反應器及生長碳納米管的方法
2023-07-27 23:48:51 1
反應器及生長碳納米管的方法
【專利摘要】本發明提供一種反應器，其包括：一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口與所述進氣口間隔設置；其中，反應器進一步包括一碳納米管層設置於所述進氣口及出氣口之間，所述碳納米管層懸空設置於所述反應室中以承載催化劑層。本發明進一步提供一種反應器作為生長裝置生長碳納米管的方法。
【專利說明】反應器及生長碳納米管的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種反應器，以及採用所述反應器生長碳納米管的方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管是九十年代初才發現的一種新型一維納米材料。碳納米管的特殊結構決定了其具有特殊的性質，如高抗張強度和高熱穩定性；隨著碳納米管螺旋方式的變化，碳納米管可呈現出金屬性或半導體性等。
[0003]由於碳納米管具有理想的一維結構以及在力學、電學、熱學等領域優良的性質，其在材料科學、化學、物理學等交叉學科領域已展現出廣闊的應用前景，在科學研究以及產業應用上也受到越來越多的關注。目前以碳納米管結構作為生長基底，應用於反應器中生長新的結構逐漸成為新的研究熱點，逐漸引起了廣泛關注。
[0004]然而，由於碳納米管結構中碳納米管自身條件限制，如尺寸較小等，如何設置所述碳納米管結構並其作為生長基底並在表面生長出新的結構一直是難以克服的難題。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，確有必要提供一種碳納米管層作為生長基底的反應器。
[0006]一種反應器，包括:一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口，反應氣體從所述進氣口通入流向所述出氣口，其中，反應器進一步包括一碳納米管催化劑複合層設置於反應室內部，位於所述進氣口及出氣口之間，該碳納米管催化劑複合層具有多個微孔，所述碳納米管催化劑複合層的表面與所述反應氣體的流動方向形成一夾角，使所述反應氣體在反應室內流動過程中穿過所述碳納米管催化劑複合層的多個微孔。
[0007]—種採用所述反應器生長碳納米管的方法，主要包括以下步驟:提供一所述反應器；向所述反應室內通入碳源氣體與載氣的混合氣體；加熱所述碳納米管催化劑複合層以生長碳納米管。
[0008]相對於現有技術，本案中所述反應器中採用碳納米管層作為生長基底，由於所述碳納米管層中的碳納米管均勻分布且具有較大的比表面積，且所述碳納米管層具有多個微孔，因此催化劑顆粒可以牢固的固定沉積於所述碳納米管層表面或嵌入所述碳納米管層中，並使反應氣體貫穿所述碳納米管層，從而能夠有效的防止其團聚，並提高的反應效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明第一實施例的提供的反應器結構示意圖。
[0010]圖2為圖1所示反應器中碳納米管催化劑層的結構示意圖。
[0011]圖3為本發明第一實施例中所述反應器中碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。
[0012]圖4為圖3所示的碳納米管拉膜中碳納米管片段的結構示意圖。
[0013]圖5為本發明所述的反應器中包括多層碳納米管膜的結構示意圖。
[0014]圖6為本發明所述反應器中非扭轉的碳納米管線的結構示意圖。[0015]圖7為本發明所述反應器中扭轉的碳納米管線的結構示意圖。
[0016]圖8為應用圖1所述反應器生長碳納米管的結構示意圖。
[0017]圖9為向所述反應器中的碳納米管催化劑層加熱後的照片。
[0018]圖10為本發明第二實施例提供的反應器的結構示意圖。
[0019]圖11為本發明第二實施例提供的反應器生長碳納米管的結構示意圖。
[0020]圖12為本發明第三實施例提供的反應器的結構示意圖。
[0021]主要元件符號說明
【權利要求】
1.一種反應器，包括: 一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口，反應氣體從所述進氣口通入流向所述出氣口，其特徵在於，反應器進一步包括一碳納米管催化劑複合層設置於反應室內部，位於所述進氣口及出氣口之間，該碳納米管催化劑複合層具有多個微孔，所述碳納米管催化劑複合層的表面與所述反應氣體的流動方向形成一夾角，使所述反應氣體在反應室內流動過程中穿過所述碳納米管催化劑複合層的多個微孔。
2.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑複合層為一自支撐結構，包括一碳納米管層及分散於碳納米管層表面的催化劑顆粒。
3.如權利要求2所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑層的表面為一平面，且面對所述進氣口設置。
4.如權利要求2所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑層包括多個催化劑顆粒固定於所述碳納米管層中碳納米管的表面。
5.如權利要求2所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑層包括多個催化劑顆粒嵌入碳納米管層的微孔中。
6.如權利要求2所述的反應器，其特徵在於，所述催化劑顆粒的尺寸為5納米~10納米。
7.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑複合層中所述多個微孔沿所述碳納米管催化劑複合層的厚度方向貫穿所述碳納米管催化劑複合層。
8.如權利要求7所述的反應器，其特徵在於，所述微孔的尺寸為5納米至10微米。
9.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑複合層包括至少一碳納米管膜，所述碳納米管膜中包括多個沿同一方向延伸的碳納米管。
10.如權利要求9所述的反應器，其特徵在於，所述碳納米管催化劑複合層包括至少兩層重疊設置的碳納米管膜，相鄰兩層碳納米管膜中，碳納米管的延伸方向形成一夾角，所述夾角大於零度小於等於90度。
11.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，所述進氣口面對所述碳納米管催化劑複合層一表面設置，從進氣口流入的氣體沿垂直於所述碳納米管催化劑複合層表面的方向貫穿所述碳納米管催化劑複合層。
12.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，進一步包括多個碳納米管催化劑複合層沿所述反應室中氣體的流動方向相互間隔設置於所述反應室中。
13.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，所述反應室包括多個彎折結構。
14.如權利要求1所述的反應器，其特徵在於，進一步包括一第一電極與第二電極間隔設置且分別與所述碳納米管催化劑層電連接。
15.一種採用所述反應器生長碳納米管的方法，主要包括以下步驟: 提供一如權利要求1至14中任意一項所述的反應器； 向所述反應室內通入碳源氣體與載氣的混合氣體； 加熱所述碳納米管催化劑複合層以生長碳納米管。
16.如權利要求15所述的採用反應器生長碳納米管的方法，其特徵在於，所述催化劑層通過電子束蒸發法、熱沉積或濺射法的方法形成。
17.如權利要求15所述的採用反應器生長碳納米管的方法，其特徵在於，所述混合氣體的通入方向垂直於所述碳納米管催化劑複合層的表面。
18.如權利要求15所述的採用反應器生長碳納米管的方法，其特徵在於，通過向所述碳納米管催化劑複合層通入電流的方式加熱所述碳納米管催化劑複合層。
19.如權利要求15所述的採用反應器生長碳納米管的方法，其特徵在於，所述反應室包括多個碳納米管催化劑複合層間隔設置，所述多個碳納米管催化劑複合層並聯設置於一第一電極及一第二電極之間，通過向所述第一電極及第二電極施加一電壓加熱所述多個碳納米管催化劑複合層。
20.如權利要求19所述的採用反應器生長碳納米管的方法，其特徵在於，在第一電極與第二電極之 間施加一 40伏特的直流電壓，加熱溫度為500°C至900°C，反應時間為30~60分鐘。
【文檔編號】C01B31/02GK103896245SQ201210587878
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月29日 優先權日:2012年12月29日
【發明者】吳揚, 柳鵬, 魏洋, 王佳平, 姜開利, 範守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業（深圳）有限公司