專利名稱：納米碳管電弧發生爐的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于真空設備領域，特別涉及一種制備納米碳管的真空電弧發生爐。
納米碳管是納米材料中的一個最為重要的內容，納米碳管具有一系列優良的物理、化學特性。它即可以呈導體又可以呈半導體材料，利用這一特性可以制造分子級的二級管。現代集成電路進一步微型化面臨電子的量子化效應，即目前的技術將達到尺寸極限，采用納米碳管制作集成電路的引線將可以避免這一問題，未來的計算機、各種電器可以真正達到微型化。納米碳管是良好的場發射材料，采用納米碳管制作的顯示器可以在低壓下發光，而且亮度高，納米碳管的理論強度是鋼的100倍，因而可以用其制作最好的復合材料，納米碳管是良好的儲氫材料，它的儲氫量可以達到8-10wt％，是金屬儲氫的3-4倍。此外，納米碳管還是良好的吸波材料、良好的導熱材料、良好的電容器介電材料、良好的鋰離子電池正極材料，等等。由于以上原因，納米碳管的研究受到科技界的廣泛重視。但納米碳管研究面臨的一個主要問題是碳管的實驗室產量較低，目前生產碳管的主要方法有化學CVD法和真空電弧蒸發法。現行真空電弧法的原理是在真空室內讓兩石墨電極放電，使碳原子蒸發，在陰極石墨電極附近可以得到少量沉積的碳管，而大部分蒸發的碳原子并沒有形成碳管，因而產量極低。造成這一現象的原因是現有的設備沒有控制真空室內的溫度，沒有認識到溫度在電弧法生產碳管中的作用，以為碳管的生成只與電弧的極性有關。兩種方法的每爐次產量一般都在毫克水平，這為大規模研究碳管帶來了不便。
本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種能提高碳管產量、成管率高的納米碳管電弧發生爐。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術解決方案是它包括設置在工作臺上的真空室、真空室下端設置有下電極，真空室上端設置有通過連接桿與固定在工作臺上的調整電機、變速器聯接的上電極，其特點是本實用新型的工作臺的面板上設置有轉動手柄，轉動手柄通過齒輪機構與下電極聯接，下電極為電極盤。
本實用新型的真空室的內壁上設置有發熱元件，電極盤上均勻分布有多個小孔。
本實用新型將含有催化劑的多根石墨電極置于電極盤孔內，另一根不含催化劑的石墨電極置于上電極端，抽真空到1×10-4Pa，加熱真空室達到100～1000℃，向真空室內通入介質氣體(Ar、H2、He)，轉動手柄使兩電極起弧，開動調速電機，使電極連續移動，完成一個電極的蒸發，待一個電極蒸發完后，轉動電極盤手柄，繼續以上工作直到電極盤上的所有電極蒸發完畢。
本實用新型的特點在于控制真空室內的溫度，在真空室內大面積成管，可以大幅度提高碳管的產量，同時采用多只電極旋轉裝置，裝一次爐可以蒸發多只電極，從而提高了生成效率。
圖1是本實用新型的結構原理圖。
圖2是本實用新型真空室實施例的結構原理圖。
以下結合附圖及實施例對本實用新型的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
參見
圖1。本實用新型主要有真空室、機械部分、控制部分組成。真空室8置于工作臺4之上，在工作臺4的面板上設置有轉動手柄3，轉動手柄3通過齒輪機構與下電極盤2相聯，下電極盤2置于真空室8的下端，轉動手柄3可以轉動電極盤2的位置。在電極盤2上均勻分布有多個小孔，可以同時夾持多個石墨電極，待一只電極蒸發完畢，轉動手柄3使電極盤2上另一只電極轉到中心位置繼續蒸發，在只裝一次爐的情況下可以完成多只電極的蒸發。工作臺4上還有調速電機5、變速器7以及聯結桿6，通過連接桿10與上電極1相聯，通過變速器7上的手動裝置以及電機5來控制上電極1的上下移動。在電極未啟弧狀態，可以通過變速器7上的手動裝置調節上電極1的位置。真空室8的內壁上設置有發熱元件9，與溫度控制系統相聯，用來控制真空室內的溫度，在室溫到1000℃范圍內。此外在控制柜上設置有電壓、電流、溫度控制部分以及真空系統控制部分。
參見圖2。圖中1、2分別是電弧的上電極和下電極，9為陶瓷管，8為真空室。加陶瓷管罩的目的是提高電弧負極以及陶瓷璧的溫度，由于電弧放電產生熱輻射，使陶瓷壁的溫度升高。碳管不僅在電極附近生成，而且在陶瓷管壁上也生成，但在遠離電極的區域，如真空室壁、遠離電極放電的極桿區域則沒有碳管的生成。這表明，碳管的生成是要一定的溫度為條件，并不是電極本身的作用，之所以在電極附近易于產生碳管，是由于在電極局部有適合的溫度場。基于以上實驗與分析，本實用新型提出控制真空室內溫度，將可以大幅度提高電弧法生產碳管的成管率，因而可以提高碳管的產量。
權利要求1.一種納米碳管電弧發生爐，它包括設置在工作臺[4]上的真空室[8]、真空室[8]下端設置有下電極[2]，真空室上端設置有通過連接桿[6]、[10]與固定在工作臺[4]上的調整電機[5]、變速器[7]聯接的上電極[1]，其特征在于所說的工作臺[4]的面板上設置有轉動手柄[3]，轉動手柄[3]通過齒輪機構與下電極盤[2]聯接。
2.根據權利要求1所述的納米碳管電弧發生爐，其特征在于所說的真空室[8]的內壁上設置有發熱元件[9]，下電極[2]為設置有均勻分布的多個小孔的電極盤。
專利摘要本實用新型公開了一種納米碳管電弧發生爐，該設備主要有真空室、機械部分、控制部分組成。真空室內有陰、陽兩只石墨電極，其陽極電極由多只電極固定在一個可以轉動的圓盤上，一次裝爐可以依次同時蒸發多只電極。真空室內有石墨發熱體，爐內溫度在室溫到1000℃范圍可調。克服了以往碳管電弧設備不控制溫度的缺點，可以大幅度提高碳管的產量，同時采用多只電極旋轉裝置，裝一次爐可以蒸發多只電極，從而提高了生成效率。
文檔編號F27B3/08GK2475983SQ0124037
公開日2002年2月6日 申請日期2001年4月30日 優先權日2001年4月30日
發明者柳永寧, 宋小龍 申請人:西安交通大學