專利名稱：一種合成碳納米管陣列的v型火焰燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于碳納米管合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種合成碳納米管陣列的V型 火焰燃燒器。
背景技術(shù)：
碳納米管(Carbon Nanotube，CNT)是由一層或者多層石墨按照一定螺旋角卷曲而 成的、直徑為納米級(jí)的管狀納米材料。碳納米管準(zhǔn)一維納米新型碳材料具有獨(dú)特的電學(xué)、化 學(xué)和機(jī)械性能。研究表明CNT的強(qiáng)度約為鋼的100倍，而密度卻只有鋼的六分之一。CNT的 電阻為4. 2 190k Ω / μ m，其軸向熱導(dǎo)率高達(dá)6600W/ (m · K)，比金屬的熱導(dǎo)率高出1個(gè)數(shù) 量級(jí)，與迄今為止導(dǎo)熱性最好的材料金剛石相當(dāng)；CNT具有豐富電子結(jié)構(gòu)，是下一代微電子 技術(shù)最有希望的元器件之一。但是自由生長(zhǎng)的碳納米管雜亂無(wú)章、相互纏繞，限制了碳納米 管的應(yīng)用開發(fā)，特別是在器件化方面的應(yīng)用。而定向碳納米管陣列在場(chǎng)發(fā)射、電極材料、超 級(jí)電容、傳感器等方面顯示了較好的性能，是制造基于碳納米管的場(chǎng)發(fā)射平板顯示器的關(guān) 鍵技術(shù)。因此，實(shí)現(xiàn)碳納米管陣列的高效、連續(xù)批量、低成本合成成為碳納米管應(yīng)用的關(guān)鍵。目前對(duì)于碳納米管陣列的合成法代表性研究主要有下面一些解思深等(LiW Z, Xie S S, Qian L X，et al. Science，1996，274 1701 1703) 提出利用孔道限制CNT取向的方法制備了碳納米管陣列。他們通過(guò)采用溶膠凝膠的方法， 將鐵催化劑顆粒分散到正硅酸乙酯水解形成的凝膠中，然后通入乙炔氣體，并采用控制溫 度為700°C的化學(xué)氣相沉積過(guò)程，分散在孔道中的納米級(jí)的鐵催化劑顆粒在一合適的溫度 窗口內(nèi)催化合成碳納米管并通過(guò)孔道限位，使CNT取向生長(zhǎng)，從而獲得長(zhǎng)徑比很大的碳納 米管陣列。Ren 等(Ren Z F, HuangZ P, Xu Jff, et al. Science，1998，282 (5391) 1105 1107)提出的方法首先在玻璃基板上濺射上一層15nm 60nm的鎳膜，再經(jīng)過(guò)氨氣的刻蝕 獲得分散的催化劑顆粒，然后以乙炔為碳源通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，在660°C下制 備出垂直于玻璃表面的定向多壁碳納米管陣列。等離子的誘導(dǎo)對(duì)CNT的定向生長(zhǎng)起到了促 進(jìn)作用。范守善等(Melechko A V, MerkulovV I，McKnightT E, et al. JournalofApplied Physics, 2005,97 (4) :104 130)首次利用薄膜催化熱化學(xué)氣相沉積成功制備了多壁碳納 米管陣列，該法首先用電化學(xué)腐蝕單晶硅片獲得多孔硅，然后在多孔硅表面通過(guò)電子束蒸 鍍獲得5nm的鐵催化劑膜，經(jīng)空氣氣氛退火形成催化劑顆粒后，以乙炔為碳源，反應(yīng)溫度為 700°C，在熱化學(xué)氣相沉積爐中生長(zhǎng)出了垂直于基板表面的多壁碳納米管陣列。但以上合成碳納米管陣列的方法大都采用化學(xué)氣相沉積方法，且所采用設(shè)備均較 為昂貴，反應(yīng)步驟較為復(fù)雜。迄今為止，尚沒(méi)有高效、連續(xù)批量、低成本合成碳納米管陣列的 方式。本實(shí)用新型在2006年孫保民、趙惠富(專利號(hào)PNCN1830770-A)提出的V型和圓錐 型熱解火焰合成碳納米管的燃燒器及合成方法基礎(chǔ)上提供了一種V型火焰合成碳納米管 陣列的V型火焰燃燒器。實(shí)用新 型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有碳納米管合成所用設(shè)備昂貴，反應(yīng)步驟較為復(fù)雜的問(wèn)題，提 出一種高效、連續(xù)批量、低成本合成碳納米管陣列的V型火焰燃燒器。本實(shí)用新型的V型火焰燃燒器包括V型等腰體、矩形中心管、外部火焰噴口、取樣 基板，其特征在于V型等腰體兩側(cè)設(shè)置為開口，底部與矩形中心管相接；外部火焰噴口與矩 形中心管左右側(cè)面平行放置；取樣基板按垂直于矩形中心管的方向置于V型等腰體中央。所述取樣基板為依次涂上緩沖涂層和催化劑涂層的拋光單晶硅片或石英片。所述緩沖涂層為單質(zhì)鋁、催化劑涂層為單質(zhì)鐵、單質(zhì)鎳或單質(zhì)鈷。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型直接采用火焰作為熱源，提高了反應(yīng)的加熱 速率及能量利用率，減少了反應(yīng)時(shí)間及能源消耗。本實(shí)用新型提供的V型火焰燃燒器把火 焰加熱和碳納米管合成過(guò)程分開，從而避免了燃料中的富裕的碳源導(dǎo)致大量炭黑及納米膠 囊的產(chǎn)生，能夠高效地合成更高質(zhì)量的碳納米管陣列。

圖1為本實(shí)用新型V型火焰燃燒器三維結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型V型火焰燃燒器原理示意圖；圖中標(biāo)號(hào)1-V型等腰體；2-矩形中心管；3-外部火焰噴口 ；4-取樣基板；5-火 焰；6-可燃預(yù)混氣體；7-反應(yīng)物混合氣體；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳述實(shí)施例1 本實(shí)用新型所述一種V型火焰燃燒器主要由V型等腰體1、矩形中心管2、外部火 焰噴口 3、取樣基板4組成；V型等腰體1兩側(cè)設(shè)置為開口，底部與矩形中心管2相接；外部 火焰噴口 3與矩形中心管2左右側(cè)面平行放置(圖1、圖2)；在拋光單晶硅片或石英片表面 通過(guò)磁控濺射，依次鍍一層20 50nm的鋁Al及5 IOnm的鐵Fe，制成取樣基板；將取樣 基板按垂直于矩形中心管的方向置于V型等腰體中央。利用本實(shí)用新型所述V型火焰燃燒器合成碳納米管陣列，操作步驟為(1)首先，將V型火焰燃燒器點(diǎn)火，乙炔和氧氣組成的可燃預(yù)混氣體從V型體外部 火焰噴口噴出，并穩(wěn)定燃燒，對(duì)V型口進(jìn)行加熱，為碳納米管陣列的合成提供高溫?zé)嵩矗煌?過(guò)調(diào)節(jié)燃氧比來(lái)調(diào)節(jié)火焰燃燒的劇烈程度，從而改變V型口取樣區(qū)溫度(550 700°C)；(2)其次，向矩形中心管通入甲烷、氫氣和氮?dú)?，為碳納米管陣列的合成提供碳 源；(3)最后，將取樣基板放于燃燒器的V型出口處，加熱3 5min后取下，得到碳納 米管陣列。
權(quán)利要求1.一種V型火焰燃燒器，其特征在于，所述燃燒器主要由V型等腰體(1)、矩形中心管 O)、外部火焰噴口(3)、取樣基板(4)組成；V型等腰體(1)兩側(cè)設(shè)置為開口，底部與矩形中 心管( 相接；外部火焰噴口( 與矩形中心管( 左右側(cè)面平行放置；取樣基板(4)按垂 直于矩形中心管O)的方向置于V型等腰體中央。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種V型火焰燃燒器，其特征在于，所述取樣基板(4)為依次涂 上緩沖涂層和催化劑涂層的拋光單晶硅片或石英片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種V型火焰燃燒器，其特征在于，所述緩沖涂層為單質(zhì)鋁、催 化劑涂層為單質(zhì)鐵、單質(zhì)鎳或單質(zhì)鈷。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于碳納米管合成技術(shù)領(lǐng)域的一種合成碳納米管陣列的V型火焰燃燒器。該V型火焰燃燒器由V型等腰體、矩形中心管、外部火焰噴口、取樣基板組成，V型等腰體兩側(cè)設(shè)置為開口，底部與矩形中心管相接，外部火焰噴口與矩形中心管左右側(cè)面平行放置，取樣基板按垂直于矩形中心管的方向置于V型等腰體中央。本實(shí)用新型的裝置直接采用火焰作為熱源，提高了反應(yīng)的加熱速率及能量利用率，減少了反應(yīng)時(shí)間及能源消耗。
文檔編號(hào)C01B31/02GK201914921SQ20102064171
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者孫保民, 許秉浩, 趙惠富, 郭永紅 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)