Пристрій для одержання вуглецевих нанотрубок спалюванням вуглеводнів

Винахід стосується фізичної хімії матеріалів, зокрема пристроїв для одержання фулеренів і нанотрубок. Вуглецеві наноструктурні матеріали привертають увагу вчених до дослідження їх властивостей і застосування у багатьох галузях промисловості. Цим пояснюється систематичне вивчення процесів синтезу наноматеріалів з метою їх удосконалення і впровадження у виробництво для забезпечення промисловості і наукових закладів достатньою кількістю дешевих наноматеріалів типу фулеренів та нанотрубок. Особливу увагу приділяють одержанню нанотрубок як матеріальної основи для удосконалення виробів електронної промисловості. Один із простих і дешевих способів одержання вуглецевих нанотрубок є спалювання вуглеводнів у полум'ях. Відомий пристрій для одержання вуглецеви х наноструктурних матеріалів спалюванням вуглеводнів, що включає камеру згоряння, канали вводу палива та окислювача і пальник, взятий за основу у методах одержання фулеренових наноструктур [Howard J.B., McKiinnon J.T., Combustion method for producing fullerenes, US Patent 5273729, C01B031/00, December 28, 1993; Howard J.B., Vander Sande J.B., Ghowdhury K.D., Production of fullerenic nanostructures in flames, US Patent 5985232, D01F007/12, C01B031/02, November 16, 1999; Vander Sande J.B., Howard J.B., Chowdhury K.D., Production of fullerenic soot in flames, US Patent 6162411, C01B31/02, December 19, 2000]. Недоліком пристрою є малий вміст нанотрубок у продуктах згоряння. Відомий пристрій для спалювання вуглеводнів у полум'ї, що включає камеру згоряння, ємність із паливом, пальник з отворами і фітіль з регулятором [Я.И.Перельман, Занимательная физика, кн.2, М., "Наука", 1983, с.153]. Цей пристрій є прототипом винаходу, що пропонується. Недоліком цього пристрою також є малий вміст нанотрубок у продуктах згоряння. Метою винаходу є збільшення вмісту нанотрубок у продуктах згоряння вулеводнів. Мета досягнута за рахунок того, що відомий пристрій для одержання наноструктурних матеріалів, що включає камеру згоряння, фітіль з регулятором, ємність з паливом і пальник із отворами додатково оснащено соплом із краном і змішувачем для подачі суміші газу і порошку у камеру згоряння. Для кращого утворення нанотрубок їх синтез необхідно проводити в присутності каталізатора. В процесі згоряння вуглеводнів присутність каталізатора у вигляді дисперсного порошку, який знаходиться у потоці вуглецевих кластерів, що летять, сприяє утворенню і росту нанотрубок. В якості каталізаторів застосовані дисперсні порошки нікелю, кобальту, заліза, міді, молібдену, платини, родію, паладію та їх сумішей і сплавів. На кресленні (див.фіг.) показано принципіальну схему пристрою, що пропонується. Пристрій складається із паливної ємності 9, пальника 5 з отворами 7, фітіля 8 із регулятором 6, камери згоряння 4, сопла 3 із краном 2 і змішувачем 1. Рідкий вуглеводень із паливної ємності 9 усмоктується фітілем 8 і досягає камери згоряння 4, де його підпалюють. Із змішувача 1 через сопло 3 у зону горіння подають суміш інертного газу і дисперсного порошку. В процесі згоряння завдяки вертикальному розташуванню пристрою і отворам 7 внизу пальника 5 сажа з вуглецевими наноструктурними матеріалами, що утворюються при згорянні, разом із нагрітим повітрям летить вгору через отвір у камері згоряння 4, де конденсується на пробовідбірнику (на кресленні не показаний). На дисперсних частинках порошку утворюються і виростають нанотрубки. Регулятором б змінюють величину і місцезнаходження верхнього кінця фітіля 8 у камері згоряння 4, що впливає на повноту згоряння вуглеводню, а краном 2 регулюють інтенсивність подачі газової суміші. Приклади здійснення винаходу. 1. Проведено два порівняльні досліди. Під час першого досліду у запропонованому пристрої протягом 20 хвилин спалювали керосин без подачі порошку в зону горіння. У другому досліді протягом 20 хвилин спалювали керосин, водночас в зону горіння подавали суміш аргону і порошку нікелю дисперсністю менше 20мкм. Зібрані продукти згоряння у вигляді сажі піддавали екстракції та розділенню. Вміст нанотрубок аналізували методами хроматографії і електронної мікроскопії. Загальна кількість нанотрубок складала у продуктах згоряння у першому досліді - 0,2%, у другому - 0,7%, тобто, більше ніж утричі. 2. Проведено два аналогічні порівняльні досліди. Під час першого досліду у запропонованому пристрої протягом 20 хвилин спалювали керосин без подачі порошку в зону горіння. У другому досліді протягом 20 хвилин спалювали керосин, водночас в зону горіння подавали суміш аргону та порошків нікелю і кобальту (50/50) дисперсністю менше 20мкм. Загальна кількість нанотрубок складала у продуктах згоряння у першому досліді - 0,2%, у др угому - 0,8%, тобто, учетверо більше.