RU2571150C2 - Method of production of carbon nanotubes - Google Patents
Method of production of carbon nanotubes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571150C2 RU2571150C2 RU2014102133/05A RU2014102133A RU2571150C2 RU 2571150 C2 RU2571150 C2 RU 2571150C2 RU 2014102133/05 A RU2014102133/05 A RU 2014102133/05A RU 2014102133 A RU2014102133 A RU 2014102133A RU 2571150 C2 RU2571150 C2 RU 2571150C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- arc
- catalyst
- nanotubes
- mixture
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title description 11
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 claims 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002305 electric material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 9
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к дуговому способу получения углеродных нанотрубок, и может быть использовано при получении элементов памяти, наноэлектрических проводов, материалов с новыми электрическими и магнитными свойствами. Синтезированные этим способом углеродные нанотрубки могут быть также применены в качестве силового наполнителя в производстве композиционных материалов, как добавка в бетоны и керамики, могут выступать в роли сорбента.The invention relates to the field of nanotechnology, in particular to an arc method for producing carbon nanotubes, and can be used to obtain memory elements, nanoelectric wires, materials with new electrical and magnetic properties. Synthesized in this way carbon nanotubes can also be used as a power filler in the production of composite materials, as an additive in concrete and ceramics, can act as a sorbent.
В WO 2004/083119 описан плазменный способ для непрерывного производства нанотрубок, нановолокон и других наноструктур на основе углерода. Углерод-предшественник, катализатор и носитель плазмы вводят в реакционную зону, где углерод-предшественник (предпочтительно, частицы твердого углерода) испаряется. Горячую плазму в реакционной зоне генерируют с помощью дуг, созданных путем подключения источника питания переменного тока к двум или трем угольным электродам. Парогазовую смесь затем направляют через сопло в зону охлаждения для ядрообразования. Основная проблема, связанная с этим способом, состоит в неуправляемости скорости испарения угольных электродов, что параметрически затрудняет повторяемость результатов. Кроме того, испарение графита и катализатора происходит в области электродугового разряда, что вызывает изменения в элементарных процессах, в проводимости, падение напряжения на дуге. Горение дуги становится нестабильным. Отсюда нестабильность параметров процесса.WO 2004/083119 describes a plasma method for the continuous production of nanotubes, nanofibres and other carbon-based nanostructures. The carbon precursor, catalyst and plasma carrier are introduced into the reaction zone where the carbon precursor (preferably solid carbon particles) is vaporized. Hot plasma in the reaction zone is generated using arcs created by connecting an AC power source to two or three carbon electrodes. The vapor-gas mixture is then sent through the nozzle to the cooling zone for nucleation. The main problem associated with this method is the uncontrollability of the evaporation rate of carbon electrodes, which parametrically complicates the repeatability of the results. In addition, the evaporation of graphite and catalyst occurs in the region of the electric arc discharge, which causes changes in elementary processes, in conductivity, and a voltage drop across the arc. Arc burning becomes unstable. Hence the instability of the process parameters.
В работе (Fulcheri L. et.al // 16th Int. Symp. on Plasma Chem. Italy. 2003. P.522.) для получения нанотрубок в качестве плазмообразующего газа использовался один из газов: азот, аргон или гелий. В качестве источника углерода применялись сажа, мелкодисперсный графит, ацетилен и метан. В поток газа добавлялись катализаторы: Ni, Со, Y и их смеси. Максимальный выход одностеночных и многостеночных нанотрубок был получен при использовании Ni. Используемая технология предназначена была изначально для производства сажи, она работает только при атмосферном давлении и не обеспечивает стабильность параметров, что принципиально важно для производства нанотрубок.In (Fulcheri L. et.al // 16th Int. Symp. On Plasma Chem. Italy. 2003. P.522.), One of the gases was used as a plasma-forming gas: nitrogen, argon, or helium to obtain nanotubes. Soot, fine graphite, acetylene, and methane were used as a carbon source. The catalysts were added to the gas stream: Ni, Co, Y, and mixtures thereof. The maximum yield of single-walled and multi-walled nanotubes was obtained using Ni. The technology used was originally intended for the production of soot; it works only at atmospheric pressure and does not provide stability of parameters, which is fundamentally important for the production of nanotubes.
В McGill University (Канада) (Harbec D., et al. US Patent 60426407. 2002) были получены нанотрубки, когда источником углерода был четыреххлористый углерод С2С14 в газовой фазе при давлении плазмообразующих газов от 200 до 760 Topp, который подавался радиально в реактор после плазмотрона вместе с плазмообразующим газом. Вольфрамовые электроды служили источником катализа в потоке плазмы. При использовании плазмотрона при уровне мощности до 65 кВт и при использовании гелия и аргона Harbec D. и его соавторы не решили проблему ввода твердых катализаторов как в плазмотрон, так и в струю плазмы.Nanotubes were obtained at McGill University (Canada) (Harbec D., et al. US Patent 60426407. 2002) when the carbon source was carbon tetrachloride C 2 Cl 4 in the gas phase at a pressure of plasma forming gases from 200 to 760 Topp, which was supplied radially into the reactor after the plasma torch together with the plasma-forming gas. Tungsten electrodes served as a source of catalysis in the plasma stream. When using a plasma torch at a power level of up to 65 kW and using helium and argon, Harbec D. and his co-authors did not solve the problem of introducing solid catalysts both into a plasma torch and into a plasma jet.
Наиболее близким к заявляемому является способ, представленный в патенте RU 2419585 «Способ и реактор для производства углеродных нанотрубок», МПК С01В 31/02, В82В 3/00, Н05Н 1/50, опубл. 27.05.2011. По данному способу проводят испарение/разложение углеродсодержащего материала в объемной термической плазме, генерированной за счет вращения электрической дуги при использовании приложенного снаружи магнитного поля, и конденсирование упомянутого испаренного/разложенного углеродсодержащего материала на поверхностях или на частицах в газовом потоке. Электрическую дугу обеспечивают между электродом и полым противоэлектродом, причем электроды установлены аксиально напротив друг друга. Противоэлектрод снабжен отверстиями, обеспечивающими прохождение и рецуркулирование газов и частиц. Является предпочтительным, чтобы упомянутый углеродсодержащий материал можно было рециркулировать через объемную плазму. Поверхности могут представлять собой, например, электрод или подложку. В дополнительном варианте воплощения противоэлектрод может представлять собой трубу или трубу, часть которой имеет коническую форму. Углеродсодержащий материал может представлять собой газ, жидкость или твердое тело и может быть выбран из группы, состоящей из углеродной сажи, графитового порошка, каменного угля, природного газа, углеводородов и нефтепродуктов. Наличие углеродсодержащего материала можно, в качестве альтернативы, обеспечивать путем добавления или испарения углеродсодержащих электродов. Наряду с упомянутым углеродсодержащим материалом можно добавлять катализатор либо с вводимым плазменным газом, либо путем нанесения на упомянутые поверхности. Катализатор можно выбрать из группы, состоящей из Ni, Со, Fe, Y, солей и органометаллических соединений Ni, Со, Fe, Y, суспензий Ni, Со, Fe, Y и упомянутых солей, упомянутых соединений и их комбинаций. В качестве плазменного газа можно использовать водород, гелий, азот, аргон, монооксид углерода или их смеси или химическое вещество (предпочтительно, газ), с помощью которых можно получить один или несколько из этих газов путем нагрева.Closest to the claimed is the method presented in patent RU 2419585 "Method and reactor for the production of carbon nanotubes", IPC C01B 31/02,
Данный способ позволяет использовать известные материалы для получения нанотрубок (патент RU 2338686 «Способ получения углеродных нанотрубок», МПК С01В 31/00, В82В 3/00, опубл. 20.11.2008; Тарасов Б.П., Мурадян В.Е. Шульга Ю.М., Куюнко Н.С., Мартыненко В.М., Румынская З.А., Ефимов О.Н. Исследование продуктов электродугового испарения металл-графитовых электродов ISJAEE 6 2002). Способ основан на электрическом нагреве газов дуговым разрядом, при котором важным фактором является стабильность горения дуги. Надежность способа и его производительность зависят от этого фактора. В данном способе электроды расположены аксиально и введение через отверстия в поверхности электрода углеродсодержащего материала или испарение углеродсодержащего электрода происходит в области электродугового разряда, что дает неустойчивость дуги и сопровождается образованием гарниссажей. Применение вращающейся электрической дуги в некоторой степени компенсирует неустойчивость дуги, но повышает энергоемкость процесса, усложняет его.This method allows the use of known materials for the production of nanotubes (patent RU 2338686 "Method for producing carbon nanotubes", IPC C01B 31/00, B82B 3/00, publ. 11/20/2008; Tarasov BP, Muradyan V.E. Shulga Yu .M., Kuyunko N.S., Martynenko V.M., Romanian Z.A., Efimov O.N. Research of products of electric arc evaporation of metal-graphite electrodes ISJAEE 6 2002). The method is based on electric heating of gases by an arc discharge, in which the stability of arc burning is an important factor. The reliability of the method and its performance depend on this factor. In this method, the electrodes are axially arranged and the introduction of carbon-containing material through the holes in the electrode surface or the carbon-containing electrode evaporates in the region of the electric arc discharge, which gives an arc instability and is accompanied by the formation of skulls. The use of a rotating electric arc to some extent compensates for the instability of the arc, but increases the energy intensity of the process, complicates it.
Задачей заявляемого изобретения является упростить дуговой способ получения углеродных нанотрубок, повысить его производительность, снизить энергоемкость процесса.The task of the invention is to simplify the arc method of producing carbon nanotubes, increase its productivity, reduce the energy intensity of the process.
Поставленная задача достигается получением углеродных нанотрубок в объемной термической плазме, в которую вводят углеродсодержащий материал и катализаторы, а для осаждения используют реактор, отличающийся тем, что углеродсодержащий материал подают в смеси с катализатором в реакционную зону дуги закрученным потоком рабочего газа после стабилизации дуги, необходимой для получения нанотрубок с цилиндрической структурой, состоящей из одного и более слоев. Концентрацией теплового потока создается устойчивая развитая зона объемного горения с образованием на оси потока зоны обратных токов, что увеличивает скорости испарения вводимого источника углерода. При этом горячая дуга оттесняется от стенок разрядной камеры, предохраняя последнюю от чрезмерного нагрева и разрушения.The problem is achieved by producing carbon nanotubes in a bulk thermal plasma into which carbon-containing material and catalysts are introduced, and a reactor is used for precipitation, characterized in that the carbon-containing material is fed into the reaction zone of the arc in a mixture with the catalyst by a swirling working gas stream after stabilization of the arc necessary for obtaining nanotubes with a cylindrical structure consisting of one or more layers. The concentration of the heat flux creates a stable developed zone of volumetric combustion with the formation on the axis of the flow zone of reverse currents, which increases the evaporation rate of the introduced carbon source. In this case, the hot arc is pushed away from the walls of the discharge chamber, protecting the latter from excessive heating and destruction.
Реактор, охлаждаемый водой, состоит из графитового цилиндра и перемещаемой металлической мишени для сбора продуктов синтеза, которая устанавливается на выходе из реактора перпендикулярно потоку плазмы. Дуговой разряд обеспечивают соосно расположенные электроды: анод 2 (патент RU 814250 А1 «Электродуговой плазматрон», МПК Н05В 7/22, Н05Н 1/34, опубл. 15.02. 1982) и стержневой катод 3. Катод и анод охлаждаются водой. Вводят закрученным потоком рабочий газ с углеродсодержащим материалом и катализатором. Получают углеродный продукт на поверхности реактора и металлической мишени. В качестве углеродсодержащего материала используют сажу или графит в порошкообразном или гранулированном виде. Катализатор или несколько катализаторов выбирают из группы, состоящей из соединений Ni, Со, Fe, Y и применяют при атомарном соотношении: 4:1= Ni:Y ; Co:Y и 1:1=Ni:Со; Fe:Y . В качестве рабочего газа используют один из газов: гелий, аргон, азот или их смесь.The water-cooled reactor consists of a graphite cylinder and a movable metal target for collecting synthesis products, which is installed at the outlet of the reactor perpendicular to the plasma stream. An arc discharge is provided by coaxially arranged electrodes: anode 2 (patent RU 814250 A1 “Electric arc plasmatron”, IPC Н05В 7/22, Н05Н 1/34, publ. 15.02. 1982) and rod cathode 3. The cathode and anode are cooled by water. A working gas with a carbon-containing material and a catalyst is introduced in a swirling flow. A carbon product is obtained on the surface of the reactor and the metal target. As the carbon-containing material, carbon black or graphite is used in powder or granular form. The catalyst or several catalysts are selected from the group consisting of compounds of Ni, Co, Fe, Y and are used at an atomic ratio of: 4: 1 = Ni: Y; Co: Y and 1: 1 = Ni: Co; Fe: Y. As the working gas, one of the gases is used: helium, argon, nitrogen, or a mixture thereof.
На рис.1 представлена схема способа получения углеродных нанотрубок.Figure 1 shows a diagram of a method for producing carbon nanotubes.
Способ получения углеродных нанотрубок может быть реализован следующим образом: включается подача охлаждающей воды и рабочего газа, поступающего в канал для ввода рабочего газа 1. Затем подается напряжение между катодом 2 и анодом 3 и одним из известных способов зажигается дуга между ними. Расстояние между электродами постоянно и составляет 6 мм. В плазму 4 в сопле 5 вводится закрученным потоком гелий со смесью катализаторов и углеродсодержащего материала. Ввод мелкодисперсных порошков осуществляется после установления поля температур в графитовом реакторе 6. Как правило, это составляет 5-10 мин и определяется по температуре воды в охлаждающих трактах. Расход сажи с катализаторами составляет 0,2-1 г/мин. Используется гелий при давлениях 350-710 Торр и при изменении его расхода от 0,5 до 1 г/ с. Время работы реактора (20-30 минут) определяется ресурсом катодного узла плазмотрона, и при оптимальных условиях значительно больше времени, которое выбиралось для получения нанотрубок при различных параметрах. Фактически время определяется емкостью баллонов с гелием. Углеродный продукт 7 собирают на поверхности реактора и металлической мишени 8 после охлаждения реактора до комнатной температуры.The method of producing carbon nanotubes can be implemented as follows: the supply of cooling water and the working gas supplied to the channel for introducing the working gas 1 is turned on. Then, a voltage is supplied between the cathode 2 and the
В качестве катализаторов можно использовать мелкодисперсные катализаторы в комбинациях: Ni+Co, Ni+Y2O3, Ni+Co+Y2O3. При этом Ni обеспечивает эффективное образование металлофуллеренов, а Со и Y способствуют преобразованию первичных металлофуллеренов в углеродные однослойные нанотрубки.Fine catalysts can be used as catalysts in combinations: Ni + Co, Ni + Y 2 O 3 , Ni + Co + Y 2 O 3 . Moreover, Ni ensures the efficient formation of metallofullerenes, and Co and Y contribute to the conversion of primary metallofullerenes into carbon single-walled nanotubes.
Анализ синтезируемых углеродных нанотрубок, полученных на металлической мишени, проводился методом термогравиметрии и электронной микроскопией. Для анализа используют продукты синтеза, взятые на различном расстоянии от центра мишени.The synthesized carbon nanotubes obtained on a metal target were analyzed by thermogravimetry and electron microscopy. For analysis using synthesis products taken at different distances from the center of the target.
Пример 1. После температурной стабилизации в реактор тангенциально вводят с гелием фуллеренсодержащую сажу с мелкодисперсными металлическими катализаторами при давлении гелия 600 Торр и расходе 0,5 г/с, токе дуги 400 А, напряжении 70 В. Весовое содержание катализаторов 16%. В качестве катализаторов используют комбинацию Ni+Co+Y2O3 при 6,4%+6,4%+3,2%. Расход сажи с катализаторами составлял 1 г/мин. Наблюдалось образование квазиаморфной структуры, отвечающее состоянию пластически деформированного материала, на поверхности которого расположились частицы Ni и Co. Причем квазиаморфное состояние приходится на граничные области, соединяющие произвольно ориентированные друг относительно друга наноэлементы, образуя форму чешуйчатого дендрита. На поверхности и в структуре матрицы находятся бездефектные наноуглеродные трубки с равномерным диаметром 36-74 нм и открытыми концами. Выход - 8 вес.%Example 1. After temperature stabilization, fullerene-containing carbon black with finely dispersed metal catalysts is helically introduced into the reactor with helium at a helium pressure of 600 Torr and a flow rate of 0.5 g / s, arc current 400 A, voltage 70 V. The weight content of the catalysts is 16%. As the catalysts, a combination of Ni + Co + Y 2 O 3 is used at 6.4% + 6.4% + 3.2%. The carbon black consumption with the catalysts was 1 g / min. The formation of a quasi-amorphous structure was observed, which corresponds to the state of a plastically deformed material, on the surface of which Ni and Co. particles are located Moreover, the quasi-amorphous state falls on the boundary regions connecting the nanoelements arbitrarily oriented relative to each other, forming the shape of a scaly dendrite. On the surface and in the matrix structure there are defect-free nanocarbon tubes with a uniform diameter of 36-74 nm and open ends. The output is 8 wt.%
Пример 2. Испарение смеси с содержанием композиции Ni+Co+Y2O3 = 8,4:8,4:4,2, при давлении аргона 500 Торр, расходе 3,5 г/с, токе дуги 400 А и напряжении 23 В дает образование протяженных цилиндрических структур с постоянным диаметром 39-59 нм и с корнем из квазиаморфной матрицы (Рис. 2). Кроме того, наблюдается образование слоистых структур (графенов), находящихся на поверхности сферических частиц металлического катализатора. Выход углеродных нанотрубок - 10 вес.%Example 2. Evaporation of a mixture with the content of the composition Ni + Co + Y 2 O 3 = 8.4: 8.4: 4.2, with an argon pressure of 500 Torr, a flow rate of 3.5 g / s, an arc current of 400 A and a voltage of 23 B gives the formation of extended cylindrical structures with a constant diameter of 39-59 nm and with a root from a quasi-amorphous matrix (Fig. 2). In addition, the formation of layered structures (graphenes) located on the surface of spherical particles of a metal catalyst is observed. The yield of carbon nanotubes is 10 wt.%
Пример 3. При снижении давления до 350 Торр, токе 250 А, напряжении 15 В происходит наноструктурирование материала в виде сферических кластерных образований с большеугловым типом границ. Преимущественно образование одностеночных углеродных нанотрубок диаметром 18 нм и многостеночных - до 64 нм. Выход - 5 вес.%Example 3. When the pressure is reduced to 350 Torr, current 250 A, voltage 15 V, nanostructuring of the material occurs in the form of spherical cluster formations with a high-angle type of boundaries. Mostly the formation of single-walled carbon nanotubes with a diameter of 18 nm and multi-walled - up to 64 nm. The output is 5 wt.%
Пример 4. Уменьшение скорости подачи сажи с катализаторами с соотношением Ni:Co:Y = 4,5:4,5:3,0 и давлении Не 710 Торр до 0.32 г/мин увеличило выход нанотрубок с равномерно распределенным диаметром до 118 нм (рис. 3) (цилиндрические без ответвлений) до 10 вес.%.Example 4. A decrease in the soot feed rate with catalysts with a ratio of Ni: Co: Y = 4.5: 4.5: 3.0 and a pressure of He 710 Torr to 0.32 g / min increased the yield of nanotubes with a uniformly distributed diameter of up to 118 nm (Fig. . 3) (cylindrical without branches) up to 10 wt.%.
Задавая условия синтеза, возможно управлять структурой наночастиц. Таким образом, по мощности плазматрона, способу ввода исходных материалов (вместе с плазмообразующим газом), возможности работать в широком диапазоне давлений заявляемый способ имеет преимущества.By setting the synthesis conditions, it is possible to control the structure of nanoparticles. Thus, the power of the plasmatron, the method of inputting the starting materials (together with the plasma-forming gas), the ability to work in a wide range of pressures, the claimed method has advantages.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102133/05A RU2571150C2 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Method of production of carbon nanotubes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102133/05A RU2571150C2 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Method of production of carbon nanotubes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014102133A RU2014102133A (en) | 2015-07-27 |
| RU2571150C2 true RU2571150C2 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=53761865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014102133/05A RU2571150C2 (en) | 2014-01-24 | 2014-01-24 | Method of production of carbon nanotubes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2571150C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1061044A1 (en) * | 1999-06-16 | 2000-12-20 | Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences | Production of single-walled carbon nanotubes |
| RU2338686C1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-11-20 | Андрей Алексеевич Александров | Method of obtaining carbon nanotubes |
| RU2419585C2 (en) * | 2005-06-16 | 2011-05-27 | Синвент Ас | Method and reactor for production of carbon nanotubes |
| RU2423318C2 (en) * | 2008-10-28 | 2011-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method of producing fullerene-containing black and device to this end |
-
2014
- 2014-01-24 RU RU2014102133/05A patent/RU2571150C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1061044A1 (en) * | 1999-06-16 | 2000-12-20 | Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences | Production of single-walled carbon nanotubes |
| RU2419585C2 (en) * | 2005-06-16 | 2011-05-27 | Синвент Ас | Method and reactor for production of carbon nanotubes |
| RU2338686C1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-11-20 | Андрей Алексеевич Александров | Method of obtaining carbon nanotubes |
| RU2423318C2 (en) * | 2008-10-28 | 2011-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method of producing fullerene-containing black and device to this end |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014102133A (en) | 2015-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gonzalez-Aguilar et al. | Carbon nanostructures production by gas-phase plasma processes at atmospheric pressure | |
| Sun et al. | Preparation of carbon nanomaterials using two-group arc discharge plasma | |
| RU2425795C2 (en) | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas | |
| Moothi et al. | Coal as a carbon source for carbon nanotube synthesis | |
| KR101593347B1 (en) | Production of graphenic carbon particles utilizing hydrocarbon precursor materials | |
| JP2021105177A (en) | Carbon black generating system | |
| Karmakar et al. | A novel approach towards selective bulk synthesis of few-layer graphenes in an electric arc | |
| Moreno-Couranjou et al. | A non-thermal plasma process for the gas phase synthesis of carbon nanoparticles | |
| Belgacem et al. | Arc discharge boron nitrogen doping of carbon nanotubes | |
| JPH09188509A (en) | Production of monolayer carbon manotube | |
| Lee et al. | Synthesis of boron nitride nanotubes by arc-jet plasma | |
| WO2023235486A1 (en) | Recycled feedstocks for carbon and hydrogen production | |
| Liu et al. | Synthesis of structure controlled carbon nanomaterials by AC arc plasma process | |
| Wang et al. | Continuous preparation of structure-controlled carbon nanoparticle via arc plasma and the reinforcement of polymeric composites | |
| JP2007513047A (en) | Method for producing high purity carbon nanotubes using water | |
| Harbec et al. | Carbon nanotubes from the dissociation of C2Cl4 using a dc thermal plasma torch | |
| Choi et al. | High purity synthesis of carbon nanotubes by methane decomposition using an arc-jet plasma | |
| Hamdan et al. | Synthesis of silicon and silicon carbide nanoparticles by pulsed electrical discharges in dielectric liquids | |
| Li et al. | Enhancement of conductivity in nano carbon balls by the addition of carbon tetrachloride via room temperature solution plasma process | |
| Mansour et al. | A significant improvement of both yield and purity during SWCNT synthesis via the electric arc process | |
| RU2571150C2 (en) | Method of production of carbon nanotubes | |
| Huczko et al. | Formation of SWCNTs in arc plasma: effect of graphitization of Fe-doped anode and optical emission studies | |
| RU2489350C2 (en) | Method of producing carbon nanomaterials and device for its implementation | |
| Zhao et al. | Carbon nanotube formation over plasma reduced Pd/HZSM-5 | |
| Amirov et al. | Thermal plasma torch for synthesis of carbon nanotubes |