Устройство для получения фуллеренсодержащей сажи

Изобретение может быть использовано в области электротермии. Герметичная реакционная камера состоит из крышки 1 и корпуса 2 с рубашками водяного охлаждения 3 и 4, соединённых фланцевым соединением 5. Из камеры откачивают воздух, после чего вводят в неё гелий. На наклонные неподвижные электроды 6, прикреплённые ко дну корпуса 2 через электрически изолированные токовводы 7, по контактной линии 17 подают ток с отрицательной полярностью. Подвижный электрод 8 прикреплён к крышке 1 через электрически изолированный токоввод 11 и выполнен в виде конусообразного элемента 8 с расположенными ярусами на нескольких уровнях графитовыми стержнями 10 разной длины, установленными в электрических разъемах 9. Стержни 10 нижнего яруса имеют большую длину, чем стержни 10 яруса, расположенного выше. На подвижный электрод 8, снабжённый также механизмом 12 вертикального возвратно-поступательного движения относительно электродов 6, по контактной линии 16 подают ток с положительной полярностью. При сближении на расстояние разрядного промежутка между нижним ярусом графитовых стержней 10 и неподвижными наклонными электродами 6 образуются электрические дуги, в результате чего происходит горение графитовых стержней 10 и испарение углерода с образованием фуллеренсодержащей сажи, которую счищают с внутренней поверхности корпуса 2, с неподвижных электродов 6 и через отводы 13 направляют в емкость 15 для сбора фуллеренсодержащей сажи, прикреплённую фланцевыми соединениями 14. Повышается производительность процесса. 1 ил.

 

Устройство относится к области электротермии и предназначено для получения сажи, содержащей смесь фуллеренов.

Известен способ получения фуллеренов, включающий образование углеродных кластеров с плоской гексагональной структурой путем нагревания твердой углеродсодержащей заготовки и последующий синтез из них молекул фуллеренов за счет нагревания углеродсодержащих заготовок в вакууме до температуры около 4500°С, при этом синтез молекул фуллеренов проводят во встречно направленных или пересекающихся потоках углеродных кластеров (Патент РФ №2085484, опубл. от 27.07.1997). Однако, для нагревания твердой углеродсодержащей заготовки предлагается использовать резистивные, индукционные, магнетронные или лазерные методы, что обуславливает необходимость создания сложных и дорогостоящих инженерно-технических устройств, реализующих данные методы.

Известно устройство для получения сажи, содержащей фуллерены, электродуговым методом, включающее герметичный корпус, заполненного гелием, соосно расположенные подвижный и неподвижный электроды, причем подвижный электрод установлен с возможностью поступательного движения по отношению к неподвижному, окно для визуального наблюдения, расположенное перпендикулярно оси электродов (W.A. Scrivens, J.M. Tour Synthesis of Gram Quantities of C60by Plasma Dischhorge in a Modified Round-Bottomed Flask, J. Org.Chem., 1992, v. 57, p. 6932-6936). Недостатком данного устройства является низкое количество производимых фуллеренов, необходимость частого вскрытия герметичного корпуса для замены сгорающего подвижного электрода, и как следствия, потери дорогостоящего газа - гелия.

Известно устройство для получения фуллеренсодержащей сажи, содержащее источник электрического тока, полюса которого соединены с первым и вторым электрическими вводами в реакционную камеру с закрепленными в них электродами, один из которых выполнен из углеродсодержащего материала, например графита, при этом электроды установлены торцами навстречу друг другу, при этом один из электродов снабжен механизмом для возвратно-поступательного движения вдоль своей геометрической оси относительно другого электрода с учетом сохранения разрядного промежутка между электродами, причем первый электрический ввод соединен с положительным полюсом источника электрического тока, отрицательный полюс которого соединен со вторым электрическим вводом, а первый и второй электрические вводы со стержнями установлены вдоль длины полости в герметичной камере (Заявка на изобретение РФ №98105520, опубл. от 27.01.2000). Основным недостатком данного устройства является низкий выход фуллеренсодержащей сажи.

Известно устройство для получения фуллеренсодержащей сажи, включающее герметичную реакционную камеру, состоящую из крышки и корпуса, выполненных с рубашками водяного охлаждения и соединенных фланцевым соединением, размещенные в корпусе подвижный и неподвижный электроды с электрически изолированными токовводами, при этом неподвижный электрод крепится ко дну корпуса реакционной камеры, а подвижный электрод крепится к крышке реакционной камеры, с возможностью наклона относительно неподвижного электрода и образования электрической дуги под углом между подвижным и неподвижным электродами (Патент РФ №2121965, опубл. от 20.11.1998).

Недостатком данного устройства является низкая производительность по производству фуллеренов, сложное устройство механизма наклона подвижного электрода, высокая стоимость процесса получения фуллеренов из-за необходимости частого вскрытия герметичного корпуса для замены сгорающего подвижного электрода, и как следствия, потери дорогостоящего газа - гелия.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышение производительности (количества) получения фуллеренсодержащей сажи.

Для достижения данного технического результата устройство для получения фуллеренсодержащей сажи, включающее герметичную реакционную камеру, состоящую из крышки и корпуса, выполненных с рубашками водяного охлаждения и соединенных фланцевым соединением, размещенные в корпусе подвижный и неподвижный электроды с электрически изолированными токовводами, при этом неподвижный электрод крепится ко дну корпуса реакционной камеры, а подвижный электрод крепится к крышке реакционной камеры, с возможностью образования электрической дуги под углом между подвижным и неподвижным электродами снабжено несколькими (например, два и более) наклонными неподвижными электродами, прикрепленными к дну корпуса реакционной камеры, подвижный электрод выполнен в виде конусообразного элемента (например, полнотелого усеченного конуса из керамического материала) со встроенными электрическими разъемами, в котором ярусами на нескольких уровнях (например, два и более) расположены графитовые стержни разной длины, установленные в электрических разъемам, при этом стержни нижнего яруса имеют большую длину, чем стержни вышерасположенного яруса, конусообразный элемент с графитовыми стержнями прикреплен через уплотнение к крышке реакционной камеры и снабжен механизмом вертикального возвратно-поступательного движения относительно наклонных неподвижных электродов, обеспечивающего поддержание разрядного промежутка и образования электрической дуги между графитовыми стержнями и неподвижными электродами, при этом к нижней части корпуса реакционной камеры через несколько отводов фланцевыми соединениями прикреплена емкость для сбора фуллеренсодержащей сажи.

Ведение в состав устройства для получения фуллеренсодержащей сажи, нескольких наклонных неподвижных электродов, прикрепленных к дну корпуса реакционной камеры и выполнение подвижного электрода в виде конусообразного элемента со встроенными электрическими разъемами, в котором ярусами на нескольких уровнях расположены графитовые стержни разной длины, установленные в электрических разъемам, а также снабжение конусообразного элемента механизмом вертикального возвратно-поступательного движения относительно наклонных неподвижных электродов, обеспечивающего поддержание разрядного промежутка и образования электрической дуги между графитовыми стержнями и неподвижными электродами, позволяет получить новой свойство, заключающееся в том, что использование в качестве подвижного электрода конусообразного элемента с электрическими разъемами, в котором ярусами на нескольких уровнях расположены графитовые стержни разной длины, обеспечивает значительное снижение количества остановок (перерывов) в работе устройства для перезарядки сгораемых стержней, а как следствие, уменьшает безвозвратные потери дорогостоящего инертного газа - гелия, увеличивает количество произведенной фуллеренсодержащей сажи в единицу времени за счет одновременного сгорания нескольких графитовых стержней, то в целом, обеспечивает снижение себестоимости производства фуллеренсодержащей сажи.

Прикрепление емкости для сбора фуллеренсодержащей сажи через несколько отводов позволяет обеспечить более полный сбор фуллеренсодержащей сажи со всей площади нижней части корпуса реакционной камеры.

На фиг. 1 изображено устройство для получения фуллеренсодержащей сажи.

Устройство для получения фуллеренсодержащей сажи, включающее герметичную реакционную камеру, состоящую из крышки 1 и корпуса 2, выполненных с рубашками водяного охлаждения, соответственно, 3 и 4, и соединенных фланцевым соединением 5. Внутри корпуса 2 реакционной камеры расположены несколько (например, два и более) наклонных неподвижных электродов 6, прикрепленными к дну корпуса 2 реакционной камеры через электроизолирующие уплотнения 7. Подвижный электрод выполнен в виде конусообразного элемента (например, полнотелого усеченного конуса из керамического материала) 8 с электрическими разъемами 9, в котором ярусами на нескольких уровнях расположены графитовые стержни 10 разной длины, установленные в электрических разъемах 9, при этом стержни 10 нижнего яруса имеют большую длину, чем стержни 10 вышерасположенного яруса. Конусообразный элемент 8 с графитовыми стержнями 10 прикреплен через электроизолирующее уплотнение 11 к крышке 1 реакционной камеры и снабжен механизмом 12 вертикального возвратно-поступательного движения относительно наклонных неподвижных электродов 6, обеспечивающего образования электрической дуги между графитовыми стержнями 10 и неподвижными электродами 6. В нижней части корпуса 2 реакционной камеры через несколько отводов 13 фланцевыми соединениями 14 прикреплена емкость 15 для сбора фуллеренсодержащей сажи.

Неподвижные электроды 6 и конусообразный элемент 8 с электрическими разъемами 9 подсоединены к источнику электроэнергии (на фиг. не показан) контактными линиями 16 и 17 с полярностью, указанной на фиг. 1. При этом контактная линия 16 с положительным зарядом подведена до каждого электрического разъема 9 конусообразного элемента 8.

Для контроля процесса получения фуллеренсодержащей сажи в корпусе 2 реакционной камеры предусмотрено смотровое окно 18.

Устройство для получения фуллеренсодержащей сажи работает следующим образом.

Первоначально устройство отключено от источника электрической энергии (на фиг. не показан). Поднимают крышку 1 реакционной камеры и в электрические разъемы 9 устанавливают графитовые стержни 10. Затем крышку 1 устанавливают на корпус 2 и с помощью фланцевого соединения 5 плотно соединяют крышку 1 и корпус 2, добиваясь герметичности реакционной камеры. Рубашку водяного охлаждения 3 крышки 1 и рубашку водяного охлаждения 4 корпуса 2 реакционной камеры заполняют водой и подключают к системе оборотного холодоснабжения (на рис. не показана) для прокачки воды через рубашки охлаждения 3 и 4.

Затем из реакционной камеры откачивают воздух и камеру заполняют инертным газом - гелием. От источника электрической энергии (на рис. не показана) к неподвижным электродам 6 и встроенным в конусообразный элемент 8 электрическим разъемам 9 по контактным линиям 16 и 17 подают ток с полярностью, указанной на фиг. 1 (контактная линия 16 с положительным зарядом, контактная линия 17 с отрицательным зарядом). При этом по контактной линии 16 энергия подводится до каждого электрического разъема 9 конусообразного элемента 8.

Для исключения попадание электрического тока на корпус 2 реакционной камеры неподвижные электроды 6 и конусообразный элемент 8 установлены в камере через электроизолирующие уплотнения 7 и 11, соответственно.

За счет работы механизма 12 вертикального возвратно-поступательного движения графитовые стержни 10, укрепленные во встроенных в конусообразный элемент 8 электрических разъемах 9, вместе с конусообразным элементом 8 начинают опускаться в направлении к наклонным неподвижным электродам 6. При сближении на расстояние разрядного промежутка между нижнем ярусом графитовых стержней 10 и неподвижными наклонными электродами 6 образуется электрическая дуга, в результате чего происходит горение графитовых стержней 10 и испарение углерода.

По мере прогорания графитовых стержней 10 нижнего яруса и дальнейшего медленного опускания конусообразного элемента 8, электрическая дуга образуется между графитовыми стержнями 10 следующего (вышерасположенного) яруса и неподвижными электродами 6. Следовательно, в процессе горения и образования паров углерода будут задействованы графитовые стерни 10 уже двух ярусов. И так процесс идет, пока не будут задействованы все графитовые стержни до их полного сгорания.

Пары углерода, образованные от сгорания графитовых стержней 10, касаются внутренних стенок корпуса 2 реакционной камеры и, охлаждаясь, образуют фуллеренсодержащую сажу (смесь фуллеренов и технической сажи). Тепло от рубашки водяного охлаждения 3 крышки 1 и рубашки водяного охлаждения 4 корпуса 2 реакционной камеры отводится к системе оборотного холодоснабжения (на рис. не показана), что обеспечивает поддержание постоянной температуры воды в рубашках охлаждения 3 и 4.

Для контроля процесса получения фуллеренсодержащей сажи в корпусе 2 реакционной камеры предусмотрено смотровое окно 18. После сгорания всех графитовых стержней 10 установка для получения фуллеренсодержащей сажи отключается от источника электрической энергии.

Затем снимают крепление фланцевого соединения 5 и отсоединяют крышку 1 с механизмом 12 вертикального возвратно-поступательного движения и конусообразным элементом 8. С внутренней поверхности корпуса 2 и с неподвижных электродов 6 счищают фуллеренсодержащую сажу, которая через отводы 13 попадает в емкость 15 для сбора фуллеренсодержащей сажи.

Затем вновь производят установку новых графитовых стержней 10 в электрических разъемах 9 и весь вышеуказанный процесс повторяется снова.

По мере наполнения емкости 15 фуллеренсодержащей сажей, емкость 15 отсоединяют от реакционной камеры с помощью фланцевых соединений 14 и транспортируют к месту очистки фуллеренов от сажи.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Патент РФ №2085484, опубл. от 27.07.1997.

2. W.A. Scrivens, J.M. Tour Synthesis of Gram Quantities of C60by Plasma Dischhorge in a Modified Round-Bottomed Flask, J. Org.Chem., 1992, v. 57, p. 6932-6936.

3. Заявка на изобретение РФ №98105520, опубл. от 27.01.2000.

4. Патент РФ №2121965, опубл. от 20.11.1998 - прототип.

Устройство для получения фуллеренсодержащей сажи, включающее герметичную реакционную камеру, состоящую из крышки и корпуса, выполненных с рубашками водяного охлаждения и соединенных фланцевым соединением, размещенные в корпусе подвижный и неподвижный электроды с электрически изолированными токовводами, при этом неподвижный электрод крепится ко дну корпуса реакционной камеры, а подвижный электрод крепится к крышке реакционной камеры, с возможностью образования электрической дуги под углом между подвижным и неподвижным электродами, отличающееся тем, что снабжено несколькими наклонными неподвижными электродами, прикрепленными к дну корпуса реакционной камеры, подвижный электрод выполнен в виде конусообразного элемента со встроенными электрическими разъемами, в котором ярусами на нескольких уровнях расположены графитовые стержни разной длины, установленные в электрических разъемах, при этом стержни нижнего яруса имеют большую длину, чем стержни вышерасположенного яруса, конусообразный элемент с графитовыми стержнями прикреплен через уплотнение к крышке реакционной камеры и снабжен механизмом вертикального возвратно-поступательного движения относительно наклонных неподвижных электродов, обеспечивающего поддержание разрядного промежутка и образования электрической дуги между графитовыми стержнями и неподвижными электродами, при этом к нижней части корпуса реакционной камеры через несколько отводов фланцевыми соединениями прикреплена емкость для сбора фуллеренсодержащей сажи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству графитированных углеродных конструкционных материалов и графитированных электродов для электрометаллургических печей. В способе определения температуры керна в печи графитации, включающем измерение температуры одновременно в трех точках по длине стержня-тепловода из графита, один конец которого поддерживается при постоянной температуре 0°С, а второй находится в прямом контакте с керном печи графитации, расчет температуры керна осуществляется с использованием аналитической зависимости формируемого температурного поля вдоль стержня-тепловода, имеющей вид квадратичного трехчлена Т=ах2+bх+с, на основе измеренных данных.

Изобретение относится к медицине и предназначено для лечения заболеваний нервной системы. Раскрыто использование водорастворимых производных фуллерена С60 в производстве лекарственных препаратов нейропротекторного действия.
Изобретение относится к химической промышленности и материаловедению и может быть использовано при изготовлении добавок, улучшающих свойства материалов. Смесь органического и металлсодержащего вещества механически обрабатывают перетиранием.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при промышленном изготовлении абразивных и смазочных материалов, а также инструментов.

Изобретения относятся к области химического материаловедения и могут быть использованы при изготовлении датчиков химического состава, электрохимических источников тока, носителей катализаторов, химических реагентов, меток, хроматографических фаз или дозы лекарства в микрокапсулах.

Изобретение может быть использовано для извлечения гелия из природного газа или продувочных газов производственных процессов. Для получения гелия из технологического газа подают технологический газ под давлением менее 15 бар в блок предварительной очистки, где удаляют нежелательные компоненты.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к производству детонационных наноалмазов. Способ получения детонационных наноалмазов осуществляют подрывом двухкомпонентных взрывчатых составов в неокислительной среде, содержащих тетрил и тротил, или гексоген, или тринитрофенол, или другое взрывчатое вещество.

Изобретение может быть использовано при изготовлении трикотажа, постельных принадлежностей, хозяйственных товаров, автомобильной продукции, мебели, труб, профилей и одежды.

Изобретение относится к способу получения озона при повышенном давлении с производительностью не менее 1 кг озона в час посредством генератора озона. Генератор озона содержит высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один противоэлектрод (1).

Изобретение может быть использовано при получении искусственных алмазов. Молекулу со структурой тетраэдрана из ряда, включающего бензвален, 3,4-диазабензвален или 2,3,4-метинил-циклобутанон, подвергают реакции с атомом углерода, не содержащим радикальных примесей, полученным из углеводородного источника, выбранного из группы, включающей алканы, циклоалканы и кубан, посредством воздействия на указанный углеводород разрядом высокой энерги.

Изобретение относится к области разработки биомедицинских сенсоров новых поколений, а именно к созданию секторов на поверхности приборов спинтроники. В биомедицине разделение здоровых и больных клеток основано на разной вероятности захвата магнитных наночастиц или микрочастиц клетками в зависимости от их состояния.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для производства модифицированного чугуна для изготовления быстроизнашивающихся деталей машин.
Изобретение относится к химической промышленности и материаловедению и может быть использовано при изготовлении добавок, улучшающих свойства материалов. Смесь органического и металлсодержащего вещества механически обрабатывают перетиранием.

Изобретение относится к устройствам для гальванического получения наноструктур. Аппарат для автоматизированного получения слоистых металлических нанопроводов с контролируемым составом вдоль их длинной оси включает набор емкостей с растворами электролитов и промывочными растворами, электроды, источник постоянного тока и устройство для управления режимом электроосаждения, при этом аппарат содержит моторизованное устройство для перемещения электродов относительно основания, на котором размещены емкости с растворами, обеспечивая формирование металлических слоев различного состава, при этом рабочий электрод представляет собой пористую пленку с цилиндрическими каналами, обеспечивающую условия для роста нанопроводов за счет ограничения направлений роста металла стенками пор.

Группа изобретений относится к аддитивному изготовлению объемных микроразмерных структур из наночастиц путем спекания наночастиц на подложке. Получают поток аэрозоля с наночастицами в импульсно-периодическом газовом разряде в потоке транспортного газа, затем производят нагрев аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа с обеспечением получения наночастиц сферической формы требуемого размера, транспортируют полученный поток аэрозоля с наночастицами к головке с соплом для фокусировки его на подложке, подают в указанное сопло поток аэрозоля с наночастицами и одновременно защитный газ с обеспечением фокусировки потока аэрозоля наночастиц на подложке и осаждают наночастицы из сфокусированного потока аэрозоля на подложку.

Изобретение относится к технике полупроводников. Полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами содержит полуизолирующую подложку (1) из GaAs, нижний нелегированный РБО (2), внутрирезонаторный контактный слой (3) n-типа, композиционную решетку (5) n-типа, оптический резонатор (6), содержащий активную область (7) на основе по меньшей мере трех слоев In(Al)GaAs квантовых ям (8), композиционную решетку (9) p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру (10), внутрирезонаторный контактный слой (11) p-типа, сильнолегированный фазокорректирующий контактный слой (12) p-типа и верхний диэлектрический РБО (14) на основе SiO2/Ta2O5.

Изобретение может быть использовано при создании Na-ионных аккумуляторов. Способ получения катодного материала, содержащего Na3V2O2x(PO4)2F3-2x (0<х≤1), включает воздействие на реакционную смесь, содержащую оксид ванадия V2O5, дигидрофосфат аммония NH4H2PO4, фтористый натрий NaF, восстановитель катионов ванадия V+5 и воду, микроволновым излучением.

Изобретение относится к технике полупроводников. Способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом включает последовательное эпитаксиальное выращивание на полуизолирующей подложке из GaAs полупроводниковой гетероструктуры, содержащей нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, оптический резонатор с активной областью и апертурным слоем из AlxGa1-xAs р-типа, где 0,97≤х<1, внутрирезонаторный контактный слой р-типа, формирование электрического контакта р-типа; формирование оксидной токовой апертуры в апертурном слое, формирование электрического контакта n-типа и формирование верхнего диэлектрического РБО, формирование пассивирующего и планаризующего слоя с низкой диэлектрической проницаемостью и формирование металлизации контактных площадок р- и n-типа.

Изобретение относится к электронной технике. Длинноволновый вертикально-излучающий лазер включает полуизолирующую подложку из GaAs, нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, композиционную решетку n-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную оптическую апертуру.

Изобретение относится к области микро- и нанотехнологий и может быть использовано для изготовления упорядоченного массива субмикронных отверстий в тонких металлических пленках, предназначенных для создания устройств микроэлектроники, фотоники, наноплазмоники, а также квантовых вычислительных устройств.

Способ определения значений параметров разрядного контура с нагруженным на газоразрядный межэлектродный промежуток емкостным накопителем энергии, обеспечивающих максимальную энергоэффективность получения наночастиц в импульсном газовом разряде может быть использован для повышения электрического КПД устройств для получения наночастиц в импульсном газовом разряде посредством электрической эрозии электродов, в том числе из металлов, сплавов и полупроводников.

Изобретение может быть использовано в области электротермии. Герметичная реакционная камера состоит из крышки 1 и корпуса 2 с рубашками водяного охлаждения 3 и 4, соединённых фланцевым соединением 5. Из камеры откачивают воздух, после чего вводят в неё гелий. На наклонные неподвижные электроды 6, прикреплённые ко дну корпуса 2 через электрически изолированные токовводы 7, по контактной линии 17 подают ток с отрицательной полярностью. Подвижный электрод 8 прикреплён к крышке 1 через электрически изолированный токоввод 11 и выполнен в виде конусообразного элемента 8 с расположенными ярусами на нескольких уровнях графитовыми стержнями 10 разной длины, установленными в электрических разъемах 9. Стержни 10 нижнего яруса имеют большую длину, чем стержни 10 яруса, расположенного выше. На подвижный электрод 8, снабжённый также механизмом 12 вертикального возвратно-поступательного движения относительно электродов 6, по контактной линии 16 подают ток с положительной полярностью. При сближении на расстояние разрядного промежутка между нижним ярусом графитовых стержней 10 и неподвижными наклонными электродами 6 образуются электрические дуги, в результате чего происходит горение графитовых стержней 10 и испарение углерода с образованием фуллеренсодержащей сажи, которую счищают с внутренней поверхности корпуса 2, с неподвижных электродов 6 и через отводы 13 направляют в емкость 15 для сбора фуллеренсодержащей сажи, прикреплённую фланцевыми соединениями 14. Повышается производительность процесса. 1 ил.

Наверх