用于生成納米管的設備和方法

專利名稱：用于生成納米管的設備和方法
技術領域：
本發明涉及如權利要求1的前序所述的一種用于生成納米管的設 備，并具體涉及一種用于生成納米管的設備，該設備適于生成摻雜和/ 或無摻雜單壁或多壁納米管，且該設備至少包括熱反應器。根據本發 明，納米管的生成發生在熱反應器中的設備中，且熱反應器的材料參 與到納米管的生成過程中。本發明的設^f吏得能夠生成多壁和單壁碳 納米管以及諸如摻硼和摻氮單壁碳納米管的摻雜納米管。本發明的實
施方式還能夠生成其它納米管，如氮化硼納米管。本發明還涉及如權
利要求27的前序所述的用于生成納米管的方法，具體涉及一種用于生 成摻雜和/或無摻雜單壁或多壁納米管的方法。
構成本發明的目的的設備包括用于將熱反應器加熱到溫度超過 2000"C，更優選地加熱到溫度超過2300n的裝置，在該溫度下熱反 應器的生成材料大量地升華到熱反應器中。在本發明的實施方式中， 生成納米管所需的諸如硼的其它材料而不是碳升華到熱反應器中。 另外，構成本發明的目的的設備包括用于將生成納米管所需的氣態、 液態和固態基前驅物材料供給到熱反應器中。催化單壁碳納米管的 有效生成所需的金屬粒子可以由優選地緊靠熱反應器布置的固態金 屬源生成，并從熱反應器獲得金屬升華所需的熱能。構成本發明的 目的的設備還可以包括用于將原料引入到熱反應器中位于熱反應器 的最熱部分之前或其后的裝置，這使得能夠有利地摻雜納米管。另 夕卜，構成本發明的目的的設備包括用于收集納米管的裝置，優選地 通過熱泳進行收集。納米管的最終應用還可以直接用作收集基質。
背景技術：
納米管是直徑為一納米(單壁納米管)到幾十納米(多壁納米 管)的小圓柱形分子。納米管的長度可以從幾納米到幾微米不等。最常研究和使用的納米管是碳納米管(碳納米管，CNT),但也生 成氮化硼納米管(BN)。納米管在以下方面具有多種可能用途在 能量儲存(氫的儲存、高效電池和電容器)方面，在分子電子技術 (場致發射裝置、晶體管)、傳感器、復合材料和其它應用方面。至 于它們的原子結構，碳納米管是半導體或類金屬。
碳納米管主要以兩種方式制造通過高溫過程(激光燒蝕)和 通過化學氣相沉積(CVD)。將管制造成完全具有所期望的特性是 極為困難的。
在激光燒蝕過程中，燒蝕靶通常由包含原子百分比為1%的鎳 (M)和鈷(Co)的石墨制成。鎳和鈷用作納米管生長的催化劑。 該靶在保護氣氛(通常為氬氣，Ar)中被加熱到大約1000開爾文 (K)到1500K，之后通常用脈沖激光束對準該處。激光束使石墨 蒸發并在燒蝕羽流中形成納米管。對于該形成過程已經提出了多種 不同的機制。在該過程中，至少形成富勒烯球(C6。)，其有可能在 反復的激光轟擊中進一步分解，且形成于富勒烯的輕碳氣分子(特 別是C2)對碳納米管的生成具有重要作用(應用物理A 72， 2001 年，Scott、 C.D.等人，《激光燒蝕過程中用于單壁碳納米管的生長 機制》(Growth mechanisms for single-wall carbon nanotubes in a laser-ablation process )，第573頁至第580頁)。在基本方法中，形 成具有不同直徑的納米管，這間接表明是由在靶的不同部位處以不 同方式蒸發的催化劑金屬和碳造成的。為了消除該問題，2001年12 月18日公布的NEC公司的美國專利6,331,690公開了一種方法， 其中以激光輻射分別轟擊石墨靶和鎳/鈷靶，這導致形成石墨蒸氣羽 流和催化劑金屬蒸氣羽流，它們的結合導致催化單壁碳納米管的生 長。
激光燒蝕過程通常需要熱爐，在其中執行燒蝕。2005年2月15 日公布的NEC公司的美國專利6,855,659教示了通過至少部分由富 勒烯型碳來制造靶，該靶的表面優選地是彎曲的，這使得能夠將爐 溫降到500X:的溫度。
應用物理A70， 2007年第153頁至第160頁，Puretzky等人的 《由激光蒸發法合成的單壁碳納米管的動力學》(Dynamics of single-wall carbon nanotube synthesis by laser evaporation )教示了在激光燒蝕過程中形成的羽流最初包含原子和分子，而沒有粒子。 首先(在激光脈沖后小于1毫秒內)從羽流中凝結出碳粒子，緊接
著是催化劑金屬粒子(脈沖后2至3微秒)，碳納米管的生長發生在 脈沖后的較長時間內(約3秒內)。碳粒子很可能用作催化劑粒子生 長的凝結核，然后催化劑粒子用作碳納米管的生長基質。
即使能夠通過激光燒蝕方法生成高質量的單壁碳納米管，但是 這種方法的問題是可量測型，并且現有技術的激光燒蝕設備無法生 成大量的碳納米管。
還可以通過CVD過程生成碳納米管。2006年納米科學與納米 技術期刊第6巻第1頁至第14頁，Nasibulin、 A.G.等人的《有關單 壁碳納米管的形成機制的研究》(Atudies on Mechanism of Single-Walled Carbon Nanotube Formation)公開了一種在流4匕床 型氣凝膠發生器中生成碳納米管的方法。反應氣體(CO、 H2/N2) 被引入到發生器，并通過正從熱絲蒸發的催化劑金屬借助熱絲在反 應器中生成催化劑金屬粒子。發生器由不銹鋼制成，而熱部分由氧 化鋁(A1203 )制成。在該過程中，首先通過蒸發/凝結反應產生鐵 粒子。然后CO起反應，在催化劑粒子的表面上形成碳粒子。碳遍 及催化劑粒子并沿其表面擴散，由此生長碳納米管。例如在以下文 獻中公開了 CVD方法的不同變型專利申請WO 2005/085130 ， 2005 年9月15日，Canatu Oy;美國專利6,692,717， 2004年2月17日， 威廉馬師萊斯大學(William Marsh Rice University);美國專利 7,125,534,24， 2006年10月24日，威廉馬師萊斯大學(William Marsh Rice University);美國專利7,138,100,21， 2006年11月21日，威 廉馬師萊斯大學(William Marsh Rice University);專利申請US 2004/0256211， 2004年12月30日；專利申請US 2006/0078489， 2006 年4月13日；及專利申請US 2006/0228289， 2006年10月12日。
CVD過程比激光燒蝕過程包括更多可能的過程變型。尤其是反 應設備的結構和材料，具體而言是在高溫下從材料釋放的雜質，特 別是氣體雜質等從根本上影響單壁碳納米管的總產量。
如果允許將不同材料吸收到碳納米管的壁中，則可能改變碳納 米管的特性。氟(F)摻雜使得能夠將碳納米管的導電率降低到絕 緣體的級別，氮(N)和硼(B)摻雜分別使得能夠將碳納米管轉化成n型和p型半導體。因此，在碳納米管的制造中，制造方法和設 備為碳納米管的起作用的特質或狀態提供良機是必不可少的。結合 激光燒蝕和CVD過程均能夠實現氮和硼摻雜。理論上，已經證明 用硼和氮離子進行離子輻射是摻雜碳納米管的有效方式(物理研究 中的核儀器和方法(Nuclear Instruments and Methods in Physics research) B 228， 2005年，Kotakoski、 J.等人，單壁碳納米管中利 用氮和硼對碳原子進行的輻射輔助取代(Irradiation-assisted substitution of carbon atoms with nitrogen and boron in single-walled carbon nanotubes ), 第31頁到第36頁)。
存在對于這樣的設備的需要其用于在控制良好的條件下連續 地或幾乎連續地生成摻雜的或無摻雜的納米管，特別是單壁碳納米 管。

發明內容
本發明涉及一種用于以解決上述現有技術的缺點的方式生成納 米管的設備。本發明的目的利用如權利要求1的特征部分所述的設 備來實現，該設備的特征在于，反應器至少具有其最熱部分，并且 至少部分由因熱反應器的加熱而至少部分升華到熱反應器中的材料 制成，且升華的材料至少部分參與到納米管的生長中。本發明的目 的進一步利用根據權利要求27的特征部分所述的方法來實現，該方 法的特征在于，在這種方法中，以使熱反應器的制造材料至少部分 升華到熱反應器中，且升華的材料至少部分參與到納米管的生長中 的方式加熱該熱反應器。
在本發明的實施方式中，設備的熱反應器由石墨制成。通過將 石墨以受控的方式加熱到較高溫度，通常為超過2000匸的溫度，并 優選地為超過2300"C的溫度，以形成氣態碳分子。這些碳分子至少 部分參與到碳納米管的生長中。這樣，通過由加熱到高溫的石墨制
造納米管制造設備的熱室，可建立起用于碳納米管生長的、基本無
雜質的有利環境。
在本發明的實施方式中，由石墨制成的圓筒形熱反應器通過環 繞該圓筒放置的感應線團感應加熱。在這種實施方式中，電流沿圓筒的周向經過，從而能夠容易地在圓筒中形成利于納米管生長的溫 度分布。感應加熱還為實施方式提供了這樣的可能，其中，熱反應 器由多個互連的部分組成，當必要時，它們可以由不同的材料制成 并且其中每個都通過單獨的感應線團加熱。
在本發明的實施方式中，在由石墨制成的感應加熱的圓筒中放 置有金屬柱，例如金屬柱由硼制成，該金屬柱由從石墨圓筒傳導或 輻射的熱量加熱，并且參與到納米管的生長中的材料從該金屬柱升 華到熱反應器中。
本發明的設備的特征還在于，較高的反應器溫度使得過程中所 需的諸如催化劑金屬的材料能夠一到反應器室的緊鄰位置就蒸發， 且設備的溫度梯度使得能夠在所需的溫度下完全蒸發。
本發明的設備的特征還在于，材料從其升華的表面可以構造為 用以增大升華面積。
本發明的設備的特征還在于，設備的較高壁溫基本防止了在發 生器的熱室壁上的生長，因此生成的碳納米管能夠與氣流一起有效 地傳送到設備的收集部分中。
本發明的設備的特征還在于，能夠將納米管的CVD生長所需的 材料引入到設備內部中，并由此也通過使用CVD過程來制造納米 管。可以將一氧化碳CO或諸如甲烷CH4的烴CxHy引入到設備內 部中。


圖1示出了本發明的設備的實施方式。為了清楚起見，該圖僅 示出了理解本發明所需要的細節。圖中省略了與理解本發明無關的 和對本領域技術人員而言很顯然的結構和細節，以強調本發明的特 色特征。
圖2通過示例示出了本發明的設備的石墨部分的結構。
圖3通過示例示出了本發明的實施方式，其中，熱反應器由其 材料可能不同的多個部分構成。圖4通過示例示出了本發明的實施方式，其中，熱反應器由加 熱的石墨部分和其中含硼的部分構成，硼從那里升華到熱反應器中。
圖5通過示例示出了本發明的另一種實施方式。
圖6通過示例示出了本發明的又一種實施方式。
具體實施例方式
圖l示出了本發明的實施方式，其中，用于納米管的生成設備l 包括熱反應器2，其至少實質上最熱的部位由石墨制成，其中形成 納米管3，納米管3通常為摻雜的或無摻雜的碳納米管。圍繞熱反 應器2設置有熱絕緣體4和絕緣管5，它們將熱反應器與感應線團6 隔離開。熱反應器2和感應線圏6組成用于納米管生成設備1的加 熱系統。該加熱系統通常設置在納米管生成設備1的主體7的內部， 而且在示例中，端口法蘭8附連于主體將加熱系統大致包圍在主體 7內部的上部和下部。主體7和端口法蘭8通常為水冷式的。為了 清楚起見，圖中并未示出冷卻系統。出于同一原因，圖中也沒有示 出在納米管生成設備中設置的實質上不屬于本發明的范圍的全部結 構，例如為供給不同的氣體而使用的結構。
沿著路線的一部分，加熱系統環繞設置在納米管生成設備1內 的金屬桿9。在示例中，通過位于上部端口法蘭8中的開口將金屬 桿9設置在熱反應器2的內部。對于本領域技術人員很顯然，也可 以通過位于下部端口法蘭8中的開口將金屬桿9設置在熱反應器2 的內部。
從電源10將交流電流供給到環繞熱反應器2的感應線團6。交 流電流的頻率通常在1千赫(kHz)到100kHz之間。該電流在由石 墨制成的熱反應器2中產生渦流，在圖l的情況中，該渦流沿熱反 應器的圓周循環。熱反應器2的電阻導致功率損失，這使熱反應器 2升溫。在示例的實施方式中，熱反應器2的至少最熱的部分由石 墨制成，但它也可以由諸如碳化硅的其它含碳材料制成。升溫的結 果是在熱反應器2中形成溫度分布11。可以用高溫計12測量熱反 應器2的溫度。從熱反應器2將碳分子13釋放到熱反應器的內部。碳的升華速 度取決于熱反應器2的溫度、熱反應器2中氣體14的流動速度，以 及利用泵15在熱反應器2中產生的熱反應器2的壓力(負壓)。為 了清楚起見，圖1也沒有示出泵15的冷卻系統。在溫度為2700'C 時，碳分子在氬氣流中的釋放速度通常在約5到10 x 10到5 g/cm2s (燃燒、爆炸與沖擊波(Fizika Gore— i Vzryva )，第5巻，No. 2，1969， Golovina、 E.S. & Kotava、 L丄.，升華和自擴散中存在的 碳的氣化(Gasification of carbon in the presence of sublimation and self-diffusion),第172頁至第176頁)。為了增加釋放的碳分子數， 熱反應器2的石墨部分可以如圖2所示加以構造。對于本領域技術 人員很顯然，該結構的尺寸可以從亳米級到納米級不等，其目的是 實現較大的升華面積。還可以通過至少部分有孔的結構來增大升華 面積。升華速度還可受到爐中氣壓的影響，并且通過調節從氣體管 路22供給的氣量和利用泵15實現的吸入氣流，可在爐內產生偏離 常壓的氣壓，或者是負壓或者過壓。
將熱輻射從較熱的熱反應器2引導到金屬桿9，該輻射加熱所述 金屬桿。為了防止向設備外界的過多的熱傳導，金屬桿9通常附連 于由石英玻璃制成的管16。為了防止過度加熱爐的其它結構，在熱 反應器2和感應線團6之間設有通常為石墨軍的熱絕緣體4。絕緣 管5通常由石英玻璃制成，并且它用作導電石墨和感應線圍6之間 的電絕緣體。
金屬煙霧18從加熱的金屬桿9上升華到熱反應器2中，該金屬 煙霧18的溫度可由熱敏元件17測量。升華的金屬煙霧18的量取決 于金屬桿9的溫度、熱反應器2中的材料和壓力以及氣流。關于金 屬，可以使用諸如鐵、鈷、鎳、鉬的過渡元素或金屬合金。對于本 領域技術人員很顯然，根據金屬和/或金屬合金，可以將金屬桿放置 (在不同溫度下)在熱反應器中的不同部位處，并且本發明的設備 的溫度分布為使用不同金屬提供了良機。對于本領域技術人員也很 顯然，該設備可以包括多于一個的金屬桿9。
當氣流14運送金屬煙霧18越過熱反應器2的熱區時，從金屬 桿9蒸發的金屬煙霧18集結/凝結。從熱反應器升華的碳分子13的 集結對金屬煙霧18的凝結具有重大意義。凝結的金屬粒子19催化碳納米管3的生長，且至少一些碳分子13參與到碳納米管3的生長 中。
金屬桿還可以是催化劑所需的金屬之外的其它金屬，例如硼， 由此從金屬桿20蒸發的硼可以用于摻雜納米管。
也可以通過將諸如固態基前驅物材料的粉末的固態基前驅物材 料放置在引入到熱反應器2中達到適當溫度的鉑坩堝21中，而將固 態基前驅物材料引入到熱反應器2中。
為了提高碳納米管的生成速度并為了摻雜納米管，可以將生長 碳納米管所需的氣體，如一氧化碳CO、氫氣112、烴(CH4、 C2H6、
C3H8.....)、氮氣N"氬氣Ar等從氣體管路22引入到熱反應器2
中。至少一些氣體管路22可以位于熱反應器的后部，由此這些氣體 不會被運送經過熱反應器的最熱部分。
可通過利用熱泳將在熱反應器2中形成的納米管收集到冷卻的 收集管23的內表面上。熱泳收集器還可以以將納米管的最終應用用 作收集器基質的方式進行構造。
圖2示出了能夠用于增大熱反應器2中的升華面積的不同的表 面結構。對于本領域技術人員很顯然，存在與圖2中所示的那些用 于增大升華面積的方式不同的其它方式。
圖3示出了本發明的實施方式。為了清楚起見，圖中僅標示出 與圖1中的不同的部位。在本發明的這種實施方式中，圍有石墨的 熱反應器2被分成三個部分2a至2c,其中每個部分均能夠通過感 應線圏6a至6c分別進行加熱。感應加熱優選地為在熱反應器中生 成具有不同形狀的溫度分布11提供了潛在的可能性。各個區域2a 至2c的材料成分可以是不同的，即例如，區域2a可以具有摻硼石 墨，區域2b可以具有其內表面主要由富勒烯原子C6o組成的石墨， 而區域2c具有摻鈷石墨。包括不同的碳的煙霧13a到13c從各個區 域2a至2c升華出來。
圖4示出了本發明的實施方式。為了清楚起見，圖中僅標示出 與圖1中的不同的部位。在本發明的這種實施方式中，石墨圓筒2 用作熱反應器的熱源，而硼圓筒24設置在該圓筒內。既是如此，從 石墨圓筒輻射和/或傳導的熱量使得硼圓筒升溫，由此開始從硼圓筒釋放硼煙霧25。選擇適當的催化劑金屬材料并向熱反應器供給氮氣 使得能夠用根據本示例的設備生成BN(氮化硼)納米管。
圖5示出了本發明的實施方式。為了清楚起見，圖中僅標示出 與這種實施方式相關的部位。在本發明的這種實施方式中，圍有石 墨的熱反應器2被分成三個部分2a至2c，其中每個部分均能夠通 過感應線團6a至6c分別加熱。感應加熱優選地為在熱反應器中生 成具有不同形狀的溫度分布11提供了潛在的可能性。各個區域2a 至2c的材料成分可以是不同的，即例如，區域2a可以具有摻硼石 墨，區域2b可以具有其內表面主要由富勒烯原子C6。組成的石墨， 而區域2c可以具有摻鈷石墨。含有不同的碳的煙霧13a到13c從各 個區域2a至2c升華出來。每個區域2a至2c的直徑可以是不同的， 使得熱反應器中運動的氣體在可不同的區域2a至2c中具有不同的 速度。可以同樣從區域2a至2c之間的部位26處將氣流引入到熱反 應器中。這使得在過程方面能夠將化學氣相沉積(CVD)生長組分 供給到正確的位置，而不會產生任何有害的初步反應。對于本領域 技術人員很顯然，也可以從區域2a至2c之間的部位將固體源同樣 供給到熱反應器，而且區域之間的這些部位也可以用于監控該過程。 另外，圖5中所示的熱反應器的設計可以提供諸如氣體和材料的擴 散的它們的運動的"流動處"和"靜水處"，從而借此能夠將過程的 時間常數調整為在熱反應器的不同部分中是不同的。另外，熱反應 器壁厚的結構和該壁與感應線圍的距離可用于影響熱反應器的溫度 分布。
圖6示出了本發明的實施方式。為了清楚起見，圖中僅標示出 與這種實施方式相關的部位。在本發明的這種實施方式中，熱反應 器由外管和內管27組成，它們被分別加熱并且還在該內管27內設 有熱絕緣體28、石英玻璃管29和感應線團30，其中利用電源31 來調節循環電流。由于反應空間的大小并不必然地隨升華面積的增 大而增大，所以這種實施方式使得過程中所需的材料的升華面積能 夠進一步增大。對于設備的水垢形成而言，該結構是有利的。
在本發明的實施方式中，將諸如石墨的熱反應器的器壁材料供 應到設備中以當提高器壁時，能夠連續地將壁管供給到設備內部， 由此優選地連續地實施該過程的方式進行設置。對于本領域技術人員很顯然，對于其它過程材料，也可以連續地實施固態材料的同類 供應。
用于納米管的生成設備的上述實施方式并不取決于熱反應器的 形狀。因此，熱反應器可以具有與圖中所示的圓筒形相背離的實施 方式。另外，還可以以符合本發明的精神的方式改變本發明的示例 性實施方式的結構。因此，代替利用感應線團，可以通過電阻耦合 而將電源連接于石墨部分而通過使用電阻加熱型電熱元件來加熱熱 反應器。因此，本發明的但前實施方式不應被解釋為限制本發明， 而是本發明的實施方式能夠在權利要求中于此所公開的具有獨創性 的特性的范圍內隨意變化。
權利要求
1.一種用于生成納米管的設備，所述設備適于生成摻雜的和/或無摻雜的單壁納米管或多壁納米管，且所述設備至少包括熱反應器，其特征在于，所述熱反應器至少具有其最熱部分，并至少部分由這樣的材料制成，所述材料因所述熱反應器的加熱而至少部分升華到所述熱反應器中，并且所述升華的材料至少部分參與到納米管的生長中。
2. 如權利要求l所述的設備，其特征在于，至少所述熱反應器的最 熱部分具有石墨或摻雜的石墨。
3. 如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述熱反應器是通 過將電流引導至所述熱>^應器的至少一部分而加熱的。
4. 如權利要求3所述的設備，其特征在于，電力感應連接于所述熱 反應器。
5. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，由于加熱而 在所述熱反應器中形成溫度分布。
6. 如前i^3L利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反應 器的至少最熱部分^>熱到一溫度，其中，碳分子從所述熱>^應器的壁 升華，而且所述碳分子至少部分參與到碳納米管的生長過程中。
7. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反應 器的最熱部分的溫度為至少20001C。
8. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反應 器的最熱部分的溫度為至少2300匸。
9.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱^Jl 器由多于一個區域組成，所述區域的材料可以是不同的。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述不同區域利用不 同的感應線團加熱。
11. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其中，所述材料在所述 設備的不同部位處的駐留時間可以不同，其特征在于，所述駐留時間的 變化是通過改變所述熱反應器中的氣流的橫截面積來實現的。
12. 如權利要求9至11中任一項所述的設備，其特征在于，過程原 料被供給到所述熱反應器的不同區域之間。
13.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，通過改變 所述設備的上升氣流和所供氣流，能夠改變所述原料在所述熱>^應器中 或在所述熱反應器的不同部分中的駐留時間。
14. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，在所述熱 反應器內，待以電流加熱的部分設置有一材料，由于加熱而將熱量從所 述熱反應器傳遞至所述材料，且為此所述材料至少部分升華到所述熱反 應器中，并且所述升華的材料至少部分參與到納米管的生長過程中。
15. 如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述待加熱的材料可 以固定地或通過控制系統而放置在所述熱反應器內的適當位置中，其 中，所述待加熱的材料的溫度與所述熱反應器的最熱部分的溫度不同。
16. 如權利要求14或15所述的設備，其特征在于，所述待升華的 材料是過渡元素。
17.如權利要求14或15所述的設備，其特征在于，所述待升華的 材料是硼。
18.如權利要求14或15所述的設備，其特征在于，所述待升華的 材料是富勒烯。
19.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反 應器的表面至少部分構造為用以增大所述升華面積。
20.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反 應器由兩個嵌*^分組成，所述兩個部分的溫JLA能夠一起調節或單獨 調節的，且在所述部分之間留出納米管生長所需的反應器空間。
21. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，設置成將 升華材料連續地供給到所述設備中。
22. 如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，通過改變 所述熱反應器的壁厚來調節所述熱反應器的溫度分布。
23.如前a利要求中任一項所述的設備，其特征在于，通過改變 所述熱反應器的壁到所述感應線團的距離來調節所述熱反應器的溫度 分布。
24.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱反 應器內待形成的氣體氛圍的壓力與常壓不同。
25.如前a利要求中任一項所述的i更備，其特征在于，納米管的 化學氣相沉積生長過程中所需的原料被供至所述設備，
26.如前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，通過熱泳 收集生成的所述納米管。
27. —種用于生成摻雜的和/或無摻雜的單壁納米管或多壁納米管 的方法，其特征在于，在所述方法中，以使所述熱>^應器的制造材料至 少部分升華到所述熱反應器中，且所述升華的材料至少部分參與到納米 管的生長中的方式加熱所述熱^^應器。
28. 如權利要求27所述的方法，其特征在于，以使至少所述熱反應 器的最熱部分由所述制造材料構成，所述制造材料因加熱而至少部分升 華到所述熱反應器中，并且所述升華的材料至少部分參與到納米管的生 長中的方式加熱所述熱及J[器。
29. 如權利要求27或28所述的方法，其特征在于，將所述熱反應 器的至少最熱部分加熱到一溫度，其中，碳分子從所述熱反應器的壁面 升華，而且所述碳分子至少部分參與到碳納米管的生長過程中。
30. 如權利要求27至29中任一項所述的方法，其特征在于，所述 熱反應器的最熱部分的溫度為至少2000X:。
31. 如權利要求27至30中任一項所述的方法，其特征在于，所述 熱^JI器的最熱部分的溫度為至少23001C。
32. 如權利要求27至33中任一項所述的方法，其特征在于，通過 改變所述熱反應器中的氣流的橫截面積來改變所述材料在所述熱反應 器中或所述熱反應器的不同位置中的駐留時間。
33. 如權利要求27至34中任一項所述的方法，其特征在于，通過 改變所述上升氣流和向所述熱反應器供給的氣流來改變所述原料在所述熱>^應器中或所述熱>^應器的不同部分中的駐留時間。
34. 如權利要求27至33中任一項所述的方法，其特征在于，通過 所述熱>^應器的加熱而在所述熱Jl應器中形成溫度分布。
35. 如權利要求34所述的方法，其特征在于，通過改變所述熱反應 器的壁厚來調節所述熱反應器的溫度分布。
36. 如權利要求34或35所述的方法，其特征在于，通過改變所述 熱反應器的壁到用于加熱所述熱反應器的所述感應線團的距離來調節 所述熱反應器的溫度分布。
37. 如權利要求27至46中任一項所述的方法，其特征在于，所述 熱反應器由多于一個區域組成，所述區域的材料可以是不同的。
38. 如權利要求37所述的方法，其特征在于，過程原料#1供給至所 述不同區域之間。
39. 如權利要求37或38所述的方法，其特征在于，利用不同的感 應線團加熱所述不同的區域。
40.如權利要求27至39中任一項所述的方法，其特征在于，所述 待升華的材料是過渡元素。
41.如權利要求27或40所述的方法，其特征在于，所述待升華的 材料是硼。
42.如權利要求27或41所述的方法，其特征在于，所述待升華的材料是富勒烯。
43.如權利要求27至42中任一項所述的方法，其特征在于，將升 華的材料連續供給到所述熱應JI器中。
44. 如權利要求27至43中任一項所述的方法，其特征在于，將納 米管的所述化學氣相沉積生長過程中所需的原料供給到所述熱反應器 中。
45. 如權利要求27至44中任一項所述的方法，其特征在于，通過 熱泳收集生成的所述納米管。
全文摘要
本發明涉及一種用于生成納米管的設備，該設備適于生成摻雜的和/或無摻雜的單壁納米管或多壁納米管，該設備至少包括熱反應器。根據本發明，該反應器至少具有其最熱部分，且至少部分由一材料制成，該材料因正被加熱的熱反應器而升華到熱反應器中，而且升華的材料至少部分參與到納米管的生長中。
文檔編號B82B3/00GK101641282SQ200880009238
公開日2010年2月3日 申請日期2008年3月20日 優先權日2007年3月21日
發明者亞里·辛科, 佩卡·索伊尼寧, 安西·霍維寧, 馬爾庫·拉亞拉 申請人:Beneq有限公司