用于生成纳米管的设备和方法

专利名称：用于生成纳米管的设备和方法
技术领域：
本发明涉及如权利要求1的前序所述的一种用于生成纳米管的设 备，并具体涉及一种用于生成纳米管的设备，该设备适于生成掺杂和/ 或无掺杂单壁或多壁纳米管，且该设备至少包括热反应器。根据本发 明，纳米管的生成发生在热反应器中的设备中，且热反应器的材料参 与到纳米管的生成过程中。本发明的设^f吏得能够生成多壁和单壁碳 纳米管以及诸如掺硼和掺氮单壁碳纳米管的掺杂纳米管。本发明的实
施方式还能够生成其它纳米管，如氮化硼纳米管。本发明还涉及如权
利要求27的前序所述的用于生成纳米管的方法，具体涉及一种用于生 成掺杂和/或无掺杂单壁或多壁纳米管的方法。
构成本发明的目的的设备包括用于将热反应器加热到温度超过 2000"C，更优选地加热到温度超过2300n的装置，在该温度下热反 应器的生成材料大量地升华到热反应器中。在本发明的实施方式中， 生成纳米管所需的诸如硼的其它材料而不是碳升华到热反应器中。 另外，构成本发明的目的的设备包括用于将生成纳米管所需的气态、 液态和固态基前驱物材料供给到热反应器中。催化单壁碳纳米管的 有效生成所需的金属粒子可以由优选地紧靠热反应器布置的固态金 属源生成，并从热反应器获得金属升华所需的热能。构成本发明的 目的的设备还可以包括用于将原料引入到热反应器中位于热反应器 的最热部分之前或其后的装置，这使得能够有利地掺杂纳米管。另 夕卜，构成本发明的目的的设备包括用于收集纳米管的装置，优选地 通过热泳进行收集。纳米管的最终应用还可以直接用作收集基质。
背景技术：
纳米管是直径为一纳米(单壁纳米管)到几十纳米(多壁纳米 管)的小圆柱形分子。纳米管的长度可以从几纳米到几微米不等。最常研究和使用的纳米管是碳纳米管(碳纳米管，CNT),但也生 成氮化硼纳米管(BN)。纳米管在以下方面具有多种可能用途在 能量储存(氢的储存、高效电池和电容器)方面，在分子电子技术 (场致发射装置、晶体管)、传感器、复合材料和其它应用方面。至 于它们的原子结构，碳纳米管是半导体或类金属。
碳纳米管主要以两种方式制造通过高温过程(激光烧蚀)和 通过化学气相沉积(CVD)。将管制造成完全具有所期望的特性是 极为困难的。
在激光烧蚀过程中，烧蚀靶通常由包含原子百分比为1%的镍 (M)和钴(Co)的石墨制成。镍和钴用作纳米管生长的催化剂。 该靶在保护气氛(通常为氩气，Ar)中被加热到大约1000开尔文 (K)到1500K，之后通常用脉冲激光束对准该处。激光束使石墨 蒸发并在烧蚀羽流中形成纳米管。对于该形成过程已经提出了多种 不同的机制。在该过程中，至少形成富勒烯球(C6。)，其有可能在 反复的激光轰击中进一步分解，且形成于富勒烯的轻碳气分子(特 别是C2)对碳纳米管的生成具有重要作用(应用物理A 72， 2001 年，Scott、 C.D.等人，《激光烧蚀过程中用于单壁碳纳米管的生长 机制》(Growth mechanisms for single-wall carbon nanotubes in a laser-ablation process )，第573页至第580页)。在基本方法中，形 成具有不同直径的纳米管，这间接表明是由在靶的不同部位处以不 同方式蒸发的催化剂金属和碳造成的。为了消除该问题，2001年12 月18日公布的NEC公司的美国专利6,331,690公开了一种方法， 其中以激光辐射分别轰击石墨靶和镍/钴靶，这导致形成石墨蒸气羽 流和催化剂金属蒸气羽流，它们的结合导致催化单壁碳纳米管的生 长。
激光烧蚀过程通常需要热炉，在其中执行烧蚀。2005年2月15 日公布的NEC公司的美国专利6,855,659教示了通过至少部分由富 勒烯型碳来制造靶，该靶的表面优选地是弯曲的，这使得能够将炉 温降到500X:的温度。
应用物理A70， 2007年第153页至第160页，Puretzky等人的 《由激光蒸发法合成的单壁碳纳米管的动力学》(Dynamics of single-wall carbon nanotube synthesis by laser evaporation )教示了在激光烧蚀过程中形成的羽流最初包含原子和分子，而没有粒子。 首先(在激光脉冲后小于1毫秒内)从羽流中凝结出碳粒子，紧接
着是催化剂金属粒子(脉冲后2至3微秒)，碳纳米管的生长发生在 脉冲后的较长时间内(约3秒内)。碳粒子很可能用作催化剂粒子生 长的凝结核，然后催化剂粒子用作碳纳米管的生长基质。
即使能够通过激光烧蚀方法生成高质量的单壁碳纳米管，但是 这种方法的问题是可量测型，并且现有技术的激光烧蚀设备无法生 成大量的碳纳米管。
还可以通过CVD过程生成碳纳米管。2006年纳米科学与纳米 技术期刊第6巻第1页至第14页，Nasibulin、 A.G.等人的《有关单 壁碳纳米管的形成机制的研究》(Atudies on Mechanism of Single-Walled Carbon Nanotube Formation)公开了一种在流4匕床 型气凝胶发生器中生成碳纳米管的方法。反应气体(CO、 H2/N2) 被引入到发生器，并通过正从热丝蒸发的催化剂金属借助热丝在反 应器中生成催化剂金属粒子。发生器由不锈钢制成，而热部分由氧 化铝(A1203 )制成。在该过程中，首先通过蒸发/凝结反应产生铁 粒子。然后CO起反应，在催化剂粒子的表面上形成碳粒子。碳遍 及催化剂粒子并沿其表面扩散，由此生长碳纳米管。例如在以下文 献中公开了 CVD方法的不同变型专利申请WO 2005/085130 ， 2005 年9月15日，Canatu Oy;美国专利6,692,717， 2004年2月17日， 威廉马师莱斯大学(William Marsh Rice University);美国专利 7,125,534,24， 2006年10月24日，威廉马师莱斯大学(William Marsh Rice University);美国专利7,138,100,21， 2006年11月21日，威 廉马师莱斯大学(William Marsh Rice University);专利申请US 2004/0256211， 2004年12月30日；专利申请US 2006/0078489， 2006 年4月13日；及专利申请US 2006/0228289， 2006年10月12日。
CVD过程比激光烧蚀过程包括更多可能的过程变型。尤其是反 应设备的结构和材料，具体而言是在高温下从材料释放的杂质，特 别是气体杂质等从根本上影响单壁碳纳米管的总产量。
如果允许将不同材料吸收到碳纳米管的壁中，则可能改变碳纳 米管的特性。氟(F)掺杂使得能够将碳纳米管的导电率降低到绝 缘体的级别，氮(N)和硼(B)掺杂分别使得能够将碳纳米管转化成n型和p型半导体。因此，在碳纳米管的制造中，制造方法和设 备为碳纳米管的起作用的特质或状态提供良机是必不可少的。结合 激光烧蚀和CVD过程均能够实现氮和硼掺杂。理论上，已经证明 用硼和氮离子进行离子辐射是掺杂碳纳米管的有效方式(物理研究 中的核仪器和方法(Nuclear Instruments and Methods in Physics research) B 228， 2005年，Kotakoski、 J.等人，单壁碳纳米管中利 用氮和硼对碳原子进行的辐射辅助取代(Irradiation-assisted substitution of carbon atoms with nitrogen and boron in single-walled carbon nanotubes ), 第31页到第36页)。
存在对于这样的设备的需要其用于在控制良好的条件下连续 地或几乎连续地生成掺杂的或无掺杂的纳米管，特别是单壁碳纳米 管。

发明内容
本发明涉及一种用于以解决上述现有技术的缺点的方式生成纳 米管的设备。本发明的目的利用如权利要求1的特征部分所述的设 备来实现，该设备的特征在于，反应器至少具有其最热部分，并且 至少部分由因热反应器的加热而至少部分升华到热反应器中的材料 制成，且升华的材料至少部分参与到纳米管的生长中。本发明的目 的进一步利用根据权利要求27的特征部分所述的方法来实现，该方 法的特征在于，在这种方法中，以使热反应器的制造材料至少部分 升华到热反应器中，且升华的材料至少部分参与到纳米管的生长中 的方式加热该热反应器。
在本发明的实施方式中，设备的热反应器由石墨制成。通过将 石墨以受控的方式加热到较高温度，通常为超过2000匸的温度，并 优选地为超过2300"C的温度，以形成气态碳分子。这些碳分子至少 部分参与到碳纳米管的生长中。这样，通过由加热到高温的石墨制
造纳米管制造设备的热室，可建立起用于碳纳米管生长的、基本无
杂质的有利环境。
在本发明的实施方式中，由石墨制成的圆筒形热反应器通过环 绕该圆筒放置的感应线團感应加热。在这种实施方式中，电流沿圆筒的周向经过，从而能够容易地在圆筒中形成利于纳米管生长的温 度分布。感应加热还为实施方式提供了这样的可能，其中，热反应 器由多个互连的部分组成，当必要时，它们可以由不同的材料制成 并且其中每个都通过单独的感应线團加热。
在本发明的实施方式中，在由石墨制成的感应加热的圆筒中放 置有金属柱，例如金属柱由硼制成，该金属柱由从石墨圆筒传导或 辐射的热量加热，并且参与到纳米管的生长中的材料从该金属柱升 华到热反应器中。
本发明的设备的特征还在于，较高的反应器温度使得过程中所 需的诸如催化剂金属的材料能够一到反应器室的紧邻位置就蒸发， 且设备的温度梯度使得能够在所需的温度下完全蒸发。
本发明的设备的特征还在于，材料从其升华的表面可以构造为 用以增大升华面积。
本发明的设备的特征还在于，设备的较高壁温基本防止了在发 生器的热室壁上的生长，因此生成的碳纳米管能够与气流一起有效 地传送到设备的收集部分中。
本发明的设备的特征还在于，能够将纳米管的CVD生长所需的 材料引入到设备内部中，并由此也通过使用CVD过程来制造纳米 管。可以将一氧化碳CO或诸如甲烷CH4的烃CxHy引入到设备内 部中。


图1示出了本发明的设备的实施方式。为了清楚起见，该图仅 示出了理解本发明所需要的细节。图中省略了与理解本发明无关的 和对本领域技术人员而言很显然的结构和细节，以强调本发明的特 色特征。
图2通过示例示出了本发明的设备的石墨部分的结构。
图3通过示例示出了本发明的实施方式，其中，热反应器由其 材料可能不同的多个部分构成。图4通过示例示出了本发明的实施方式，其中，热反应器由加 热的石墨部分和其中含硼的部分构成，硼从那里升华到热反应器中。
图5通过示例示出了本发明的另一种实施方式。
图6通过示例示出了本发明的又一种实施方式。
具体实施例方式
图l示出了本发明的实施方式，其中，用于纳米管的生成设备l 包括热反应器2，其至少实质上最热的部位由石墨制成，其中形成 纳米管3，纳米管3通常为掺杂的或无掺杂的碳纳米管。围绕热反 应器2设置有热绝缘体4和绝缘管5，它们将热反应器与感应线團6 隔离开。热反应器2和感应线圏6组成用于纳米管生成设备1的加 热系统。该加热系统通常设置在纳米管生成设备1的主体7的内部， 而且在示例中，端口法兰8附连于主体将加热系统大致包围在主体 7内部的上部和下部。主体7和端口法兰8通常为水冷式的。为了 清楚起见，图中并未示出冷却系统。出于同一原因，图中也没有示 出在纳米管生成设备中设置的实质上不属于本发明的范围的全部结 构，例如为供给不同的气体而使用的结构。
沿着路线的一部分，加热系统环绕设置在纳米管生成设备1内 的金属杆9。在示例中，通过位于上部端口法兰8中的开口将金属 杆9设置在热反应器2的内部。对于本领域技术人员很显然，也可 以通过位于下部端口法兰8中的开口将金属杆9设置在热反应器2 的内部。
从电源10将交流电流供给到环绕热反应器2的感应线團6。交 流电流的频率通常在1千赫(kHz)到100kHz之间。该电流在由石 墨制成的热反应器2中产生涡流，在图l的情况中，该涡流沿热反 应器的圆周循环。热反应器2的电阻导致功率损失，这使热反应器 2升温。在示例的实施方式中，热反应器2的至少最热的部分由石 墨制成，但它也可以由诸如碳化硅的其它含碳材料制成。升温的结 果是在热反应器2中形成温度分布11。可以用高温计12测量热反 应器2的温度。从热反应器2将碳分子13释放到热反应器的内部。碳的升华速 度取决于热反应器2的温度、热反应器2中气体14的流动速度，以 及利用泵15在热反应器2中产生的热反应器2的压力(负压)。为 了清楚起见，图1也没有示出泵15的冷却系统。在温度为2700'C 时，碳分子在氩气流中的释放速度通常在约5到10 x 10到5 g/cm2s (燃烧、爆炸与冲击波(Fizika Gore— i Vzryva )，第5巻，No. 2，1969， Golovina、 E.S. & Kotava、 L丄.，升华和自扩散中存在的 碳的气化(Gasification of carbon in the presence of sublimation and self-diffusion),第172页至第176页)。为了增加释放的碳分子数， 热反应器2的石墨部分可以如图2所示加以构造。对于本领域技术 人员很显然，该结构的尺寸可以从亳米级到纳米级不等，其目的是 实现较大的升华面积。还可以通过至少部分有孔的结构来增大升华 面积。升华速度还可受到炉中气压的影响，并且通过调节从气体管 路22供给的气量和利用泵15实现的吸入气流，可在炉内产生偏离 常压的气压，或者是负压或者过压。
将热辐射从较热的热反应器2引导到金属杆9，该辐射加热所述 金属杆。为了防止向设备外界的过多的热传导，金属杆9通常附连 于由石英玻璃制成的管16。为了防止过度加热炉的其它结构，在热 反应器2和感应线團6之间设有通常为石墨軍的热绝缘体4。绝缘 管5通常由石英玻璃制成，并且它用作导电石墨和感应线围6之间 的电绝缘体。
金属烟雾18从加热的金属杆9上升华到热反应器2中，该金属 烟雾18的温度可由热敏元件17测量。升华的金属烟雾18的量取决 于金属杆9的温度、热反应器2中的材料和压力以及气流。关于金 属，可以使用诸如铁、钴、镍、钼的过渡元素或金属合金。对于本 领域技术人员很显然，根据金属和/或金属合金，可以将金属杆放置 (在不同温度下)在热反应器中的不同部位处，并且本发明的设备 的温度分布为使用不同金属提供了良机。对于本领域技术人员也很 显然，该设备可以包括多于一个的金属杆9。
当气流14运送金属烟雾18越过热反应器2的热区时，从金属 杆9蒸发的金属烟雾18集结/凝结。从热反应器升华的碳分子13的 集结对金属烟雾18的凝结具有重大意义。凝结的金属粒子19催化碳纳米管3的生长，且至少一些碳分子13参与到碳纳米管3的生长 中。
金属杆还可以是催化剂所需的金属之外的其它金属，例如硼， 由此从金属杆20蒸发的硼可以用于掺杂纳米管。
也可以通过将诸如固态基前驱物材料的粉末的固态基前驱物材 料放置在引入到热反应器2中达到适当温度的铂坩埚21中，而将固 态基前驱物材料引入到热反应器2中。
为了提高碳纳米管的生成速度并为了掺杂纳米管，可以将生长 碳纳米管所需的气体，如一氧化碳CO、氢气112、烃(CH4、 C2H6、
C3H8.....)、氮气N"氩气Ar等从气体管路22引入到热反应器2
中。至少一些气体管路22可以位于热反应器的后部，由此这些气体 不会被运送经过热反应器的最热部分。
可通过利用热泳将在热反应器2中形成的纳米管收集到冷却的 收集管23的内表面上。热泳收集器还可以以将纳米管的最终应用用 作收集器基质的方式进行构造。
图2示出了能够用于增大热反应器2中的升华面积的不同的表 面结构。对于本领域技术人员很显然，存在与图2中所示的那些用 于增大升华面积的方式不同的其它方式。
图3示出了本发明的实施方式。为了清楚起见，图中仅标示出 与图1中的不同的部位。在本发明的这种实施方式中，围有石墨的 热反应器2被分成三个部分2a至2c,其中每个部分均能够通过感 应线圏6a至6c分别进行加热。感应加热优选地为在热反应器中生 成具有不同形状的温度分布11提供了潜在的可能性。各个区域2a 至2c的材料成分可以是不同的，即例如，区域2a可以具有掺硼石 墨，区域2b可以具有其内表面主要由富勒烯原子C6o组成的石墨， 而区域2c具有掺钴石墨。包括不同的碳的烟雾13a到13c从各个区 域2a至2c升华出来。
图4示出了本发明的实施方式。为了清楚起见，图中仅标示出 与图1中的不同的部位。在本发明的这种实施方式中，石墨圆筒2 用作热反应器的热源，而硼圆筒24设置在该圆筒内。既是如此，从 石墨圆筒辐射和/或传导的热量使得硼圆筒升温，由此开始从硼圆筒释放硼烟雾25。选择适当的催化剂金属材料并向热反应器供给氮气 使得能够用根据本示例的设备生成BN(氮化硼)纳米管。
图5示出了本发明的实施方式。为了清楚起见，图中仅标示出 与这种实施方式相关的部位。在本发明的这种实施方式中，围有石 墨的热反应器2被分成三个部分2a至2c，其中每个部分均能够通 过感应线團6a至6c分别加热。感应加热优选地为在热反应器中生 成具有不同形状的温度分布11提供了潜在的可能性。各个区域2a 至2c的材料成分可以是不同的，即例如，区域2a可以具有掺硼石 墨，区域2b可以具有其内表面主要由富勒烯原子C6。组成的石墨， 而区域2c可以具有掺钴石墨。含有不同的碳的烟雾13a到13c从各 个区域2a至2c升华出来。每个区域2a至2c的直径可以是不同的， 使得热反应器中运动的气体在可不同的区域2a至2c中具有不同的 速度。可以同样从区域2a至2c之间的部位26处将气流引入到热反 应器中。这使得在过程方面能够将化学气相沉积(CVD)生长组分 供给到正确的位置，而不会产生任何有害的初步反应。对于本领域 技术人员很显然，也可以从区域2a至2c之间的部位将固体源同样 供给到热反应器，而且区域之间的这些部位也可以用于监控该过程。 另外，图5中所示的热反应器的设计可以提供诸如气体和材料的扩 散的它们的运动的"流动处"和"静水处"，从而借此能够将过程的 时间常数调整为在热反应器的不同部分中是不同的。另外，热反应 器壁厚的结构和该壁与感应线围的距离可用于影响热反应器的温度 分布。
图6示出了本发明的实施方式。为了清楚起见，图中仅标示出 与这种实施方式相关的部位。在本发明的这种实施方式中，热反应 器由外管和内管27组成，它们被分别加热并且还在该内管27内设 有热绝缘体28、石英玻璃管29和感应线團30，其中利用电源31 来调节循环电流。由于反应空间的大小并不必然地随升华面积的增 大而增大，所以这种实施方式使得过程中所需的材料的升华面积能 够进一步增大。对于设备的水垢形成而言，该结构是有利的。
在本发明的实施方式中，将诸如石墨的热反应器的器壁材料供 应到设备中以当提高器壁时，能够连续地将壁管供给到设备内部， 由此优选地连续地实施该过程的方式进行设置。对于本领域技术人员很显然，对于其它过程材料，也可以连续地实施固态材料的同类 供应。
用于纳米管的生成设备的上述实施方式并不取决于热反应器的 形状。因此，热反应器可以具有与图中所示的圆筒形相背离的实施 方式。另外，还可以以符合本发明的精神的方式改变本发明的示例 性实施方式的结构。因此，代替利用感应线團，可以通过电阻耦合 而将电源连接于石墨部分而通过使用电阻加热型电热元件来加热热 反应器。因此，本发明的但前实施方式不应被解释为限制本发明， 而是本发明的实施方式能够在权利要求中于此所公开的具有独创性 的特性的范围内随意变化。
权利要求
1.一种用于生成纳米管的设备，所述设备适于生成掺杂的和/或无掺杂的单壁纳米管或多壁纳米管，且所述设备至少包括热反应器，其特征在于，所述热反应器至少具有其最热部分，并至少部分由这样的材料制成，所述材料因所述热反应器的加热而至少部分升华到所述热反应器中，并且所述升华的材料至少部分参与到纳米管的生长中。
2. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，至少所述热反应器的最 热部分具有石墨或掺杂的石墨。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述热反应器是通 过将电流引导至所述热>^应器的至少一部分而加热的。
4. 如权利要求3所述的设备，其特征在于，电力感应连接于所述热 反应器。
5. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，由于加热而 在所述热反应器中形成温度分布。
6. 如前i^3L利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反应 器的至少最热部分^>热到一温度，其中，碳分子从所述热>^应器的壁 升华，而且所述碳分子至少部分参与到碳纳米管的生长过程中。
7. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反应 器的最热部分的温度为至少20001C。
8. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反应 器的最热部分的温度为至少2300匸。
9.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热^Jl 器由多于一个区域组成，所述区域的材料可以是不同的。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述不同区域利用不 同的感应线團加热。
11. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述材料在所述 设备的不同部位处的驻留时间可以不同，其特征在于，所述驻留时间的 变化是通过改变所述热反应器中的气流的横截面积来实现的。
12. 如权利要求9至11中任一项所述的设备，其特征在于，过程原 料被供给到所述热反应器的不同区域之间。
13.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，通过改变 所述设备的上升气流和所供气流，能够改变所述原料在所述热>^应器中 或在所述热反应器的不同部分中的驻留时间。
14. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述热 反应器内，待以电流加热的部分设置有一材料，由于加热而将热量从所 述热反应器传递至所述材料，且为此所述材料至少部分升华到所述热反 应器中，并且所述升华的材料至少部分参与到纳米管的生长过程中。
15. 如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述待加热的材料可 以固定地或通过控制系统而放置在所述热反应器内的适当位置中，其 中，所述待加热的材料的温度与所述热反应器的最热部分的温度不同。
16. 如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述待升华的 材料是过渡元素。
17.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述待升华的 材料是硼。
18.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述待升华的 材料是富勒烯。
19.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反 应器的表面至少部分构造为用以增大所述升华面积。
20.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反 应器由两个嵌*^分组成，所述两个部分的温JLA能够一起调节或单独 调节的，且在所述部分之间留出纳米管生长所需的反应器空间。
21. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，设置成将 升华材料连续地供给到所述设备中。
22. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，通过改变 所述热反应器的壁厚来调节所述热反应器的温度分布。
23.如前a利要求中任一项所述的设备，其特征在于，通过改变 所述热反应器的壁到所述感应线團的距离来调节所述热反应器的温度 分布。
24.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热反 应器内待形成的气体氛围的压力与常压不同。
25.如前a利要求中任一项所述的i更备，其特征在于，纳米管的 化学气相沉积生长过程中所需的原料被供至所述设备，
26.如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，通过热泳 收集生成的所述纳米管。
27. —种用于生成掺杂的和/或无掺杂的单壁纳米管或多壁纳米管 的方法，其特征在于，在所述方法中，以使所述热>^应器的制造材料至 少部分升华到所述热反应器中，且所述升华的材料至少部分参与到纳米 管的生长中的方式加热所述热^^应器。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，以使至少所述热反应 器的最热部分由所述制造材料构成，所述制造材料因加热而至少部分升 华到所述热反应器中，并且所述升华的材料至少部分参与到纳米管的生 长中的方式加热所述热及J[器。
29. 如权利要求27或28所述的方法，其特征在于，将所述热反应 器的至少最热部分加热到一温度，其中，碳分子从所述热反应器的壁面 升华，而且所述碳分子至少部分参与到碳纳米管的生长过程中。
30. 如权利要求27至29中任一项所述的方法，其特征在于，所述 热反应器的最热部分的温度为至少2000X:。
31. 如权利要求27至30中任一项所述的方法，其特征在于，所述 热^JI器的最热部分的温度为至少23001C。
32. 如权利要求27至33中任一项所述的方法，其特征在于，通过 改变所述热反应器中的气流的横截面积来改变所述材料在所述热反应 器中或所述热反应器的不同位置中的驻留时间。
33. 如权利要求27至34中任一项所述的方法，其特征在于，通过 改变所述上升气流和向所述热反应器供给的气流来改变所述原料在所述热>^应器中或所述热>^应器的不同部分中的驻留时间。
34. 如权利要求27至33中任一项所述的方法，其特征在于，通过 所述热>^应器的加热而在所述热Jl应器中形成温度分布。
35. 如权利要求34所述的方法，其特征在于，通过改变所述热反应 器的壁厚来调节所述热反应器的温度分布。
36. 如权利要求34或35所述的方法，其特征在于，通过改变所述 热反应器的壁到用于加热所述热反应器的所述感应线團的距离来调节 所述热反应器的温度分布。
37. 如权利要求27至46中任一项所述的方法，其特征在于，所述 热反应器由多于一个区域组成，所述区域的材料可以是不同的。
38. 如权利要求37所述的方法，其特征在于，过程原料#1供给至所 述不同区域之间。
39. 如权利要求37或38所述的方法，其特征在于，利用不同的感 应线團加热所述不同的区域。
40.如权利要求27至39中任一项所述的方法，其特征在于，所述 待升华的材料是过渡元素。
41.如权利要求27或40所述的方法，其特征在于，所述待升华的 材料是硼。
42.如权利要求27或41所述的方法，其特征在于，所述待升华的材料是富勒烯。
43.如权利要求27至42中任一项所述的方法，其特征在于，将升 华的材料连续供给到所述热应JI器中。
44. 如权利要求27至43中任一项所述的方法，其特征在于，将纳 米管的所述化学气相沉积生长过程中所需的原料供给到所述热反应器 中。
45. 如权利要求27至44中任一项所述的方法，其特征在于，通过 热泳收集生成的所述纳米管。
全文摘要
本发明涉及一种用于生成纳米管的设备，该设备适于生成掺杂的和/或无掺杂的单壁纳米管或多壁纳米管，该设备至少包括热反应器。根据本发明，该反应器至少具有其最热部分，且至少部分由一材料制成，该材料因正被加热的热反应器而升华到热反应器中，而且升华的材料至少部分参与到纳米管的生长中。
文档编号B82B3/00GK101641282SQ200880009238
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年3月21日
发明者亚里·辛科, 佩卡·索伊尼宁, 安西·霍维宁, 马尔库·拉亚拉 申请人:Beneq有限公司