浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及碳纳米管膜的制备与收集技术，具体为一种浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置。该装置包括：催化剂注入装置、浮动催化剂化学气相沉积反应腔、电刷吹气装置、成膜机，浮动催化剂化学气相沉积反应腔穿设于管式炉，浮动催化剂化学气相沉积反应腔内设置电刷吹气装置，电刷吹气装置为电刷主杆上均匀分布毛细管构成，均匀分布的毛细管形成毛细管刷，电刷主杆、毛细管均为管状通孔结构，毛细管与电刷主杆相连通，电刷主杆通过线路与内置有马达的电刷控制器连接。本实用新型专利技术克服了当前浮动催化剂化学气相沉积法生长的多壁碳纳米管无法浮动流出恒温反应区的问题，突破了本领域在该方面的技术瓶颈。突破了本领域在该方面的技术瓶颈。突破了本领域在该方面的技术瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置


[0001]本技术涉及碳纳米管膜的制备与收集技术，具体为一种浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置。

技术介绍

[0002]碳纳米管相互搭接可组装形成二维网络膜，是一种新型的功能材料。碳纳米管膜的宏观性能随着膜厚度而变化，例如，当膜中碳纳米管的厚度在10～100 nm 范围内时，碳纳米管薄膜则显示出较高的透光性以及良好导电性，可用做透明导电薄膜材料。当碳纳米管薄膜的厚度达到微米级别以上时，常用它作为超级电容器、燃料电池等的电极、加热元件等。
[0003]碳纳米管薄膜（厚度在微米级以下）的制备方法主要有以下三种：1）湿法成膜[文献1，Jo JW, Jun JW, Lee JU, Jo WH, ACS Nano, 2010, 4(9), 5382
‑
5388；文献2，Tenent RC, Barnes TM, Bergeson JD, Ferguson AJ, To B, Gedvilas LM, Heben MJ, Blackburn, JL, Advanced Materials, 2009, 21(31), 3210
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3216 ]；2）超顺排碳纳米管阵列拉膜[文献3，Zhang M, Fang S, Zakhidov AA, Lee SB, Aliev AE, Williams CD, Atkinson KR, Baughman RH, Science, 2005, 309(5738), 1215
‑<br/>1219；文献4，Feng C, Liu K,Wu JS, Liu L, Cheng JS, Zhang YY, Sun YH, Li QQ, Fan SS, Jiang KL, Advanced Functional Materials, 2010, 20(6), 885
‑
891]；3）浮动催化剂化学气相沉积干法成膜[文献5，Nasibulin AG，Kaskela A, Mustonen K, Anisimov AS, Ruiz V, Kivisto S, Rackauskas S, Timmermans MY, Pudas M, Aitchison B, Kauppinen M, Brown DP, Okhotnikov OG, Kauppinen EI, ACS Nano, 2011, 5(4), 3214
‑
3221]。其中，湿法成膜存在一个明显的缺点，即分散过程会破坏碳纳米管的本征结构，而薄膜上吸附的分散剂（绝缘体）很难完全去除，这使得薄膜的光电性能显著劣化。超顺排阵列拉膜则成本高、难以工业化生产。浮动催化剂化学气相沉积干法成膜具有可连续、易于扩大等优点，但目前制备的多为单壁碳纳米管薄膜（CN104261384B、CN101665247A、CN105271163A），尚缺少浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管厚膜的关键技术与设备。其主要原因是因为多壁碳纳米管的密度较单壁/双壁/少壁碳纳米管的要高，长度较短，因而不易于随载气流出反应区而进行干法成膜。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，采用浮动催化剂化学气相沉积直接干法收集多壁碳纳米管厚膜，提高浮动催化剂化学气相沉积法生长多壁碳纳米管浮动性，实现多壁碳纳米管厚膜的连续收集与转移，克服了当前浮动催化剂化学气相沉积法生长的多壁碳纳米管无法浮动流出恒温反应区的问题，突破了本领域在该方面的技术瓶颈。
[0005]本技术的技术方案是：
[0006]一种浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，该装置包括：催化剂注入装置、浮动催化剂化学气相沉积反应腔、电刷吹气装置、成膜机，具体结构如下：
[0007]浮动催化剂化学气相沉积反应腔穿设于管式炉，浮动催化剂化学气相沉积反应腔内设置电刷吹气装置，电刷吹气装置为电刷主杆上均匀分布毛细管构成，均匀分布的毛细管形成毛细管刷，电刷主杆、毛细管均为管状通孔结构，毛细管与电刷主杆相连通，电刷主杆通过线路与内置有马达的电刷控制器连接；催化剂注入装置为在电子蠕动泵上安装注射针尖构成，电子蠕动泵输出端的注射针尖伸至浮动催化剂化学气相沉积反应腔的一端进口处，注射针尖密封进入浮动催化剂化学气相沉积反应腔，浮动催化剂化学气相沉积反应腔的另一端出口通过软连接管与放大口径喷嘴相连通，放大口径喷嘴的下端口处设置气罩，气罩与成膜机上的滤膜顶部水平部分上表面相对应。
[0008]所述的浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，滤膜呈环形结构传动安装于滚轴上，所述环形结构滤膜内侧中部设置气相抽滤腔室，气相抽滤腔室内水平放置流化板，流化板的上方与滤膜顶部水平部分下表面及气罩的出口相对应。
[0009]所述的浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，气相抽滤腔室内底部设置抽气端口，抽气泵通过管路与抽气端口相连通；气罩罩扣于滤膜顶部水平部分上表面，气罩的一侧设置与大气环境连通的补气口。
[0010]所述的浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，电刷吹气装置的直径与浮动催化剂化学气相沉积反应腔的内径相同，电刷吹气装置的长度自恒温反应区直至浮动催化剂化学气相沉积反应腔尾端；浮动催化剂化学气相沉积反应腔为不锈钢管、刚玉管或石英管，其两端安装有水冷密封套。
[0011]所述的浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，放大口径喷嘴的下端口为长方形，宽为10～20 cm，长为20 cm～50 cm，电刷主杆的内径为0.5 cm～1cm，毛细管的内径为0.05 mm～0.2 mm。
[0012]本技术的设计思想是：
[0013]本技术通过在浮动催化剂化学气相沉积反应腔内开始生长碳管的位置安装电刷吹气装置促进多壁碳纳米管的流动性，结合碳管膜成膜机的抽力调控，使多壁碳纳米管快速流动，由恒温反应区流动到达反应器室温端口，沉积于成膜机的滤膜表面，通过控制滤膜的运行速度或往复运动圈数，实现多壁碳纳米管膜的厚度调控和连续制备。
[0014]本技术的优点及有益效果是：
[0015]1、本技术首次提出在浮动催化剂化学气相沉积反应腔体中安装电刷吹气装置，解决了浮动催化剂法中多壁碳纳米管因流动性差而无法流出高温区的技术瓶颈。
[0016]2、本技术首次在浮动催化剂化学气相沉积反应腔的尾端设计与安装多壁碳纳米管膜连续收集成膜机，通过调控泵的抽力不但可以促进恒温反应区碳管的快速流动，而且促进碳管在滤膜上的均匀分布。浮动催化剂化学气相沉积反应腔内的多壁碳纳米管随载气和成膜机的抽力而移动、沉积到滤膜表面，碳管薄膜的均匀性通过安装流化板和调控抽气、与补气大小实现。
[0017]3、本技术中由于滤膜与多壁碳纳米管的弱相互作用力，实现了多壁碳纳米管的简单剥离，而滤膜可循环使用。
[0018]4、本技术首次实现了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮动催化剂化学气相沉积法制备多壁碳纳米管膜的装置，其特征在于，该装置包括：催化剂注入装置、浮动催化剂化学气相沉积反应腔、电刷吹气装置、成膜机，具体结构如下：浮动催化剂化学气相沉积反应腔穿设于管式炉，浮动催化剂化学气相沉积反应腔内设置电刷吹气装置，电刷吹气装置为电刷主杆上均匀分布毛细管构成，均匀分布的毛细管形成毛细管刷，电刷主杆、毛细管均为管状通孔结构，毛细管与电刷主杆相连通，电刷主杆通过线路与内置有马达的电刷控制器连接；催化剂注入装置为在电子蠕动泵上安装注射针尖构成，电子蠕动泵输出端的注射针尖伸至浮动催化剂化学气相沉积反应腔的一端进口处，注射针尖密封进入浮动催化剂化学气相沉积反应腔，浮动催化剂化学气相沉积反应腔的另一端出口通过软连接管与放大口径喷嘴相连通，放大口径喷嘴的下端口处设置气罩，气罩与成膜机上的滤膜顶部水平部分上表面相对应。2.按照权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏翔，刘畅，成会明，石超，孙东明，吴安萍，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：新型
国别省市：