[发明专利]一种单壁碳纳米管制备装置

说明书

一种单壁碳纳米管制备装置，属于碳纳米材料制备装置技术领域。本发明解决了现有的单壁碳纳米管制备过程中存在的制造效率低的问题。加热套及两个端部保温环均套设在石英管外部，加热套包括套设在石英管上的保温套管以及绕设在保温套管内壁的若干加热丝，每个加热丝的一端均穿设在保温套管上且均对应连接有铠装热电偶；所述分布器固设在炉体组件的上方，且碳源经过分布器及通入分布器内的碳源携带气雾化后喷入反应腔，所述物料收集箱设置在炉体组件的正下方，位于下方的端部保温环与物料收集箱上部通过法兰固接，且石英管的底端与物料收集箱的入口连通布置；加热套的外部固装在提升组件上，且通过提升组件实现其相对于内部石英管的上升与下降。

技术领域

本发明涉及一种单壁碳纳米管制备装置，属于碳纳米材料制备装置技术领域。

背景技术

碳纳米管根据形成管壁的碳原子的层数可以分为单壁碳纳米管(SWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。其中，单壁碳纳米管可看作是由单层石墨层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝空心管。单壁碳纳米管由卷成圆筒状的石墨层构成，具有极高的长径比，是典型的一维纳米材料。因单壁碳纳米管一维的管状分子结构(原子结构排列上的微小差异将导致碳纳米管光电性质的巨大区别)，表现出特殊的性质，如优异的力学、电学和光学等性质，例如：极高的杨氏模量、抗拉强度和热导率，因此，单壁碳纳米管在复合材料、新能源电池电极材料、光电子器件、生物医药、传热元件以及生物、化学传感器等不同领域具有潜在而广泛的应用价值。

目前制备单壁碳纳米管的方法中化学气相沉积法通常是：在基底表面沉积催化剂颗粒，通入气体碳源，在高温下催化裂解形成单壁碳纳米管。基于催化剂的选择、碳源的选择、温度的控制等因素，目前方法制备的单壁碳纳米管中容易含有多壁碳纳米管，杂质含量高，且形貌均一性差。申请号为201711244268.X即公开了一种单壁碳纳米管的制备方法和相关应用，介绍了一种单壁碳纳米管的反应装置，其步骤包括：1)将反应腔体内气体置换为惰性气体；2)将活性元素氧化物沉积在基底上，在液碳储存装置中注入液体碳源；3)以一定转速转动液碳储存装置，并升温使液体碳源蒸发；4)以一定升温速率升温至600-1000℃，通入还原气体，制备得到单壁碳纳米管。但这种装置及方法制备的单壁碳纳米管生长在基底上，需要后期冷却分离，制造效率受到制约。

另一申请号为201710142068.7公开了一种一种超长单壁碳纳米管水平阵列、制备方法及反应装置，其步骤包括：1)在还原气氛中将催化剂前驱体还原为有活性的催化剂后快速降温至非反应温度；2)将第二衬底与载有有活性的催化剂的第一衬底共同置于具有碳源的稳定的层流气氛中，再快速升温至生长温度反应得到超长单壁碳纳米管水平阵列；3)反应装置至少包括反应腔体和加热装置，反应腔体能够迅速升温和降温以达到反应所需的温度要求。故该专利中对于反应腔体的升温和降温有严苛的要求，而且同样需要在衬底(基底)上生长单壁碳纳米管，同样存在制造效率低下的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有的单壁碳纳米管制备过程中存在的制造效率低的问题，进而提供了一种单壁碳纳米管制备装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种单壁碳纳米管制备装置，它包括分布器、炉体组件、提升组件及物料收集箱，

其中所述炉体组件包括石英管、加热套以及两个端部保温环，石英管内部为反应腔，加热套及两个端部保温环均套设在石英管外部，且两个端部保温环分别固装在加热套的上、下两端，所述加热套包括套设在石英管上的保温套管以及由上到下依次绕设在保温套管内壁的若干加热丝，每个加热丝的一端均穿设在保温套管上且均对应连接有铠装热电偶；

所述分布器固设在炉体组件的上方，且碳源经过分布器及通入分布器内的碳源携带气雾化后喷入反应腔，所述物料收集箱设置在炉体组件的正下方，位于下方的端部保温环与物料收集箱上部通过法兰固接，且石英管的底端与物料收集箱的入口连通布置；

加热套的外部固装在提升组件上，且通过提升组件实现其相对于内部石英管的上升与下降。