專利名稱：用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
碳納米管為由碳原子構(gòu)成的中空圓筒。它們的外觀呈由石墨構(gòu)成的巻 繞管的形狀，這樣它們的壁為六邊形的碳環(huán)，并且它們通常以大束的形式 形成。
由于擁有與結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的金屬導(dǎo)電性和半導(dǎo)體導(dǎo)電性，目前碳納米管 是應(yīng)用于諸如電化學(xué)貯存裝置的電極(例如，蓄電池或超級電容器)、電磁 屏蔽罩、場發(fā)射顯示器或氣體傳感器等多種技術(shù)領(lǐng)域的最佳候選物
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
通常，由于包括向/從反應(yīng)管裝載御載CNT合成基底的步驟以及從反應(yīng) 管卸載基底以從中收回CNT的步驟的大部分生產(chǎn)步驟仍由手動(dòng)控制，碳納 米管(CNTs)的生產(chǎn)量很小。因此，難以實(shí)施連續(xù)的工藝和大規(guī)模生產(chǎn)。
技術(shù)方案
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及一種用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)。在一個(gè)示 例性實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以包括在其中實(shí)施在合成基底上生產(chǎn)碳納米管的 工藝的反應(yīng)室；布置在所述反應(yīng)室的一側(cè)并設(shè)有用于向/從所述反應(yīng)室裝載 /卸載合成基底的第一輸送器的臺(tái)站部分；以及在其中容納將被裝載到反應(yīng) 室的基底或從反應(yīng)室中卸載的合成基底在此等待的基底容納部分。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以包括在其中實(shí)施在合成基底上 生產(chǎn)碳納米管的工藝的反應(yīng)室；布置在所述反應(yīng)室的一側(cè)并具有用于向/從 反應(yīng)室裝載/卸載合成基底的第一輸送器的臺(tái)站部分；安裝在所述臺(tái)站部分 內(nèi)以用于向/從反應(yīng)室裝載/卸載合成基底的第一輸送器；在其中容納將被裝載到反應(yīng)室的基底或從反應(yīng)室中卸載的合成基底在此等待的基底容納部 分；用于從基底容納部分抽出合成基底以收回在合成基底上生產(chǎn)的碳納米 管的收回部分；構(gòu)造成用于在合成基底容納在臺(tái)站部分的基底容納部分內(nèi)
之前在合成基底上涂覆催化劑的催化劑涂覆單元；用于在收回部分和基底
容納部分之間以及催化劑涂覆單元和基底容納部分之間輸送合成基底的第 二輸送器。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例還涉及一種用于生產(chǎn)碳納米管的方法。在一個(gè)
示例性實(shí)施例中，該方法可以包括利用催化劑涂覆合成基底；將涂覆有催 化劑的基底裝載到反應(yīng)室內(nèi)；將源氣體供給到反應(yīng)室內(nèi)，以合成碳納米管 和合成基底；將處理過的基底從反應(yīng)室中卸載；在預(yù)定溫度以下冷卻卸載 的合成基底；以及從冷卻后的合成基底收回碳納米管。 有益效果
通過以上描述可知，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)可以自動(dòng)地生產(chǎn)碳納 米管；(2)可以大規(guī)模地生產(chǎn)碳納米管；(3)由于反應(yīng)室中的工藝被連續(xù) 地保持，因此合成基底的碳納米管被連續(xù)地合成，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速率；(4) 催化劑被自動(dòng)地精確供給，以提高工藝可靠性；以及(5)碳納米管被自動(dòng) 地收回，以精確地計(jì)算生產(chǎn)率。


圖l示出了根據(jù)本發(fā)明用于利用反應(yīng)室生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)；
圖2示出了構(gòu)造成用于冷卻安裝在反應(yīng)室處的0型環(huán)的冷卻管線；
圖3示出了構(gòu)造成用于加熱反應(yīng)管的加熱單元；
圖4是示出支撐框架安裝在其中的反應(yīng)室的一個(gè)實(shí)例的剖面圖5是示出支撐框架安裝在其中的反應(yīng)室的另一個(gè)實(shí)例的剖面圖;
圖6是圖1中所示的催化劑涂覆單元的構(gòu)造圖7是沿圖6中的線A-A'截取的剖面的頂部平面圖8至圖10示出了催化劑涂覆單元處的催化劑涂覆步驟；
圖l l是圖1中所示的基底容納部分和第一輸送器的頂部平面圖12是基底容納部分的側(cè)視圖13是第一輸送器的透視圖；圖14是基底容納部分的箱體的透視圖15示出了構(gòu)造成用于冷卻圖14中示出的臂的冷卻構(gòu)件; 圖16是圖15中所示的葉片(或刀片)的透視圖； 圖17至圖19示出了在葉片上形成的突起的不同實(shí)施例； 圖20是收回部分的透視圖21是圖20中所示的收回部分的頂部平面圖； 圖22示出了在收回部分處收回碳納米管的步驟；
圖23是示出利用一系統(tǒng)生產(chǎn)碳納米管的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中，在這些附圖中示 了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以通過多種不同的形式實(shí)施，并 且不應(yīng)當(dāng)理解為局限于這里給出的實(shí)施例。相反，這些實(shí)施例被提供，以 為了使公開的內(nèi)容將是全面和完整的，并且將完全地將本發(fā)明的范圍傳達(dá) 給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。在附圖中，為清楚起見， 一些層和區(qū)域的厚度被放 大。在整個(gè)說明書中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)l的一個(gè)實(shí)例在圖l中示出。該系統(tǒng)l包括合成
基底IO、反應(yīng)室100以及預(yù)先/后續(xù)處理室。
合成基底10被用作在其中合成碳納米管(CNT)的基板。CNT合成基 底可以為硅晶片、銦錫氧化物(ITO)基底、涂覆有ITO的玻璃、鈉鈣玻璃、 康寧(耐熱)玻璃或氧化鋁。但是，只要其具有足夠大的強(qiáng)度以合成(生 長，生產(chǎn))碳納米管，也可以采用其它材料。
反應(yīng)室100被提供，以實(shí)施在合成基底10上生產(chǎn)碳納米管的工藝。預(yù)先 /后續(xù)處理室被提供，以實(shí)施用于將合成基底向/從反應(yīng)室100裝載御載的預(yù) 先處理工藝和后續(xù)處理工藝。預(yù)先處理工藝和后續(xù)處理工藝包括將催化劑 20涂覆在合成基底上的工藝和收回在合成基底上形成的碳納米管的工藝 (過程)。預(yù)先/后續(xù)處理室包括臺(tái)站部分200、第一輸送器300、基底容納 部分4(X)、催化劑涂覆單元500、收回部分600和第二輸送器700。
臺(tái)站部分200被提供，以防止從反應(yīng)室100卸載的合成基底暴露在空氣 中。第一輸送器300向/從反應(yīng)室100裝載/卸載合成基底?；兹菁{部分400被提供，以容納向/從反應(yīng)室100裝載/卸載的合成基底。催化劑涂覆單元500 被提供，以在合成基底20被裝載到反應(yīng)室100上之前將催化劑20涂覆在合成 基底20上。收回部分600被提供，以從合成基底10上收回碳納米管，其中該 碳納米管在從反應(yīng)室100中卸載的合成基底10上產(chǎn)生。第二輸送器700在基 底容納部分400和催化劑涂覆單元500以及基底容納部分400和收回部分600 之間輸送合成基底IO。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，臺(tái)站部分200與反應(yīng)室100并置。臺(tái)站部分200 具有布置成鄰近反應(yīng)室100的第一區(qū)域240和布置成與第一區(qū)域240相對的 第二區(qū)域260。基底容納部分400布置在第一區(qū)域240中，第一輸送器300布 置在第二區(qū)域260中。反應(yīng)室100和第二區(qū)域260成直線(共線)地布置。第 -一區(qū)域240具有頂部區(qū)域242和底部區(qū)域244。頂部區(qū)域242與反應(yīng)室100和第 二區(qū)域260成直線(共線)地布置。底部區(qū)域244沿與第二方向42垂直的第 一方向44從頂部區(qū)域244延伸。第一區(qū)域240和第二區(qū)域260分別具有矩形形 狀。由于上述結(jié)構(gòu)，臺(tái)站部分200整體上具有"□"形的形狀。催化劑涂覆 單元50(K收回部分600和第二輸送器700被布置成鄰近臺(tái)站部分200并在第 一區(qū)域240的頂部區(qū)域242的基礎(chǔ)上沿著與第二區(qū)域方向42平行的方向在與 底部區(qū)域244相對的位置處并置。第二輸送器700布置在與臺(tái)站部分200的第 一區(qū)域240相對的位置處。此外，第二輸送器700被夾持在催化劑涂覆單元 500和收回部分600之間。與前述內(nèi)容不同，臺(tái)站部分200的形狀以及臺(tái)站部 分200、第一輸送器700、催化劑涂覆單元500、收回部分600的布置可以進(jìn) 行不同的修改。
下面將對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的元件進(jìn)行詳細(xì)描述。
參照圖l,反應(yīng)室100包括反應(yīng)管120、第一和第二凸緣132和134、加熱 單元140、冷卻構(gòu)件150、舟皿160。反應(yīng)管120由例如石英或石墨的耐熱材 料制成。通常，反應(yīng)管120具有圓柱形狀。在一種工藝中，反應(yīng)室120可以. 通過加熱單元140保持在500攝氏度-1000攝氏度的溫度范圍內(nèi)。
第一凸緣132為盤形凸緣，其與反應(yīng)室120的前端連接。第二凸緣134與 反應(yīng)室120的后端連接。氣體供給構(gòu)件180與第一凸緣132相連，以用于將源 氣體供給到反應(yīng)管120內(nèi)。氣體供給構(gòu)件180包括氣體供給源182、氣體供給 管184和加熱單元186。氣體供給管184與第一凸緣132連接，將源氣體從氣體供給源182供給到反應(yīng)管120內(nèi)。源氣體可以為從由乙炔、乙烯、甲烷、
苯、二甲苯、 一氧化碳和二氧化碳構(gòu)成的組中選出的至少一種氣體。閥184a 被安裝到氣體供給管184上，以用于開關(guān)氣體供給管184的內(nèi)部通路或控制 源氣體的流速(流量)。加熱單元186被安裝到氣體供給管184上，以用于在 將源氣體供給到反應(yīng)管120內(nèi)之前將源氣體加熱到給定的溫度。由于加熱單 元186，激活反應(yīng)管120內(nèi)的源氣體所需的時(shí)間可以被減少。這樣，整個(gè)處 理時(shí)間可以被減少。在通過高溫分解被激活之后，源氣體與涂覆在合成基 底10上的催化劑反應(yīng)，以產(chǎn)生碳納米管。排氣管線189與第二凸緣134連接， 以用于排出在反應(yīng)之后殘留于反應(yīng)管120內(nèi)的氣體。
密封構(gòu)件132a和134a分別安裝在第一凸緣132和反應(yīng)管120的接觸表面 以及第二凸緣134和反應(yīng)管120的接觸表面處，以將密封反應(yīng)管120的內(nèi)部與 外界密封隔離。密封構(gòu)件132a和134a中的每一個(gè)可以為0型環(huán)并通過冷卻構(gòu) 件冷卻。冷卻構(gòu)件包括冷卻管線152、冷卻水供給管156和傳感器158。冷卻 管線152在第一和第二凸緣132、 134內(nèi)形成。冷卻流體沿著冷卻管線152流
動(dòng)。冷卻流體為冷卻水?？蛇x地，冷卻流體可以為惰性氣體。沿著冷卻管 線152流動(dòng)的冷卻水冷卻密封構(gòu)件132a和134a，以防止密封構(gòu)件132a和134a 被反應(yīng)管120內(nèi)部的熱量損害。
參照圖2，冷卻水供給管156和冷卻水返回管(未示出)與冷卻管線152 連接。閥156a被安裝到冷卻水供給管156上，以用于開關(guān)冷卻水供給管156 的內(nèi)部通路或控制沿內(nèi)部通路流動(dòng)的冷卻水的流速。傳感器158被安裝到冷 卻水供給管156上，以用于測量沿冷卻水供給管156的內(nèi)部通路流動(dòng)的冷卻 水的流速或溫度。傳感器158測量的信號被輸送到控制器159，以控制整個(gè) 系統(tǒng)?？刂破?59分析從傳感器158輸送的信號。當(dāng)分析結(jié)果為冷卻水的流 速或溫度在給定時(shí)間內(nèi)不處于給定范圍內(nèi)時(shí)，控制器159暫停該系統(tǒng)或通過 顯示器或警報(bào)聲將該事實(shí)通知給使用者。這使得即使冷卻水暫時(shí)不以給定 的流速或給定的溫度通過冷卻水供給管156流動(dòng)，密封構(gòu)件132a和134a也能
夠在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)連續(xù)地實(shí)施一工藝。上面提到的給定時(shí)間是考慮了當(dāng) 冷卻水不能繼續(xù)平穩(wěn)地供給時(shí)使密封構(gòu)件132a和134a起作用時(shí)所需的時(shí)間
而確定的。
加熱單元140以一處理(工藝)溫度加熱反應(yīng)管120的內(nèi)部。加熱單元140被安裝成包圍反應(yīng)管120的外壁。加熱反應(yīng)管120可以通過加熱線圈或加
熱燈完成。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例包括加熱單元140的反應(yīng)室 100。為便于描述，鄰近反應(yīng)管120內(nèi)的第一和第二凸緣132和134的區(qū)域分 別被稱作邊緣區(qū)域122a和122b。此外，邊緣區(qū)域122a和122b之間的區(qū)域被 稱作中心區(qū)域124。當(dāng)反應(yīng)管120的整個(gè)區(qū)域被一個(gè)加熱單元加熱時(shí)，邊緣 區(qū)域122a和122b的加熱溫度比中心區(qū)域124的溫度低。這是因?yàn)檫吘墔^(qū)域 122a和122b受到安裝在凸緣132和134處的冷卻管線152的影響。因此，由于 合成基底必須僅提供給反應(yīng)管120的中心區(qū)域124以便在相同的溫度下實(shí)施 合成基底10的工藝，反應(yīng)管120是長的。
如圖3所示，加熱單元140包括邊緣加熱器142、中心加熱器144和加熱 器控制器146。邊緣加熱器142加熱邊緣區(qū)域122a和122b，中心加熱器144加 熱中心區(qū)域124。加熱器控制器146獨(dú)立地控制中心加熱器144和邊緣加熱器 142。邊緣加熱器142以比中心加熱器144高的溫度加熱反應(yīng)管120，從而使 得在反應(yīng)管120內(nèi)提供相同的溫度。邊緣加熱器142包括用于加熱鄰近第一 凸緣132的邊緣區(qū)域122a的第一加熱器142a和用于加熱鄰近第二凸緣134的 邊緣區(qū)域122b的第二加熱器142b，這對于在反應(yīng)管120的邊緣區(qū)域122a和 122b之間具有溫度差的情況是有利的。在這種情況下，加熱器控制器146獨(dú) 立地控制第一加熱器142a和第二加熱器142b。
可以為反應(yīng)管120的內(nèi)部提供至少一個(gè)舟皿160。舟皿160具有足夠的尺 寸，以使得多個(gè)合成基底10可以沿反應(yīng)管120的長度方向(上面提到的第二 方向42)裝載到舟皿160上?？蛇x地，舟皿160可以被設(shè)定尺寸和構(gòu)造成縱 向和順時(shí)針地支撐多個(gè)合成基底IO。例如，舟皿160被設(shè)定尺寸和構(gòu)造成縱 向地支撐兩個(gè)合成基底IO，以及順時(shí)針地支撐兩個(gè)合成基底IO。這些舟皿 160可以被提供，以在反應(yīng)管120內(nèi)固定地安裝或裝載/卸載。
可替換地，舟皿160可以被設(shè)定尺寸，以支撐一個(gè)合成基底IO。在此情 況下，可以提供至少一個(gè)舟皿160。在多個(gè)舟皿160被提供的情況下，它們 沿反應(yīng)管120的長度方向(上面提到的第二方向42)布置或可以沿與第一方 向42垂直的方向?qū)盈B。
可選地，支撐框架160'可以安裝在反應(yīng)管120而不是舟皿160的內(nèi)部。合成基底10被裝載到支撐框架160'上。圖4和圖5分別為在其中安裝支撐框
架160'的反應(yīng)管120的剖面圖。參照圖4，支撐框架160'包括兩個(gè)設(shè)置為沿反 應(yīng)管120的長度方向從反應(yīng)管120的內(nèi)壁向反應(yīng)管120向內(nèi)突出的框架162和 164。第一和第二框架162和164分別相對地布置，以支撐合成基底10的邊緣。 向上突出的導(dǎo)向突出部162a和164a分別被提供給第一和第二框架162和164 的端部，以穩(wěn)定地支撐合成基底IO。向下突出的接頭(掛鉤)10a可以被提 供，以連接(鉤掛)在導(dǎo)向突出部162a和164a上。
第一框架162和第二框架164可以足夠長，以沿反應(yīng)管120的長度方向在 其上裝載多個(gè)合成基底。 一個(gè)或多個(gè)支撐框架160'可以被設(shè)置成沿上下方 向彼此隔開。在反應(yīng)管120被設(shè)置成具有圓形剖面的情況下，兩個(gè)支撐框架 160，可以上下安裝。可選地，通過提供具有比邊緣更寬的中心部的支撐框 架160'，至少可以提供三個(gè)支撐框架?？商鎿Q地，如圖5所示，反應(yīng)管140a 可以被設(shè)置成具有矩形剖面，并且可以提供多個(gè)層疊(疊置)的支撐框架 160，。
在該實(shí)施例中，描述了采用碳?xì)浠衔锏母邷胤纸獾姆磻?yīng)室ioo，其中
碳?xì)浠衔锉粺岱纸?，以產(chǎn)生碳納米管30。但是，這僅僅是示例性的，采 用激光沉積、等離子體化學(xué)氣相沉積(等離子體CVD)、熱化學(xué)CVD、框架 合成和電弧放電的不同反應(yīng)室也可以被使用。
回到圖l，臺(tái)站部分200包括與外部隔離的室200a。第一閘門閥222安裝 在臺(tái)站部分200和反應(yīng)室100之間，以開關(guān)合成基底10沿其移動(dòng)的通路。第 二閘門閥224安裝在臺(tái)站部分200和第二輸送器700之間，以開關(guān)合成基底IO
沿其移動(dòng)的通路。
氣體供給構(gòu)件280安裝在臺(tái)站部分200上，以用于向臺(tái)站部分200內(nèi)供給 惰性氣體，例如氮?dú)夂蜌鍤?。惰性氣體被供給，以去除臺(tái)站部分200內(nèi)的空 氣(特別是氧氣)和將臺(tái)站部分200的內(nèi)部保持在惰性氣體的氣氛中。這使 得可以防止當(dāng)合成基底10從臺(tái)站部分200內(nèi)部的反應(yīng)室100卸載時(shí)在合成基 底10上產(chǎn)生的高溫碳納米管30暴露于氧氣中。氣體供給部分280被提供給在 其中安裝基底容納部分400的第一區(qū)域240。
在第一閘門閥222被布置為鄰近反應(yīng)室100的情況下，它可能由于反應(yīng) 室100內(nèi)產(chǎn)生的輻射熱而被損害。因此，反應(yīng)室100具有足夠的長度，以防止第一閘門閥222被損害，這允許加熱單元140和第一閘門閥222之間的差別 被充分地保持。然而，反應(yīng)室100的足夠大的長度導(dǎo)致系統(tǒng)1的按比例增大。 在該實(shí)施例中，熱屏蔽構(gòu)件180被安裝在第一閘門閥222和反應(yīng)室100之 間，以用于抑制系統(tǒng)l的按比例增大和防止第一閘門閩222受到輻射熱的損 害。熱屏蔽構(gòu)件190屏蔽從反應(yīng)室100輸送的熱量。熱屏蔽構(gòu)件190包括例如 氧化鋁的低熱傳導(dǎo)率屏蔽板192用于驅(qū)動(dòng)屏蔽板192的驅(qū)動(dòng)器194。可替換 地，屏蔽板192可以由典型的金屬構(gòu)成。在此情況下，冷卻構(gòu)件(未示出) 可以被設(shè)置成防止屏蔽板192受到反應(yīng)室120內(nèi)的熱量的損害和提高屏蔽效
除了第一閘門閥222外，屏蔽板190布置在第一閘門閥的前面，以防止 第一閘門閥222受到熱量的損害。當(dāng)?shù)谝婚l門閥222被打開時(shí)，屏蔽板WO移 動(dòng)到不阻擋合成基底10的前進(jìn)路徑的位置。
在合成基底10被裝載到反應(yīng)室160上之前，催化劑(金屬層)20從催化 劑涂覆單元500被涂覆到反應(yīng)室160上。圖6示出了在圖1中所示的催化劑涂 覆單元500的構(gòu)造，圖7是沿圖6中的線A-A'截取的剖面的頂部平面圖。
參照圖6和圖7，催化劑涂覆單元500包括催化劑貯存罐(漏斗)520、 定量供給部分560、刷子單元580和臺(tái)架590。在一個(gè)工藝過程中，合成基底 10被裝載到臺(tái)架590上。催化劑貯存罐520布置在臺(tái)架590上并具有構(gòu)造成將 給定量(預(yù)先設(shè)定量)的催化劑20向合成基底10的頂表面供給的輸出孔 526a。刷子單元580刷擦提供給合成基底10的頂表面的催化劑20，以使催化 劑20在合成基底10的頂表面上具有均勻的厚度。
臺(tái)架590包括以規(guī)則的間距間隔以使合成基底10定位并彼此面對的側(cè) 板592以及多個(gè)安裝成向著各自的側(cè)板592的向內(nèi)突出并支撐合成基底10的 邊緣的支撐突起594。多個(gè)支撐突起594可以安裝在各自的側(cè)板592上。
刷子單元580包括導(dǎo)軌584、涂覆刷子587和可移動(dòng)體588。導(dǎo)軌584在合 成基底10被裝載到其上的臺(tái)架5卯的兩側(cè)縱向安裝?？梢苿?dòng)體588可移動(dòng)地 安裝到導(dǎo)軌584上并通過線性移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器586線性移動(dòng)?？梢苿?dòng)體588的線 性移動(dòng)采用常規(guī)的驅(qū)動(dòng)方法例如線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法、汽缸驅(qū)動(dòng)方法和馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)方法完成。涂覆刷子587布置在臺(tái)架590上，以用于刷擦催化劑，從而 使得催化劑在合成基底10的整個(gè)表面上具有均勻的厚度。由于涂覆刷子587的兩端與可移動(dòng)體587相連，涂覆刷子587與可移動(dòng)體588可滑動(dòng)地移動(dòng)。涂 覆刷子587可以是相對于前進(jìn)方向具有特定的傾斜側(cè)的金屬或非金屬板。
涂覆刷子587通過豎直運(yùn)動(dòng)單元589上下移動(dòng)，從而可以調(diào)節(jié)涂覆刷子 587的高度。這使得供給到合成基底10的頂表面上的催化劑20的厚度可被調(diào) 節(jié)。豎直運(yùn)動(dòng)單元589包括與可移動(dòng)體588的頂表面固定連接的頂板589a、 與可移動(dòng)體588的底表面固定連接以面對頂板589a的底板589b、以及豎直布 置以連接頂板589a和底板589b的導(dǎo)向軸589c。托架589d被安裝到導(dǎo)向軸 589c上。托架589d通過驅(qū)動(dòng)器(未示出)沿導(dǎo)向軸589c線性地上下移動(dòng)。 涂覆刷子587被固定安裝到托架589d上。
催化劑貯存罐520將貯存的催化劑20供給到合成基底10上。催化劑貯存 罐520具有頂表面522、側(cè)表面524和在其上形成輸出孔526a的底表面526。 側(cè)表面524包括大致垂直的上部524a、從上部524a向下延伸并向內(nèi)彎曲的中 部524b、以及從中部524b大致豎直延伸的下部524c。由于上述結(jié)構(gòu)，貯存 在由上部524a限定的空間內(nèi)的催化劑20的量比貯存在由相同高度的下部 524c限定的空間內(nèi)的催化劑的量大。中部524b的形狀使得貯存在由上部 524a限定的空間內(nèi)的催化劑20平穩(wěn)地供給到由下部524c限定的空間內(nèi)。
定量供給部分560被安裝到催化劑貯存罐520上，以用于將定量的催化 劑20供給到合成基底10的頂表面上。定量供給單元560包括構(gòu)造成限定出定 量的催化劑20被傾倒入其中的定量空間的頂部屏蔽板564和底部屏蔽板 562。頂部和底部屏蔽板564和562被提供給底部524c。定量空間568布置在 催化劑貯存罐520的輸出孔526a之上。頂部屏蔽板564設(shè)置在定量空間568的 上方，底部屏蔽板562設(shè)置在其下方。頂部和底部屏蔽板564和562通過驅(qū)動(dòng) 裝置、例如汽缸566操作。當(dāng)頂部屏蔽板564關(guān)閉同時(shí)底部屏蔽板562關(guān)閉時(shí)， 定量空間568在底部和頂部屏蔽板562和564之間被重新限定并充滿給定量 的催化劑20。
當(dāng)?shù)撞科帘伟?62被打開時(shí)，傾倒至定量空間568中的催化劑20通過輸 出孔526a被供給到合成基底10的頂表面上。攪拌器540被安裝到催化劑貯存 罐520的中部542b，以用于攪拌催化劑20。攪拌器540的攪拌翼542在將催化 劑20供給到定量空間568之前旋轉(zhuǎn)，從而消除了催化劑貯存罐520內(nèi)的未用 空間并使催化劑20自然地供給到定量空間568中。下面將參照圖8至圖10對催化劑涂覆單元500的催化劑涂覆步驟進(jìn)行描 述。當(dāng)合成基底10通過第二輸送器700被裝載到臺(tái)架590上時(shí)，底部屏蔽板 562通過汽缸566操作，以在沿側(cè)向移動(dòng)的同時(shí)打開定量空間的底部。傾倒 至定量空間568內(nèi)的給定量的催化劑20落到合成基底10 (見圖8)的頂表面 上。合成基底10的整個(gè)表面被涂覆上催化劑20，該催化劑20通過刷子單元 580 (見圖9和圖10)聚集在基底10的頂表面上。也就是說，在從合成基底 IO的一端滑動(dòng)到另一端的同時(shí)，涂覆刷子587保形(或共形)地在合成基底 10的整個(gè)表面上涂覆催化劑20。為了保形地涂覆催化劑20，可以安裝振動(dòng) 器(未示出)，以用于將微小的振動(dòng)施加到涂覆刷子587或合成基底10上。
催化劑20可以為通過將過渡金屬(例如鐵、鉑、鈷、鎳、釔或其組合 物)與多孔物質(zhì)(例如MgO、 Al203或Si02)混合制成的粉末。可替換地， 催化劑20可以為包括上面提到的物質(zhì)的液態(tài)催化劑。在催化劑20為液態(tài)催 化劑的情況下，系統(tǒng)可以包括催化劑貯存罐、供給管道、安裝到供給管道 上的定量供給泵和構(gòu)造成將液體催化劑供給到合成基底的頂表面的供給噴 嘴。
根據(jù)上面的實(shí)施例，在其頂表面上移動(dòng)的同時(shí)，涂覆刷子587保形地在 合成基底10的頂表面上涂覆催化劑20。與這種情況不同，涂覆刷子587被固 定，并且臺(tái)架590可以移動(dòng)。優(yōu)選地，涂覆刷子587移動(dòng)，以減小催化劑涂 覆單元500的空間。
而且，根據(jù)上面的實(shí)施例，催化劑20通過催化劑涂覆單元500獨(dú)立地涂 覆在合成基底10上，碳納米管30在反應(yīng)室100內(nèi)的涂覆有催化劑20的合成基 底10上產(chǎn)生。與這種情況不同，催化劑涂覆單元可以被去除，催化劑氣體 和源氣體可以被供給，以涂覆催化劑并在反應(yīng)室內(nèi)的合成基底的頂表面上 產(chǎn)生碳納米管。
圖11是基底容納部分400和第一輸送器300的頂部平面圖，圖12是基底 容納部分400的側(cè)視圖?；兹菁{部分400包括構(gòu)造成用于容納合成基底10 的箱體420、豎直軌道442、水平軌道444、以及可移動(dòng)框架446。豎直軌道 442分別布置在第一區(qū)域240的拐角處。豎直軌道442中的每一個(gè)具有垂直長 桿的形狀，以用于引導(dǎo)可移動(dòng)框架446的上下移動(dòng)。托架448與各自的豎直 軌道442連接并通過豎直驅(qū)動(dòng)器(未示出)沿豎直軌道442上下移動(dòng)。各可移動(dòng)框架446沿第一方向42縱向設(shè)置并彼此面對地布置?？梢苿?dòng)框架446與 托架448嚙合，以沿豎直軌道442與托架448線性地上下移動(dòng)。水平軌道444 固定地安裝到可移動(dòng)框架446上。各水平軌道444沿第二方向44縱向設(shè)置并 彼此面對地布置。水平軌道444在整個(gè)第一區(qū)域240上設(shè)置。箱體被安裝到 水平軌道444上，以可以沿著第二方向44沿水平軌道444移動(dòng)。
如圖11所示，箱體420在由虛線表示的等待位置X1和裝載御載位置X2
(正好位于與反應(yīng)室相連的第一閘門閥的前面)之間水平移動(dòng)。等待位置 X1存在于第一區(qū)域240的底部區(qū)域244中，裝載/卸載位置X2存在于頂部區(qū)域 242中。當(dāng)合成基底10向/從反應(yīng)室100裝載/卸載時(shí)以及當(dāng)合成基底10通過第 二輸送器700輸送時(shí)，箱體420移動(dòng)到裝載御載位置X2。而且，當(dāng)?shù)却档?到合成基底10的溫度時(shí)，箱體420移動(dòng)到等待位置X1。
圖13是箱體420的透視圖。將被裝載到反應(yīng)室100的合成基底和從反應(yīng) 室100卸載的合成基底10被容納在箱體420內(nèi)。參照圖13，箱體420包括支架 422、頂板424、底板426和豎直軸428。頂板和底板424和426為彼此面對的 矩形板。豎直軸428使頂板和底板424和426的相應(yīng)的拐角相互連接。因此， 提供有四個(gè)豎直軸428。支架422在豎直軸428上安裝，以將合成基底10收集 和容納在箱體420內(nèi)。支架422中的每一個(gè)具有四個(gè)支撐塊423，以用于支撐 合成基底10的拐角部分。支架422被分成兩組，第一組包括第一支架422a， 第二組包括第二支架422b。第一支架422a支撐將被裝載到反應(yīng)室10中的合 成基底IO，第二支架422b支撐從反應(yīng)室10中卸載的合成基底10。在一個(gè)示 例性實(shí)施例中，四個(gè)第一支架422a和四個(gè)第二支架422b被提供，第一支架 422a布置在第二支架422b的上方。
第二支架422b之間的空間比第一支架422a之間的空間大，這使得可以 減小箱體420的整個(gè)高度和提供足夠的空間，以防止在從反應(yīng)室100卸載的 合成基底的整個(gè)表面上產(chǎn)生的碳納米管30接觸鄰近的合成基底0。
在箱體420的第一支架422a處收集的合成基底10通過第一輸送器被裝 載到反應(yīng)室100內(nèi)。四個(gè)合成基底10被裝載到反應(yīng)室100的舟皿160上。第一 輸送器300—個(gè)接一個(gè)地向/從反應(yīng)室100裝載/卸載合成基底。
如果完成了合成基底10的裝載，在反應(yīng)室100內(nèi)實(shí)施生產(chǎn)碳納米管30的 工藝。在該工藝過程中，在被涂覆了催化劑后，其它的四個(gè)合成基底10在箱體420的第一支架422a處等待。
如果用于生產(chǎn)碳納米管30的工藝在反應(yīng)室100內(nèi)已經(jīng)完成，高溫合成基 底10通過第一輸送器300從反應(yīng)室100卸載，以收集在箱體的第二支架422b 處。高溫合成基底10在第二支架422b處以預(yù)定的時(shí)間冷卻。冷卻高溫合成 基底10通過自然冷卻的方式進(jìn)行?？商鎿Q地，冷卻可以采用例如冷卻水的
冷卻方式強(qiáng)制進(jìn)行。
當(dāng)在其上產(chǎn)生碳納米管30的合成基底10被迅速地從反應(yīng)室100抽出時(shí) (沒有被冷卻到預(yù)定溫度)，在箱體420的第一支架422a處等待(以生產(chǎn)碳 納米管30)的四個(gè)合成基底10被裝載到反應(yīng)室100中。同樣地，在反應(yīng)室IOO 內(nèi)，在反應(yīng)管120的溫度被保持在處理(工藝)溫度的同時(shí)，合成基底10被 迅速地裝載，以省略將反應(yīng)管120提高到處理溫度的步驟。
在其上產(chǎn)生碳納米管30的合成基底在箱體420的第二支架422b上等待， 直到降低到預(yù)定溫度以下。合成基底10在其上等待的箱體420布置在臺(tái)站部 分200內(nèi)。由于臺(tái)站部分200的內(nèi)部充滿惰性氣體，在箱體10中等待的合成 基底10不會(huì)接觸外部氣體(特別是空氣)。當(dāng)在反應(yīng)室10內(nèi)進(jìn)行處理的合成 基底降低到預(yù)定溫度以下時(shí)，沒有問題發(fā)生。但是，如果高溫合成基底io 被暴露到室溫的空氣中，在合成基底10的表面上產(chǎn)生的碳納米管30與空氣 中的氧氣反應(yīng)并將變形。為了抑制碳納米管30的變形，充滿惰性氣體的臺(tái) 站部分200被提供，以防止從反應(yīng)室10卸載的合成基底10接觸氧氣。
在箱體420的第二支架422b上等待預(yù)定時(shí)間的合成基底10由第二輸送 器700通過第二閘門閥224被輸送到收回部分600。在通過催化劑涂覆單元 500涂覆催化劑20后，收回的合成基底10被收集在箱體的第一支架422a上。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，八個(gè)合成基底被分成兩組，并且交替地經(jīng)受 在反應(yīng)室內(nèi)合成碳納米管30的工藝。這樣，處理量可以提高，以獲得大規(guī) 模的生產(chǎn)。
圖14是第一輸送器300的透視圖。第一輸送器300包括臂320、葉片(或 刀片)340和驅(qū)動(dòng)器360。驅(qū)動(dòng)器360包括豎直軌道362、水平軌道364、可移 動(dòng)框架366以及可移動(dòng)塊368。豎直軌道362分別布置在第二區(qū)域260的拐角 部分。豎直軌道362中的每一個(gè)具有縱向長桿的形狀，以引導(dǎo)可移動(dòng)框架366 的上下移動(dòng)。托架365與豎直軌道362中的每一個(gè)連接并通過豎直驅(qū)動(dòng)器(未示出)上下移動(dòng)?？梢苿?dòng)框架366被設(shè)置成其長度沿第二方向44，以彼此面 對?？梢苿?dòng)框架366與托架365嚙合，以沿豎直軌道362與托架365線性地上 下移動(dòng)?？梢苿?dòng)框架366中的每一個(gè)具有沿第二方向44固定地安裝到面對的 托架365上的兩端，并且可移動(dòng)框架366與托架365上下移動(dòng)。水平軌道364 固定地安裝到可移動(dòng)框架366的上方。水平軌道364中的每一個(gè)設(shè)置為其長 度沿第一方向42。水平軌道364在整個(gè)第二區(qū)域260上設(shè)置，可移動(dòng)塊368被 安裝到水平軌道364上，以可以沿著第二方向44沿水平軌道364移動(dòng)。臂320 固定地安裝到可移動(dòng)塊368上并且其長度沿第一方向。葉片340被安裝到臂 320的端部，以用于支撐合成基底IO。
第一輸送器300包括為冷卻臂320提供的冷卻構(gòu)件330。在反應(yīng)管120很 長的情況下，長臂320用于裝載/卸載合成基底10。但是，由于反應(yīng)管120的 內(nèi)部保持在非常高的溫度，當(dāng)臂320進(jìn)入反應(yīng)管120內(nèi)時(shí)，反應(yīng)管120通過熱 量膨脹。因此，合成基底10不是在給定的位置、而是在葉片340上的偏離位 置被裝載。在合成基底340從葉片340的給定位置輸送的同時(shí)，在從給定的 位置偏離后，它可能從葉片340偏離或裝載到箱體420上。
冷卻構(gòu)件330被設(shè)置成防止當(dāng)臂320進(jìn)入反應(yīng)管120內(nèi)時(shí)臂320被熱量損 害。圖15示出了為冷卻構(gòu)件330提供的第一輸送器300。冷卻構(gòu)件330包括冷 卻管線332、冷卻水供給管334和冷卻水返回管336。冷卻管線332沿臂320的 長度方向提供到臂320內(nèi)。冷卻水供給管334與到冷卻管線332的一端相連， 以用于向冷卻管線332供給冷卻水，冷卻水返回管336與其另一端相連，以 用于從冷卻管線332返回冷卻水。閥334a被安裝到冷卻水供給管334上，以 用于打開或關(guān)閉管334的內(nèi)部通路或控制冷卻水的流速。
完全處理的合成基底10在高溫下被加熱。當(dāng)在臺(tái)站部分200上等待的葉 片340接觸被加熱的合成基底10以將被加熱的合成基底10從反應(yīng)管120卸載 時(shí)，合成基底10可能由于溫度的迅速變化而被損害。因此，葉片340和合成 基底10之間的接觸面積應(yīng)當(dāng)被減小。
圖16是在圖15中示出的葉片340的透視圖。葉片340包括具有平坦的頂 表面的板342和從板342向上突出以接觸合成基底10的突出部344。板342由 超級耐熱材料構(gòu)成，因?yàn)樗诠に囘^程中進(jìn)入反應(yīng)管120內(nèi)以裝載/卸載合 成基底IO。突出部344被均勻地提供給板342的拐角區(qū)域或整個(gè)區(qū)域，以用于減小葉片和合成基底之間的接觸面積。
如圖17和19所示，每個(gè)突出部344a具有半球或多錐體的形狀，以與合 成基底10進(jìn)行點(diǎn)接觸?？商鎿Q地，如圖19所示，每個(gè)突出部344a具有圓臺(tái) (截頭圓錐)或多棱柱的形狀，以與合成基底10進(jìn)行面接觸。
突出部344的形狀可以被修改或改變，并且不局限于前述實(shí)施例。突出 部344被提供，以防止合成基底10通過溫度的迅速變化而被損害。突出部344
可以在形狀、數(shù)量和布置上進(jìn)行不同的變化。
在箱體420的第二支架444上冷卻預(yù)定的時(shí)間的合成基底通過第二輸送 器700被輸送到收回部分600。
圖20和圖21分別是收回部分600的透視圖和頂部平面圖。圖22是示出收 回部分中的碳納米管30的收回程序的示意圖。
回到圖20和圖22，收回部分600包括在其上裝載合成基底10的臺(tái)架。在 臺(tái)架620下面，布置有收回容器660，從合成基底10收回的碳納米管30貯存 在其中。收回單元640布置在臺(tái)架620上，以用于從合成基底10的頂表面將 碳納米管刷擦到收回容器660內(nèi)。收回單元640設(shè)有沿合成基底10的長度方 向安裝的導(dǎo)軌646。可移動(dòng)體644被安裝在導(dǎo)軌646上。收回刷子642被安裝 在可移動(dòng)體644上，以用于當(dāng)沿長度方向從合成基底10的一側(cè)可滑動(dòng)地移動(dòng) 時(shí)將合成基底10的頂表面上的碳納米管30刷擦到收回容器660內(nèi)。收回刷子 642的高度在可移動(dòng)體644上可調(diào)節(jié)。
在上面的實(shí)施例中，描述了在移動(dòng)的同時(shí)收回刷子642刷擦合成基底10 上的催化劑?？商鎿Q地，收回刷子642可以被固定，并且臺(tái)架可以移動(dòng)。優(yōu) 選地，收回刷子642移動(dòng)，以減小收回部分600的空間。
貯存在收回容器660內(nèi)的碳納米管30的數(shù)量可以通過設(shè)置在收回容器 660下面的測量部分690測量，并且通過測量部分690測量的碳納米管30的數(shù) 量通過與測量部分690相連的顯示部分692顯示。
在其上碳納米管30被收回的合成基底10通過第二輸送器700被提供給 催化劑涂覆單元500，以經(jīng)受上面描述的涂覆過程。涂覆有催化劑的合成基 底10被收集到箱體420的第一支架422a上。
參照圖23，用于大規(guī)模生產(chǎn)上面描述的碳納米管30的系統(tǒng)實(shí)施催化劑 涂覆工藝(SllO)、生產(chǎn)碳納米管30的工藝(S120)、等待(冷卻)工藝/過程(S130)和收回工藝(S140)。在催化劑涂覆工藝S110中，當(dāng)一定劑量的 催化劑20從催化劑貯存罐520被施加到合成基底10的頂表面時(shí)，刷子單元 580的涂覆刷子587在移動(dòng)的同時(shí)保形地將催化劑20分配到頂表面上。涂覆 有催化劑20的合成基底10通過第一輸送器300被收集到安裝在臺(tái)站部分200 上的基底容納部分400的箱體420中。在處理后的合成基底10從反應(yīng)室100卸 載后不久，收集在箱體420的第一支架422a上的合成基底10通過第一輸送器 300立即被裝載到反應(yīng)室100的舟皿160上。當(dāng)合成基底的裝載完成時(shí)，生產(chǎn) 碳納米管30的工藝在反應(yīng)室100內(nèi)實(shí)施(S120)。在從反應(yīng)室100卸載的合成 基底10被收集在箱體420的第二支架422b上后，它們被冷卻預(yù)定的時(shí)間 (S130)。在預(yù)定的時(shí)間之后，合成基底10從臺(tái)站部分400抽出，以輸送到 收回部分600 (S140)。將碳納米管30收回到收回部分600內(nèi)的合成基底10 被輸送到催化劑涂覆部分500，以在涂覆催化劑20后被收集在箱體420的第 一支架422a上。在收集到箱體420的第二支架422b上之后，在反應(yīng)室100內(nèi) 處理的合成基底10重復(fù)地經(jīng)受上面提到的工藝。
工業(yè)實(shí)用性
從以上描述中可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(l)可以自動(dòng)地生產(chǎn) 碳納米管；(2)可以大規(guī)模地生產(chǎn)碳納米管；(3)由于反應(yīng)室中的處理被 連續(xù)地保持，因此合成基底的碳納米管被連續(xù)地合成，以提高系統(tǒng)運(yùn)行速 率；(4)催化劑被自動(dòng)地精確供給，以提高工藝可靠性；以及(5)碳納米 管被自動(dòng)地收回，以精確地計(jì)算生產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室，在所述反應(yīng)室中，在合成基底上生產(chǎn)碳納米管的工藝被實(shí)施；臺(tái)站部分，其布置在所述反應(yīng)室的一側(cè)，并設(shè)有用于向/從所述反應(yīng)室裝載/卸載所述合成基底的第一輸送器；以及基底容納部分，在所述基底容納部分中，將被裝載到所述反應(yīng)室中的合成基底被容納或從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底在等待。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臺(tái)站部分包括 與外部隔離以防止從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底接觸氧氣的室。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臺(tái)站部分還包括 構(gòu)造成用于向所述反應(yīng)室的內(nèi)部空間供給惰性氣體的氣體供給構(gòu)件。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基底容納部分包括 箱體，其具有第一支架和第二支架，其中將被裝載到所述反應(yīng)室中的合成基底容納于所述第一支架中，從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底容納于 所述第二支架中。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一支架層疊在層疊 的第二支架之上，所述第二支架之間的空間比所述第一支架之間的空間大。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述箱體的高度是可調(diào)節(jié)的。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括構(gòu)造成在所述合成基底容納于所述臺(tái)站部分的基底容納部分中之前在 所述合成基底的頂表面上涂覆催化劑的催化劑涂覆單元。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑涂覆單元包括:具有構(gòu)造成向所述合成基底的頂表面供給預(yù)定量的催化劑的輸出孔的催化劑貯存罐；以及用于刷擦催化劑以使供給到所述合成基底的頂表面的 催化劑在所述合成基底的整個(gè)表面上具有均勻的厚度的刷子單元。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑貯存罐包括 將預(yù)先設(shè)定量的催化劑供給到所述合成基底的頂表面的定量供給部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定量供給部分提供定 量空間，并包括可移動(dòng)的頂部屏蔽板和底部屏蔽板，其中在所述定量空間 處，預(yù)先設(shè)定量的催化劑被傾倒入所述催化劑貯存罐的輸出孔的上部；以 及其中，當(dāng)所述頂部屏蔽板打開時(shí)，傾倒入的催化劑通過所述輸出孔被 供給到所述合成基底的頂表面。
11. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述刷子單元包括 沿所述合成基底的長度方向安裝的導(dǎo)軌； 安裝成可沿所述導(dǎo)軌移動(dòng)的可移動(dòng)體；以及涂覆刷子，其布置在臺(tái)架上方，以用于刷擦催化劑，從而使得催化劑 在所述合成基底的整個(gè)表面上具有均勻的厚度，并通過所述可移動(dòng)體可滑 動(dòng)地移動(dòng)；其中，所述涂覆刷子的高度是可調(diào)節(jié)的。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括構(gòu)造成用于接受經(jīng)過處理并在所述基底容納部分中等待的合成基底并 收回在所述合成基底上合成的碳納米管的收回部分。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述收回部分包括 收回容器，從所述合成基底收回的碳納米管貯存在所述收回容器中；以及用于將碳納米管從所述合成基底的頂表面刷擦到所述收回容器中的收 回單元。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述收回單元包括 收回刷子，用于在從所述合成基底的頂表面的一端可滑動(dòng)地移動(dòng)到另一端的同時(shí)刷擦所述合成基底的頂表面上的碳納米管。
15. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 構(gòu)造成用于連接所述臺(tái)站部分和所述反應(yīng)室的第一閘門閥；以及安裝在所述第一閘門閥和所述反應(yīng)室之間以防止所述反應(yīng)室內(nèi)的熱量 輸送到所述第一閘門閥的熱屏蔽構(gòu)件。
16. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室包括構(gòu)造成用于提供在其中容納合成基底的空間的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管具有前端和后端，所述前端和后端中的每一個(gè)與一凸緣相連； 設(shè)置在所述凸緣和所述反應(yīng)管之間的密封構(gòu)件；用于將所述反應(yīng)管加熱到預(yù)定溫度的加熱單元；以及用于冷卻所述密封構(gòu)件的冷卻構(gòu)件，其中，所述加熱單元包括用于加熱所述反應(yīng)管的中心區(qū)域的中心加熱器；用于加熱鄰近所述反應(yīng)管的前端和后端的邊緣區(qū)域的邊緣加熱器；用于獨(dú)立地控制所述中心加熱器和所述邊緣加熱器的加熱器控制器。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述邊緣加熱器包括用于加熱鄰近與所述反應(yīng)管的前端相連的凸緣的反應(yīng)管的邊緣區(qū)域的第一加熱器；以及用于加熱鄰近與所述反應(yīng)管的后端相連的凸緣的反應(yīng)管的邊緣區(qū)域的 第二加熱器，其中，所述加熱器控制器獨(dú)立地控制所述第一加熱器和所述第二加熱器。.
18. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一輸送器包括 構(gòu)造成用于支撐所述合成基底的葉片；以及與所述葉片固定連接并可通過一驅(qū)動(dòng)器線性移動(dòng)的臂，其中，所述葉 片包括板；以及從所述板向上突出以接觸所述合成基底的多個(gè)突出部。
19. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一輸送器包括 構(gòu)造成用于所述合成基底的葉片；與所述葉片固定連接并可通過一驅(qū)動(dòng)器線性移動(dòng)的臂；以及 用于當(dāng)所述臂進(jìn)入所述反應(yīng)室時(shí)冷卻所述臂以防止所述臂的熱變形的 冷卻構(gòu)件。
20. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室包括 構(gòu)造成提供在其中容納合成基底的空間的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管具有前端和后端，所述前端和后端中的每一個(gè)與一凸緣相連；用于將所述反應(yīng)管加熱到預(yù)定溫度的加熱單元；以及設(shè)置于所述反應(yīng)管中以支撐所述合成基底的支撐框架，所述支撐框架 包括從所述反應(yīng)管的內(nèi)壁向著所述反應(yīng)管向內(nèi)突出并沿上下方向彼此間隔 以支撐多個(gè)合成基底的多個(gè)框架。
21. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)室包括 在其中生產(chǎn)碳納米管的反應(yīng)管；用于加熱所述反應(yīng)管的加熱單元；構(gòu)造成用于向所述反應(yīng)管內(nèi)供給源氣體的氣體供給管；以及 用于在所述源氣體被供給到所述反應(yīng)管內(nèi)之前加熱所述源氣體的加熱 器構(gòu)件。
22. —種用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)，包括反應(yīng)室，在所述反應(yīng)室中，在合成基底上生產(chǎn)碳納米管的工藝被實(shí)施；臺(tái)站部分，其與所述反應(yīng)室的一側(cè)相連，并具有與外部隔離以防止從 所述反應(yīng)室中卸載的合成基底接觸氧氣的內(nèi)部空間；第一輸送器，其安裝在所述臺(tái)站部分的內(nèi)部，以用于向/從所述反應(yīng)室 裝載/卸載所述合成基底；基底容納部分，在所述基底容納部分中，將被裝載到所述反應(yīng)室中的 基底被容納或從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底在等待；收回部分，其用于從所述基底容納部分抽出所述合成基底，以收回在 所述合成基底上生產(chǎn)的碳納米管；催化劑涂覆單元，其被構(gòu)造成用于在所述合成基底容納于所述臺(tái)站部 分的基底容納部分內(nèi)之前在所述合成基底的頂表面上涂覆催化劑；以及第二輸送器，其用于在所述收回部分和所述基底容納部分之間以及所 述催化劑涂覆單元和所述基底容納部分之間輸送所述合成基底。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基底容納部分包括 箱體，其具有第一支架和第二支架，其中將被裝載到所述反應(yīng)室中的合成基底容納于所述第一支架中，從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底容納于 所述第二支架中。
24. 如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二支架之間的空 間比所述第一支架之間的空間大。
25. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臺(tái)站部分包括與外部隔離以防止從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底接觸氧氣的室；以及構(gòu)造成用于向所述反應(yīng)室的內(nèi)部空間供給惰性氣體的氣體供給構(gòu)件。
26. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括構(gòu)造成用于連接所述臺(tái)站部分和所述反應(yīng)室的第一閘門閥；以及安裝在所述第一閘門閥和所述反應(yīng)室之間以防止所述反應(yīng)室內(nèi)的熱量 輸送到所述第一閘門閥的熱屏蔽構(gòu)件。
27. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臺(tái)站部分包括 第一區(qū)域，其布置成鄰近所述反應(yīng)室，其中所述基底容納部分布置在所述第一區(qū)域中；以及第二區(qū)域，其布置成基于所述第一區(qū)域在與所述反應(yīng)室相對的位置 處與所述反應(yīng)室共線，其中所述第一輸送器布置在所述第二區(qū)域中，其中，所述第一區(qū)域包括:布置成與所述反應(yīng)室和所述基底容納部分共線的上部區(qū)域；以及 沿與所述共線方向垂直的方向從所述上部區(qū)域延伸的下部區(qū)域， 其中，所述基底容納部分包括用于容納所述合成基底并可在所述上部區(qū)域和所述下部區(qū)域之間移動(dòng) 的箱體。
28. 如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑涂覆單元、 所述第二輸送器和所述收回部分布置在所述臺(tái)站部分的外部，其中，所述第二輸送器基于所述第一區(qū)域的上部區(qū)域與所述下部區(qū)域 相對地布置，并布置在所述催化劑涂覆單元和所述收回部分之間。
29. —種用于生產(chǎn)碳納米管的方法，包括 利用催化劑涂覆合成基底； 將涂覆有催化劑的基底裝載到反應(yīng)室內(nèi)； 將源氣體供給到所述反應(yīng)室內(nèi)，以合成碳納米管和合成基底； 將處理過的基底從所述反應(yīng)室中卸載； 在預(yù)定溫度以下冷卻卸載后的合成基底；以及 從冷卻后的合成基底收回碳納米管。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，冷卻卸載后的合成基底在惰性氣體的氣氛下進(jìn)行，以防止卸載后的合成基底接觸氧氣。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，在處理過的合成基底從所述反應(yīng)室中卸載之后，涂覆有催化劑的合成基底立即被裝載到所述反應(yīng) 室內(nèi)，以在所述反應(yīng)室內(nèi)合成碳納米管。
32. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，從所述反應(yīng)室中卸載的合成基底被容納在布置于惰性氣體氣氛的空間中的箱體內(nèi)，以及在碳納米管在所述反應(yīng)室內(nèi)合成的同時(shí)，涂覆有催化劑的合成基底在 所述箱體中等待。
33. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，利用催化劑涂覆合成基底包括將預(yù)定量的催化劑供給到所述合成基底的頂表面上； 刷擦被供給的催化劑，以在所述合成基底的整個(gè)表面上具有均勻的厚
34. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，收回碳納米管包括 刷擦所述合成基底的頂表面上的碳納米管，以將其貯存在收回容器內(nèi)。
35. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，多個(gè)合成基底在一個(gè)接 一個(gè)地向/從所述反應(yīng)室裝載/卸載的同時(shí)在所述反應(yīng)室內(nèi)被同時(shí)處理。
36. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，冷卻反應(yīng)室通過自然冷 卻方法進(jìn)行。
37. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述源氣體在所述反應(yīng) 室的外部加熱之后被供給到所述反應(yīng)室內(nèi)。
38. 如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述合成基底從所述 反應(yīng)室中卸載時(shí)，進(jìn)入所述反應(yīng)室的一輸送器的臂被冷卻。
全文摘要
一種用于生產(chǎn)碳納米管的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在其中實(shí)施在合成基底上生產(chǎn)碳納米管的工藝的反應(yīng)室；布置在反應(yīng)室的一側(cè)并設(shè)有用于向/從反應(yīng)室裝載/卸載合成基底的第一輸送器的臺(tái)站部分；安裝在所述臺(tái)站部分內(nèi)以用于向/從反應(yīng)室裝載/卸載合成基底的第一輸送器；基底容納部分，在該基底容納部分中，將被裝載到反應(yīng)室內(nèi)的基底被容納或從反應(yīng)室中卸載的合成基底；用于從基底容納部分抽出合成基底以收回在合成基底上生產(chǎn)的碳納米管的收回部分；構(gòu)造成用于在合成基底被容納在臺(tái)站部分的基底容納部分中之前在合成基底上涂覆催化劑的催化劑涂覆單元；用于在收回部分和基底容納部分之間以及催化劑涂覆單元和基底容納部分之間輸送合成基底的第二輸送器。
文檔編號B82B3/00GK101316791SQ200680044582
公開日2008年12月3日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者崔碩珉, 張碩元, 金成洙, 金泂碩, 黃湖水 申請人:細(xì)美事有限公司