Пристрій для одержання фулеренових наноструктурних матеріалів

Винахід стосується фізичної хімії матеріалів, зокрема пристроїв для одержання фулеренів і нанотрубок. Фулерени і нанотрубки, як відносно нові об'єкти дослідження учених всього світу, мають певну перспективу для застосування у багатьох галузях промисловості, але Їх впровадженню досі заважає висока ціна фулеренових наноструктурних матеріалів та недостатня продуктивність відомих пристроїв для їх виробництва. Один із відносно простих і дешеви х способів одержання фулеренів і нанотрубок є їх синтез у полум'ях. Відомий пристрій для одержання фулеренових наноструктурних матеріалів, що включає камеру згоряння, канали вводу палива та окислювача, пальник та пробовідбірник у вигляді трубки, який встромляють у камеру згоряння і час від часу витягають для відділення від нього конденсатів [Howard J.B., McKinnon J.T., Combustion method for producing fullerenes, US Patent 5273729, C01B031/00, May 24,1991]. Відомий більш досконалий варіант такого пристрою, який включає ті ж самі елементи в ти х же відношеннях [Vander Sande J.B., Howard J.B., Chowdhury K.D., Production offullerenic soot in flames, US Patent 6162411, C01B31/02, December 12,2000]. Цей пристрій є прототипом винаходу, що пропонується. Недоліком цих пристроїв є періодичність операції збирання продуктів згоряння і зв'язаний з цим малий коефіцієнт корисної дії пристрою. Відомий пристрій для одержання сажі, що включає пальник із фарфорової трубки, сітчастий екран із латунної сітки та пробовідбірник у вигляді нерухомого металевого диска, розташованого над пальником [П.А.Теснер, Образование углерода из углеводородов газовой фазы, «Химия», М., 1972, с.22]. Недоліком цього пристрою також є малий коефіцієнт корисної дії. Задача винаходу є збільшення коефіцієнта корисної дії пристрою. Задача вирішується за рахунок того, що пробовідбірники періодичної дії, які являються елементами пристроїв аналогів та прототипу, замінено на пробовідбірник неперервної дії, що конструктивно виявлено в тому, що в пристрій для одержання фулеренових наноструктурних матеріалів, що включає камеру згоряння, канали для вводу палива та окислювача, пальника замість пробовідбірника, виконаного у вигляді тр убки або металевого диска, розташованого перпендикулярно до камери згоряння, пропонується такий, що оснащено пристроєм для обертання диска навколо осі, яка розташована за межами камери згоряння паралельно їй. На кресленні показано принцип дії пристрою, що пропонується. Пальне і окислювач подають по каналам 1 до пальника 2, де ця суміш підпалюється. Полум'я, в якому утворюються вуглецеві кластери - наноструктурні складові елементи фулеренів і нанотрубок, поширюється у камері згоряння З, у відкритому кінці якої установлено пробовідбірник 4 у вигляді диска, що обертається навкруги осі 5, яка розташована за межами камери згоряння паралельно їй. На поверхні диска, оберненої до камери згоряння, осідають і конденсуються наноструктурні фулеренові матеріали -фулерени та нанотрубки. При обертанні диска його зони з конденсатами переміщуються до пристрою 6, що очищає поверхню диска від продуктів згоряння, які падають у ємність 7. Таким чином забезпечується безперервний процес утилізації продуктів згоряння - фулеренових наноструктурних матеріалів і підвищується ефективність процесу, тобто збільшується коефіцієнт корисної дії пристрою. Зважаючи на те, що диск перекриває всю камеру згоряння або значну її частину, для того, щоб не перешкоджати струменю газу після полуменю вільно залишати камеру згоряння, проходячи через диск, тіло диска перфоровано. Характер утворення фулеренових наноструктурних матеріалів, зокрема нанотрубок на поверхні пробовідбірника в значній мірі залежить від природи матеріалу його поверхні. Для того, щоб варіювати умовами структуроутворення, диск виконують із кераміки, його поверхню покривають пластинами металу, кераміки або кварцу, поверхню диска напилюють металом або керамікою, при цьому для одночасної реалізації різних умов структуроутворення покриття або напилення здійснюють секторами, де кожний сектор має відмінний від сусідів матеріал поверхні. Приклад здійснення винаходу. С уміш ацетилену та кисню спалювали у камері згоряння діаметром 36 мм. На відстані 6 см від пальника розміщували послідовно по З0 хвилин пробовідбірники у вигляді трубки, нерухомого диска і диска, що обертається. Перші два пробовідбірники регулярно віднімали від отвору камери згоряння і обчищали від продуктів згоряння. Із диска, що обертався, продукти згоряння обчищали безперервно протягом усіх З0 хвилин за допомогою спеціального приладу. Кількості одчищених продуктів складають відповідно 5,4 мг, 15,2 мг і 26,3 мг. Зростання коефіцієнту корисної дії пристрою очевидне. Необхідно додати, що варіант з диском, що обертається, на відміну від двох попередніх, дозволяє подальшу автоматизацію процесу утилізації продуктів згоряння. Вміст фулеренів і нанотрубок контролювався методами хроматографії і електронної мікроскопії. Загальна кількість фулеренових наноструктурних матеріалів складає у продуктах згоряння проведених дослідів 1 -1,5 %.