究和产业化大规模生产之间是有很大区别的，尤其是CVD工艺，随着设备尺寸的放大，不稳定因素的影响也在增大，很多实验室阶段没有显现的问题，在产业化时都会对碳纳米管材料的合成和品质带来显著的影响。因此，如何提高工艺的稳定性和生产的连续性，成为碳纳米管产业化中的重要问题。现有技术中，有通过设置电场或磁场的方式，来引导和牵引碳纳米管生长方向和连续生长的方法。但是在产业化过程中，增加了设备的复杂性和控制难度，难以成熟的应用。因此，如何简易可行地提高工艺的稳定性和连续性仍是有待解决的问题。
技术实现思路
基于此，针对如何实现碳纳米管生产的稳定性和连续性的问题，有必要提供一种碳纳米管合成系统，让该系统能够保证工艺中的气流的稳定性，保证碳纳米管连续稳定合成，来促进碳纳米管材料生产的产业化。本专利技术提供，一种碳纳米管制备系统，其特征在于，包括：预生长管，用于碳纳米管生成前，原料的前期预备反应；雾化器，用于将碳纳米管原料雾化后喷入所述预生长管内；所述雾化器设置在所述预生长管的前端，所述雾化器具有喷雾输出管，所述喷雾输出管延伸至所述预生长管内；生长管，用于碳纳米管的生成，和对生成的碳纳米管进行延续生长；所述生长管的前端密封连接于所述预生长管的后端；以及气幕发生器，用于在所述喷雾输出管的出口周围形成包裹雾化气流的气幕，所述气幕沿平行所述预生长管延伸方向延伸；所述气幕发生器设置在所述预生长管内。上述碳纳米管制备系统，在雾化器的喷雾输出管的周围形成气幕。一方面通过气幕在预生长管中形成层流，稳定气流，另一方面避免杂质或碳纳米管的粘黏，保证碳纳米管的延续性生长。在其中一个实施例中，所述气幕发生器包括至少一个气幕形成板，所述气幕形成板上开设有多个气孔。在其中一个实施例中，所述气幕形成板呈环形，所述喷雾输出管位于在所述气幕形成板的中心镂空处；所述气孔在所述气幕形成板上呈辐射状分布。在其中一个实施例中，所述气幕形成板的边缘轮廓与所述预生长管的内壁相匹配，至少部分所述气孔位于所述气幕形成板的边缘区域，以形成紧贴所述预生长管内壁的气幕流。在其中一个实施例中，所述气幕发生器还包括至少一个用于将载气输入所述预生长管的进气口，所述进气口位于所述预生长管的前端。在其中一个实施例中，所述预生长管与所述生长管之间通过管状第一绝热件连接。在其中一个实施例中，所述预生长管内的温度为200-950摄氏度；所述生长管内的温度为1100-1600摄氏度。在其中一个实施例中，所述预生长管包括第一预生长段和第二预生长段；所述第一预生长段靠近所述预生长管的前端，所述第二预生长段靠近所述预生长管的后端；所述第一预生长段内的温度和第二预生长段内的温度不同。在其中一个实施例中，所述第一预生长段外设置有第一温度控制器，所述第二预生长段外设置第二温度控制器；所述第一预生长段和所述第二预生长段之间通过第二绝热件连接。在其中一个实施例中，所述第一温度控制器包括第一加热装置和第一冷却装置；所述第二温度控制器包括第二加热装置和第二冷却装置。在其中一个实施例中，所述第一预生长段内的温度为200-300摄氏度；所述第二预生长段内的温度为700-950摄氏度。在其中一个实施例中，所述生长管内壁设有用于防止所述纳米材料附着在所述生长管内壁上的防粘黏涂层。在其中一个实施例中，所述防粘黏涂层为氧化锆或氧化锌。在其中一个实施例中，所述生长管上开设有用于通入载气使所述载气在所述生长管内壁表面形成气体保护层的通气孔，所属通气孔贯穿所述生长管的管壁且均匀分布。在其中一个实施例中，所述通气孔的轴向与所述生长管的延伸方向之间的夹角小于5度。在其中一个实施例中，所述雾化器包括用于将所述原料均匀混合雾化后喷出的超声雾化喷嘴、和用于调节超声波数值的超声控制器。在其中一个实施例中，所述纳米材料合成系统为直立式或卧式。在其中一个实施例中，所述预生长管和所述生长管竖直设置，所述雾化器沿所述预生长管和所述生长管延伸方向竖直设置。在其中一个实施例中，所述气幕沿重力方向平行分布。附图说明图1为产业化连续生产碳纳米管材料生产系统的一个实施例的结构示意图；图2为本专利技术的一个实施例的碳纳米管合成系统的结构示意图；图3为图2中的一个实施例的气幕形成板的结构示意图；其中图3a为气幕形成板的正视图，图3b为气幕形成板沿B-B的截面图，图3c为图3b中虚线部分D处的局部放大图；图4为图2中的另一个实施例的气幕形成板的结构示意图；其中图4a为气幕形成板的正视图，图4b为气幕形成板沿C-C的截面图，图4c为图4b中虚线部分E处的局部放大图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。目前，碳纳米管的制备方法基本上都是利用各种外加能量，将碳源分解成原子或离子形态，然后再聚集生成碳纳米管宏观材料。一般来说，碳纳米管主要的制备方法有三种，即电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法。产业化中多采用化学气相沉积(CVD)法制备碳纳米管。CVD制备碳纳米管主要是以气态或液态烃类物质作为碳源，将碳源雾化后，在适当的温度下，通过加入催化剂，碳源在催化剂颗粒表面裂解为碳原子团簇，然后碳原子重新组合形成碳纳米管，再通过特殊设计的收集装置得到形态不同碳纳米管材料。其中，催化剂与碳源一同，由载气一起携带进入炉体，该制备方式称之为浮动催化碳纳米管制备技术。本专利技术中主要采用浮动催化碳纳米管工艺来制备碳纳米管。图1为产业化连续生产碳纳米管材料生产系统的一个实施例的结构示意图。如图1所示，碳纳米管的生产系统100包括碳纳米管制备系统200、碳纳米管收集系统300以及排气系统400。碳纳米管制备系统200用于将原料合成制备成连续的碳纳米管。碳纳米管收集系统300用于将制备的碳纳米管进行致密，并加工成型为所需要的材料，并进行收集。碳纳米管收集系统300可以将碳纳米管加工成线材或薄膜片材后收集成卷。排气系统400用于将反应后的气体进行收集并统一处理，以避免生产系统100内的有害气体排出到大气中，并避免生产系统100内的剩余气体干扰内部气流的稳定性。图2是本专利技术的一个实施例的碳纳米管制备系统的结构示意图。如图2所示，碳纳米管制备系统200包括预生长管210、雾化器220、生长管230以及气幕发生器240。预生长管210用于碳纳米管生成前，原料的前期预备反应。雾化器220用于将碳纳米管原料雾化后喷入所述预生长管210内。所述雾化器220设置在所述预生长管210的前端。所述雾化器220具有喷雾输出管221，所述喷雾输出管221延伸至所述预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管制备系统，其特征在于，包括：预生长管，用于碳纳米管生成前原料的前期预备反应；雾化器，用于将碳纳米管原料雾化后喷入所述预生长管内；所述雾化器设置在所述预生长管的前端，所述雾化器具有喷雾输出管，所述喷雾输出管延伸至所述预生长管内；生长管，用于碳纳米管的生成，和对生成的碳纳米管进行延续生长；所述生长管的前端密封连接于所述预生长管的后端；以及气幕发生器，用于在所述喷雾输出管的出口周围形成包裹雾化气流的气幕，所述气幕沿平行所述预生长管延伸方向延伸；所述气幕发生器设置在所述预生长管内。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管制备系统，其特征在于，包括：预生长管，用于碳纳米管生成前原料的前期预备反应；雾化器，用于将碳纳米管原料雾化后喷入所述预生长管内；所述雾化器设置在所述预生长管的前端，所述雾化器具有喷雾输出管，所述喷雾输出管延伸至所述预生长管内；生长管，用于碳纳米管的生成，和对生成的碳纳米管进行延续生长；所述生长管的前端密封连接于所述预生长管的后端；以及气幕发生器，用于在所述喷雾输出管的出口周围形成包裹雾化气流的气幕，所述气幕沿平行所述预生长管延伸方向延伸；所述气幕发生器设置在所述预生长管内。2.根据权利要求1所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述气幕发生器包括至少一个气幕形成板，所述气幕形成板上开设有多个气孔。3.根据权利要求2所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述气幕形成板呈环形，所述喷雾输出管位于在所述气幕形成板的中心镂空处；所述气孔在所述气幕形成板上呈辐射状分布。4.根据权利要求2或3所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述气幕形成板的边缘轮廓与所述预生长管的内壁相匹配，至少部分所述气孔位于所述气幕形成板的边缘区域，以形成紧贴所述预生长管内壁的气幕流。5.根据权利要求2或3所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述气幕发生器还包括至少一个用于将载气输入所述预生长管的进气口，所述进气口位于所述预生长管的前端。6.根据权利要求1-3中任一项所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述预生长管与所述生长管之间通过管状第一绝热件连接。7.根据权利要求6所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述预生长管内的温度为200-950摄氏度；所述生长管内的温度为1100-1600摄氏度。8.根据权利要求1-3中任一项所述的碳纳米管制备系统，其特征在于，所述预生长管包括第一预生长段和第二预生长段；所述第一预生长段靠近所述预生长管的前端，所述第二预生长段靠近所述预生长管的后端；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：勇振中，李清文，金赫华，李达，李志，
申请(专利权)人：苏州捷迪纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32