专利名称：用于制造纳米碳的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于制造纳米碳的装置和制造纳米碳的方法。
背景技术：
近年来，纳米碳的技术应用已经比较活跃地进行。纳米碳指的是具有纳米级微细结构的碳物质，以碳纳米管、碳纳米角(carbon nanohorn)等为典型。对于这些物质，碳纳米角具有管状体结构，其中圆柱形地缠绕石墨层的碳纳米管的一端具有锥形形状，并且由于其独特的特征可以预期能够应用到不同的技术领域。通常，碳纳米角形成碳纳米角组件，其中锥形部分以如角那样突出到表面上的形式围绕所述管为中心通过作用在锥形部分之间的范得瓦尔斯力(Van der Waals)收集。
报导称碳纳米角组件通过激光蒸发方法制造，通过所述激光蒸发方法，激光束在惰性气体氛围下照射到碳材料物质上(下面适当地称为石墨靶)。(专利文件1)。
日本专利公开出版物No.2001-64004。
发明内容
但是，在用于制造纳米碳的公知装置的通常的设计中，需要抓住石墨靶的一个部分。出于此原因，激光束不能被照射到那部分，并且因此，石墨靶的整个表面不能被使用。结果，有个问题在于石墨靶的使用效率减小，纳米碳的生产率减小。
本发明有鉴于上述的情况而提出，本发明的目的是提供一种提高碳纳米角组件的生产率并适于大规模生产制造的制造方法和制造装置。此外，本发明的另外的目的是提供一种提高纳米碳的生产率并适于大规模生产制造的制造方法和制造装置。
根据本发明，提供了一种制造纳米碳的装置，包括靶保持单元，所述靶保持单元具有与石墨靶的表面相接触的接触表面，并通过在接触表面和石墨靶的表面之间所产生的摩擦力可移动地保持石墨靶；将光照射到石墨靶的表面上的光源；移动单元，所述移动单元驱动靶保持单元以相对光源移动通过靶保持单元所保持的石墨靶，以移动石墨靶的表面上的光的照射位置，以及通过在接触表面和石墨靶的表面之间所产生的摩擦力移动石墨靶；以及回收(recovery)单元，所述回收单元回收从光照射所获得的纳米碳。
此外，根据本发明，提供了一种制造纳米碳的方法，包括将光照射到石墨靶的表面上；以及回收在照射光中所产生的纳米碳，其中照射光包括在通过接触表面保持石墨靶以及同时通过在所述表面和所述接触表面之间的摩擦力移动石墨靶时照射所述光，所述接触表面设置与所述表面相接触。
根据本发明，不需要抓住石墨靶的一部分，可以对石墨靶的整个表面执行烧蚀(ablation)，以及纳米碳可以很容易大规模制造。
根据本发明，提供了一种制造纳米碳的装置，包括靶保持单元，所述靶保持单元具有与圆柱形石墨靶的表面相接触的接触表面并通过在接触表面和石墨靶的表面之间所产生的摩擦力可移动地保持石墨靶；将光照射到石墨靶的表面上的光源；移动单元，所述移动单元驱动靶保持单元以相对光源移动通过靶保持单元所保持的石墨靶，以移动石墨靶的表面上的光的照射位置，以及通过在接触表面和石墨靶的表面之间所产生的摩擦力围绕中心轴旋转石墨靶；以及回收单元，所述回收单元回收从光照射所获得的纳米碳。
此外，根据本发明，提供了一种制造纳米碳的方法，包括将光照射到圆柱形石墨靶的表面上同时围绕中心轴旋转石墨靶；以及回收在照射光中所产生的纳米碳，其中照射光包括在通过设置与所述表面相接触的接触表面保持石墨靶同时通过在所述表面和所述接触表面之间的摩擦力围绕中心轴旋转石墨靶时照射所述光。
根据本发明，不需要抓住石墨靶的一部分，可以对石墨靶的整个表面执行烧蚀，以及纳米碳可以通过执行光照射同时旋转圆柱形石墨靶来很容易连续地大规模制造。
此外，在本发明中，“中心轴”指的是长度方向上的水平轴，通过垂直于圆柱形石墨靶的长度方向的横截面中心。此外，例如，石墨棒可以被用作圆柱形石墨靶。此处，“石墨棒”指的是形成为棒形状的石墨靶。如果使用棒形状的一种，中空或者实心形状不是问题。此外，优选地，将通过光照射的圆柱形石墨靶的表面是圆柱形石墨靶的侧表面。此处，“圆柱形石墨靶的侧表面”指示与圆柱体的长度方向平行的圆形表面。
在本发明的用于制造纳米碳的装置中，靶保持单元可以具有旋转轴基本平行于石墨靶的中心轴的两个圆柱形辊并在彼此平行设置的位置之间保持石墨靶；以及移动单元可以围绕中心轴通过在辊的接触表面和石墨靶的表面之间所产生的摩擦力通过围绕旋转轴旋转所述辊而旋转所述石墨靶。
根据此结构，用简单的结构，可以对石墨靶的整个表面执行烧蚀，以及纳米碳可以通过执行光照射同时旋转圆柱形石墨靶来很容易大规模制造。
在用于制造本发明的纳米碳的装置中，移动单元可以驱动靶保持单元，这样照射到石墨靶的表面的光的照射位置覆盖在几乎石墨靶的表面的整个区域之上。
此外，在本发明的制造纳米碳的方法中，在将光照射到石墨靶的表面中，光可以被照射以覆盖在石墨靶的几乎整个表面区域之上，同时移动光的照射位置。
这使得用光石墨靶，并且因此纳米碳的生产率可以进一步增加。
在本发明的用于制造纳米碳的装置中，移动单元可以被配置以在石墨靶的表面上的光的照射位置上保持光的照射角度基本恒定时，移动照射位置。
此外，在本发明的用于制造纳米碳的装置中，在照射光中，光可以被照射这样光至石墨靶的表面的照射角度基本恒定。
这使得将光在基本恒定的照射角度上照射到石墨靶的表面，同时在光的照射位置上连续地供给石墨靶。结果，将被照射到石墨靶的表面上的光的功率密度的摆动(wobbling)肯定可以被抑制。因此，具有稳定质量的纳米碳可以被大规模制造。
此外，在此说明书中，“照射角度”指的是通过光和在光的照射位置上对石墨靶的表面的垂直线所形成的角度。
此外，照射光这样光对石墨靶的表面的照射角度变得基本恒定意味着照射角度恒定被保持到将被照射到石墨靶的表面上的光的功率密度不是故意波动的程度。
在本发明的用于制造纳米碳的方法中，接触表面可以设置与石墨靶的侧表面相接触。这使得稳定地保持圆柱形石墨靶并稳定地在其中心轴方向上旋转。因此，具有稳定质量的纳米碳可以用较高的生产率大规模制造。
在本发明的用于制造纳米碳的装置中，靶保持单元可以包括不锈钢或者陶瓷之一，可选地为在表面上沉积碳的金属。
根据此结构，在热阻条件下，在石墨靶和靶保持单元的辊之间产生适当的摩擦时石墨靶的表面不会受到损坏。
在本发明的制造纳米碳的方法中，照射光可以包括照射激光束。
这使得光波长和方向恒定，由此对石墨靶的表面的光照射条件可以精确地控制。因此，所需的纳米碳可以可选地制造。
在本发明的用于制造纳米碳的装置中，纳米碳可以是碳纳米角组件。
此外，在本发明的用于制造纳米碳的方法中，回收纳米碳可以包括回收碳纳米角组件。
这使得能够有效地执行碳纳米角组件的大规模合成。在本发明中，构成碳纳米角组件的碳纳米角可以是单层碳纳米角或者多层碳纳米角。
此外，纳米碳可以是碳纳米管。
在本发明中，移动单元可以采用其中诸如石墨靶的长度方向上的照射位置在光被照射时同时围绕中心轴旋转圆柱形石墨靶时被移动；以及当石墨靶通过光照射所切割以及直径减小时，石墨靶也在垂直于石墨靶的中心轴的向上方向上移动。根据此结构，对石墨靶的光照射条件可以在石墨靶的运动的过程中精确地控制，以及由此可以可选地制造所需的纳米碳。
根据如上所述的本发明，光照射到石墨靶的表面上同时通过设置与石墨靶的表面相接触的接触表面保持石墨靶，并同时通过所述表面和接触表面之间的摩擦力移动石墨靶；由此可以提供一种制造方法和制造装置，能够提高碳纳米角组件的生产率并适于大规模生产制造。此外，根据本发明，提供了一种制造方法和制造装置，提高了纳米碳的生产率并适于大规模生产制造。
前述的目的和其它目的、特征和优点将从优选的实施例的下述说明和附图变得显而易见。
图1是根据本发明的实施例用于制造纳米碳的装置的结构示例的透视图；图2是显示了如图1所示的用于制造纳米碳的装置的靶保持单元的示例的部分横截面视图；图3是如图1所示的用于制造纳米碳的装置的靶保持单元的示例的部分横截面视图；图4是用于解释在如图2所示的靶保持可移动单元上石墨棒的旋转的视图；图5是如图2所示的靶保持单元的上下可移动部分的示例的部分主视图；图6是说明如图2所示的靶保持单元上的石墨棒的位置运动的视图；图7是用于制造如图1所示的纳米碳的装置的靶保持单元的示例的部分横截面视图；图8是说明如图7所示的靶保持可移动单元上石墨棒的旋转的视图；图9是说明如图7所示的靶保持可移动单元上石墨棒的位置运动的视图。
具体实施例方式
参照附图，根据本发明用于制造纳米碳的装置和方法的优选实施例将在下面通过纳米碳是以碳纳米角组件作为示例的情况下进行说明。此外，图1和用于说明其它制造装置的附图是示意附图，各构成部件的尺寸不必然对应实际的尺寸比例。
图1是根据本发明的实施例用于制造纳米碳的装置的结构示例的视图。此实施例的制造装置包括将激光束103照射到石墨棒101的激光源111、用于激光束103的聚光透镜123、可旋转地并可移动地保持石墨棒101的靶保持可移动单元130、制造室107，所述制造室107容纳靶保持可移动单元130并通过将来自激光源111的激光束103通过激光束窗口113照射到石墨棒101，设置在称为羽状物(plume)109的火焰产生方向上的承载管(carrier pipe)141，所述羽状物在激光束103从激光源111照射到石墨棒101的侧表面时产生，以及纳米碳回收室119，所述纳米碳回收室119与制造室107通过承载管141相连通并将从石墨棒101蒸发的碳蒸汽作为纳米碳回收。在此实施例中，将被回收的纳米碳包括碳纳米角组件117。
此外，制造室107通过流量计129连接到惰性气体供给单元127。
此处，当激光束103从激光源111照射到石墨棒101的表面时承载管141设置在羽状物109的产生方向上。在图1中，由于激光束103在对石墨棒101的表面上所形成的45度角度上照射时，羽状物109在垂直于石墨棒101的表面的方向上产生。然后，承载管141被配置这样其长度方向被安置在垂直于石墨棒101的表面的方向上。这使得所制造的碳纳米角组件117肯定回收到纳米碳回收室119中。
此外，制造室107被配置这样激光束103被照射到石墨棒101的侧表面同时在周向方向上旋转石墨棒101，这将在后面说明。激光束103在其中激光束103的方向不顺应羽状物109的产生方向的位置关系中被照射。这使得在石墨棒101的侧表面上所产生的羽状物109的角度被临时预测。因此，承载管141的位置和角度可以准确地控制。结果，碳纳米角组件117可以有效地制造并肯定回收。
在此实施例中，圆柱形石墨棒101被用作作为将通过激光束103所照射的靶的实心碳元素物质。
图2是从图1的右侧所示的部分横截面视图，其显示了如图1所示的用于制造纳米碳的装置的靶保持可移动单元130的示例。图3是从图1中的前侧所示的部分横截面视图，显示了如图1所示的靶保持可移动单元130。此处，图2、3显示了石墨棒101被安装到靶保持可移动单元130上的状态。
如图2、3中所示，靶保持可移动单元130具有与石墨棒101的侧表面相接触的接触表面并包括两个保持辊131，所述两个保持辊131通过在石墨棒101的接触表面和侧表面之间所产生的摩擦力可旋转地保持石墨棒101，以及可移动台144，所述可移动台144在基本平行于保持辊131的旋转轴133的方向上移动。
保持辊131包括不锈钢或者陶瓷之一，可选地为在表面上沉积碳的金属。具体而言，在不锈钢的情况下，粗糙表面的不锈钢是优选的。这使得在石墨棒101的表面和接触表面之间产生适当的摩擦力时石墨棒101的表面不会受到损坏。
互锁齿132被形成在各保持辊131的一端上。互锁齿132被形成以不与石墨棒101的侧表面相接触。各保持辊131具有设置基本平行于石墨棒101的中心轴102的旋转轴133以及电动机139，所述电动机139通过各保持辊131的旋转轴133旋转各保持辊131。石墨棒101保持在两个保持辊131的旋转轴133基本彼此平行设置的位置之间。保持辊131的旋转轴133的两端可旋转地通过旋转轴保持器134和旋转轴保持器142固定到可移动台144。此外，电动机139固定到旋转轴保持器142上。
这样构造的靶保持可移动单元130通过电动机139围绕旋转轴133旋转保持辊131。图4是如图2中所示的靶保持可移动单元130上的石墨棒101的旋转的说明视图。
图4是从垂直于长度方向的横截面所示、显示了两个圆柱形保持辊131和圆柱形石墨棒101的视图。两个保持辊131平行地设置并且石墨棒101保持在其间。在保持辊131的接触表面和与石墨棒101相接触的接触表面上的石墨棒101的侧表面之间产生摩擦力。石墨棒101可以通过由旋转保持辊131所产生的摩擦力而反向旋转。这样，在接触表面上保持石墨棒101并沿着中心轴102旋转石墨棒101的机构被单独设置，由此稳定地保持石墨棒101并很好地可靠旋转。
再次参照图2、3，在基本平行于保持辊131的旋转轴133的方向上，螺纹孔(tapped hole)141形成在可移动台144的下侧上。靶保持可移动单元130还包括丝杠杆(feed screw rod)146，所述丝杠杆146被插入到螺纹孔147中以通过旋转互锁和移动所述可移动台144；电动机149，所述电动机149围绕轴方向旋转丝杠杆146；以及丝杠保持器151，所述丝杠保持器151将丝杠杆146的两端固定到杆支撑基部153。
轴156可旋转地设置在可移动台144的下端上，以及轮155可旋转地设置在轴156的两侧上以在基本平行于安装到可移动台144上的保持辊131的旋转轴133的方向上移动。各轮155具有形成在周向中心上的槽157。
靶保持可移动单元130包括杆支撑基部153和沿着基本平行于保持辊131的旋转轴133的方向在杆支撑基部153上延伸的横杆159，并与轮155的槽157配合，所述轮155用于可移动台144。
在此实施例中，这样构造的靶保持可移动单元130使得在通过旋转电动机149在基本平行于石墨棒101的中心轴102的方向上能够移动。在长轴方向上移动石墨棒101的移动单元不限于此结构，但是其也可以使用其它单元。
图5是如图2所示的靶保持单元130的上下可移动部分的示例的部分主视图。如图5所示的靶保持单元130的上下可移动部分被安置在靶保持可移动单元130的横杆支撑基部153的四个拐角上。如图3、5中所示，靶保持单元130的上下可移动部分包括基部171；设置垂直于基部171的表面的支架173；齿轮161，每个齿轮161与形成在支架173上的互锁齿啮合并以旋转在支架173之间上下移动；用于齿轮161的旋转轴163；可旋转地将旋转轴163固定到横杆支撑基部153的旋转轴保持器165和旋转轴保持器167；以及电动机169，所述电动机169被放置在旋转轴163的一端上并通过旋转轴163围绕旋转轴163旋转齿轮161。
在此实施例中，这样构造的靶保持可移动单元130通过电动机169旋转齿轮161并通过上下移动齿轮161而上下移动横杆支撑基部153，同时与支架173啮合。在垂直向上的方向上移动石墨棒101的移动单元不限于此结构，但是也可以应用其它单元。
靶保持可移动单元130具有围绕中心轴旋转石墨棒101旋转的电动机139，电动机149，所述电动机149在平行于中心轴的方向上移动；以及电动机169，所述电动机169在上下的方向上移动；以及这些电动机作为单独的驱动机构操作，由此确定地保持石墨棒101并在各方向上很好地可控地移动石墨棒101。
此外，尽管在附图中没有特别显示，此实施例包括控制单元，所述控制单元控制各电动机139、电动机149和电动机169的旋转。控制单元可以是操作单元，所述操作单元手工控制各电动机或者计算机等，其自动控制各电动机。
在此实施例的制造装置中，激光源111的位置被固定到制造室107。参照图4、6，石墨棒101的垂直方向上的位置运动将在下面描述。图6是说明如图2所示的靶保持单元130上的石墨棒101的位置运动的视图。
图4是垂直于中心轴102的横截面，显示了在执行光照射之前的石墨棒101；图6是垂直于中心轴102的横截面，显示了其横截面直径通过执行光照射而减小的石墨棒101。
如图4所示，激光束103被照射这样照射角度恒定。激光束103可以在石墨棒101的长度的方向上以恒定的功率密度通过在其长度方向上滑动石墨棒101而连续地照射同时保持激光束103的照射角度恒定。
此外，在此说明书中所示的“功率密度”指的是实际照射到石墨靶的表面的光的功率密度，即，这意味着在石墨靶的表面的光照射部分上的功率密度。
在使用圆柱形石墨靶的情况下，照射角度是通过连接照射位置和圆心的线段以及在垂直于石墨棒101的长度方向的横截面上的水平面所形成的角度。在此实施例中，为了抑制返回光的产生，并稳定地用很高的纯度制造碳纳米角组件117，优选地，设置照射角度不小于30度且不大于60度。
照射角度被设置不小于30度，由此使得能够抑制由于反射所照射的激光束103而产生的返回光。此外，这可以防止所产生的羽状物109通过激光束窗口113直接撞击透镜123。出于此原因，保护透镜123并防止碳纳米角组件117粘附到激光束窗口113是有效的。结果，将被照射到石墨棒101的光的功率密度可以稳定化并且碳纳米角组件117可以用很高的收益常数来稳定地制造。
此外，激光束103在不大于60度上照射，由此使得能够抑制无定形碳的产生并提高产品中的碳纳米角组件117的速率，即，碳纳米角组件117的产量常数可以被提高。此外，特别优选地，设置照射角度为45度。产品中碳纳米角组件117的速率可以通过在45度上照射而进一步提高。
此外，由于其被配置以将激光束103照射到石墨棒101的侧表面，在透镜123的位置被固定的状态下，可以通过改变对侧表面的照射角度而很容易改变。因此，功率密度可以是可改变的并肯定可调节。例如，在透镜123的位置是固定的情况下，如果照射角度被设置为30度，例如，功率密度可以增加。此外，例如，如果照射角度被设置为60度，功率密度可以被控制以降低。
此外，石墨棒101通过光照射而被切割以及其直径减小。图6显示了此过程。为了维持激光束103的照射角度恒定，保持辊131需要在垂直向上的方向上移动到石墨棒101的中心轴102。如图6中所示，将被照射石墨棒101的激光束103的照射角度可以通过移动保持辊131而被保持恒定。
这样，石墨棒101可以通过在保持辊131的接触表面和石墨棒101的表面之间所产生的摩擦力而围绕中心轴102旋转并可以在长轴方向上以及在垂直向上方向上移动，同时保持激光束103的照射角度恒定，由此激光束103的照射位置可以覆盖几乎石墨棒101的侧表面的整个区域。
此外，“激光束103的照射位置可以覆盖几乎石墨棒101的侧表面的整个区域”指的是如果可以在石墨棒101的侧表面的整个区域之上产生碳蒸汽是可以接受的。整个石墨棒101可以通过提供能够在石墨棒101的整个侧表面上产生碳蒸汽的结构而被用作碳纳米角组件117的材料，由此抑制未使用的将在石墨棒101中产生的区域，由此材料可以被有效地使用。
如上所述，在用于制造此实施例的纳米碳的装置中，不需要紧握石墨棒101的一部分并且光照射通过连续地改变将被照射到圆柱形石墨棒101的侧表面的激光束103的一部分以及通过旋转照射部分而在石墨棒101的表面的整个区域之上执行；以及因此，碳纳米角组件117可以很容易连续地大规模制造。此外，由于作为石墨靶的石墨棒101可以通过激光束103反复照射，因此石墨棒101可以有效地被利用。
接着，使用此实施例的制造装置的碳纳米角组件117的制造方法将在下面说明。
在此实施例的制造装置中，诸如圆棒烧结碳、压缩模制碳的高纯度石墨可以被用作石墨棒101。
此外，例如，诸如高输出功率CO2气体激光束的激光束被用作激光束103。
激光束103在包括稀有气体诸如Ar、He的反应惰性气体的氛围下，诸如在不小于103Pa至不大于105Pa的压力的氛围之下被照射到石墨棒101上。此外，其优选地是在制造室107的内部通过在不大于10-2Pa的压力上用压力计145与其连接的真空泵143减压而临时排空之后的惰性气体氛围。
此外，优选地，调节激光束103的输出功率、点直径和照射角度，这样在石墨棒101的侧表面上的激光束103的功率密度几乎保持恒定，例如不小于5kw/cm2至不大于25kw/cm2。
激光束103的输出功率被设置为诸如不小于1kW至不大于50kW。此外，激光束103的脉冲宽度被设置不小于0.5sec，优选地不小于0.75sec。这使得照射到石墨棒101的表面上的激光束103的聚集能量被充分保证。因此，碳纳米角组件117可以被有效地制造。此外，激光束103的脉冲宽度被设置不小于1.5sec，例如，优选地不大于1.25sec。这过分加热了石墨棒101的表面，由此使得表面的能量密度波动，由此碳纳米角组件117的产量的降低可以被抑制。此外，优选地，设置激光束103的脉冲宽度不小于0.75sec至不大于1sec。这提高了形成速率和碳纳米角组件117的产量常数。
此外，在激光束103的照射上的间歇(intermission)宽度可以被设置不小于0.1sec，优选地不小于0.25sec。这更为确定地抑制石墨棒101的表面被过分加热。
例如，激光束103的优选照射角度参照图4、6进行描述。在照射激光束103中至石墨棒101的侧表面的点直径可以诸如设置不小于0.5mm至不大于5mm。
此外，优选地，设置激光束103的点在不小于0.01mm/sec的速率(线性速度)至不大于55mm/sec上移动。例如，在激光束103被照射到具有100mm的直径的石墨靶的表面，当具有100mm直径的石墨棒101以恒定的速度通过靶保持可移动单元130在周向方向上旋转时，如果旋转速度被设置诸如不小于0.01rpm至不大于10rpm，前述的线性速度(周向速度)可以被实现。此外，优选地，如果旋转速度被设置不小于2rpm至不大于6rpm，碳纳米角组件117的产量常数可以被进一步提高。
此外，石墨棒101的旋转方向不受到限制；但是，在照射位置从激光束103后撤的方向上旋转是优选的，即，优选地从通过如图1的箭头所指示的激光束103朝向承载管141的方向上旋转。这使得碳纳米角组件117被更肯定地回收。
在如图1所示的装置中，通过激光束103的照射所获得的烟灰状物质在纳米碳回收室119中回收；但是，烟灰状物质可以通过沉积在适当的物质上来回收或者通过具有尘袋的微细微粒回收方法来回收。此外，烟灰状物质可以通过将惰性气体在反应容器中流动而从惰性气体流中回收。
通过使用此实施例的装置所获得的烟灰状物质主要包括碳纳米角组件117并作为包括不小于50wt％的碳纳米角组件117的物质来回收。
此外，碳纳米角的形状、直径尺寸、长度和尖端部分的形状、构成碳纳米角组件117的碳分子或者碳纳米角之间的间距等可以用不同的方式通过激光束103的照射条件等而可控制。
在此实施例的装置中，旋转保持辊131的齿轮可以设置作为用于旋转保持辊131的机构。图7是显示了具有这样结构的靶保持可移动部分175的结构的视图。
如图7所示的靶保持可移动部分175的基础构成与如图2所示的靶保持可移动单元130相同；但是，不同点在于靶保持可移动部分175包括与保持辊131的互锁齿132啮合的齿轮135以及围绕旋转轴133旋转保持辊131，用于齿轮135的旋转轴137，以及通过旋转轴137旋转齿轮135的电动机139。电动机139被固定到旋转轴保持器142上。
图8是用于解释靶保持可移动单元175上的石墨棒101的旋转的视图。在靶保持可移动单元175中，电动机139旋转齿轮135，互锁齿132通过齿轮135的旋转而旋转，以及保持辊131围绕旋转轴133旋转。
此外，图9是说明如图7所示的靶保持可移动部分175上的石墨棒101的位置运动的视图。如图9中所示，将被照射到石墨棒101的激光束103的照射角度可以通过在上下的方向上移动保持辊131和齿轮135而保持恒定。
在此实施例中，旋转保持辊131的结构不限于前述的结构；例如，传送电动机139的旋转的传送带可以设置在保持辊131的一端上。
此前，作为纳米碳制造的碳纳米角组件的情况被进行了说明。碳纳米角的形状、直径尺寸、长度、尖端部分的形状、构成碳纳米角组件117的碳分子或者碳纳米角之间的间距等可以用不同的方式通过激光束103的照射条件等可控制。
此外，使用此实施例的制造装置所制造的纳米碳不限于碳纳米角组件。
例如，使用此实施的制造装置可以来制造碳纳米管。在制造碳纳米管的情况下，优选地调整激光束103的输出功率、点直径和照射角度，这样在石墨棒101的侧表面上的激光束103的功率密度几乎保持恒定，例如是50±10kW/cm2。此外，金属催化剂以不小于0.0001wt％至不大于5wt％添加到石墨棒101。诸如Ni、Co等的金属可以被用作金属催化剂。
此外，在上述的实施例中，尽管石墨棒101被使用的情况作为示例进行了描述，石墨棒的形状不限于圆柱形形状，但是片状形状、棒状形状等可以被使用。即使在石墨靶是片状形状、棒状形状等的情况下，激光束103通过排除靶紧握部分而可以被照射到石墨靶的整个表面，由此纳米碳的生产率可以提高。
(实施例)在此实施例中，碳纳米角组件117使用具有如图1-6所示的结构的用于制造纳米碳的装置来制造。
具有直径100mm、长度250mm、重量3.7kg的烧结碳圆形棒被用作石墨棒101；以及此棒被放置在制造室107中的靶保持可移动单元130的两个保持辊131之间。在制造室107的内部通过减压到压力10-3Pa而被排空之后，Ar气被引入直到环境压力105Pa。然后，激光束103被照射到石墨棒101的侧表面同时在6rpm的旋转速度上旋转石墨棒101并在室温上水平地在0.3mm/sec上移动。
高功率CO2激光束被用作激光束，在1秒振荡和250msec等待的脉冲条件之下执行脉冲振荡。此外，激光束103的照射角度被设置为45度，石墨棒101的侧表面上的功率密度被设置为20kW/cm2±10kW/cm2。
从具有3.7kg的石墨棒101可以获得具有大约2.8kg的烟灰状物质。所获得烟灰状物质通过TEM观察。此外，1350cm-1和1590cm-1的强度通过Raman分光镜方法来进行比较并且碳纳米角组件117的产量常数被计算。
根据通过透射电子显微镜术(TEM)观察所获得的烟灰状物质，碳纳米角组件117主要被形成并且其微粒直径在不小于80nm至不大于120nm的范围之内。此外，根据在通过Raman分光镜方法的光照射之后在整个物质中所获得的碳纳米角组件117的产量常数的计算，各产量常数为不小于50％纯度的高产量常数。
结果，在此实施例中，石墨棒101不使用紧握机构而被保持，由此照射激光束103至石墨棒101的侧表面的整个区域之上，由此可以获得具有较高产量常数的碳纳米角组件117。此外，此过程是适于碳纳米角组件117的大规模制造的连续过程是显而易见的。
权利要求
1.一种用于制造纳米碳的装置，包括靶保持单元，所述靶保持单元具有与石墨靶的表面相接触的接触表面并通过在接触表面和所述石墨靶的所述表面之间所产生的摩擦力可移动地保持所述石墨靶；将光照射到所述石墨靶的所述表面上的光源；移动单元，所述移动单元驱动所述靶保持单元以相对所述光源移动通过所述靶保持单元所保持的所述石墨靶，以移动所述石墨靶的所述表面上的所述光的照射位置，以及通过在所述接触表面和所述石墨靶的所述表面之间所产生的摩擦力移动所述石墨靶；以及回收单元，所述回收单元回收从所述光照射所获得的纳米碳。
2.一种用于制造纳米碳的装置，包括靶保持单元，所述靶保持单元具有与圆柱形石墨靶的表面相接触的接触表面并通过在接触表面和所述石墨靶的所述表面之间所产生的摩擦力可移动地保持所述石墨靶；将光照射到所述石墨靶的所述表面上的光源；移动单元，所述移动单元驱动所述靶保持单元以相对所述光源移动通过所述靶保持单元所保持的所述石墨靶，以移动所述石墨靶的所述表面上的所述光的照射位置，以及通过在所述接触表面和所述石墨靶的所述表面之间所产生的摩擦力围绕中心轴旋转所述石墨靶；以及回收单元，所述回收单元回收从所述光照射所获得的纳米碳。
3.根据权利要求2所述的用于制造纳米碳的装置，其中，所述靶保持单元具有旋转轴基本平行于所述石墨靶的所述中心轴的两个圆柱形辊并在彼此平行设置的位置之间保持所述石墨靶；以及所述移动单元通过在所述辊的所述接触表面和所述石墨靶的所述表面之间所产生的摩擦力通过围绕所述旋转轴旋转所述辊而围绕所述中心轴旋转所述石墨靶。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于制造纳米碳的装置，其中，所述移动单元驱动所述靶保持单元，这样照射到所述石墨靶的所述表面的所述光的照射位置覆盖在几乎所述石墨靶的所述表面的整个区域之上。
5.根据权利要求1-4任一所述的用于制造纳米碳的装置，其中，所述移动单元被配置以在所述石墨靶的所述表面上的所述光的照射位置上在保持所述光的照射角度基本恒定时，移动所述照射位置。
6.根据权利要求1-5任一所述的用于制造纳米碳的装置，其中，所述靶保持单元包括不锈钢或者陶瓷之一，可选地为在表面上沉积碳的金属。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于制造纳米碳的装置，其中，所述纳米碳是碳纳米角组件。
8.一种制造纳米碳的方法，包括将光照射到石墨靶的表面上；以及回收在所述照射光中所产生的纳米碳，其中所述照射光包括在通过设置与所述表面相接触的接触表面保持所述石墨靶同时通过在所述表面和所述接触表面之间的摩擦力移动石墨靶时照射所述光。
9.一种制造纳米碳的方法，包括将光照射到圆柱形石墨靶的表面上同时围绕中心轴旋转所述石墨靶；以及回收在所述照射光中产生的纳米碳，其中所述照射光包括在通过设置与所述表面相接触的接触表面保持所述石墨靶以及同时通过在所述表面和所述接触表面之间的摩擦力围绕中心轴旋转所述石墨靶时照射所述光。
10.根据权利要求9所述的制造纳米碳的方法，其中，所述接触表面设置与所述石墨靶的侧表面相接触。
11.根据权利要求8-10任一所述的制造纳米碳的方法，其中，在所述将光照射到所述石墨靶的表面中，所述光被照射以覆盖在所述石墨靶的所述表面的几乎整个区域之上，同时移动所述光的照射位置。
12.根据权利要求8-10任一所述的制造纳米碳的方法，其中，在所述照射光中，所述光被照射，这样所述光至所述石墨靶的所述表面的照射角度基本恒定。
13.根据权利要求8-12任一所述的制造纳米碳的方法，其中，其中所述照射光包括照射激光束。
14.根据权利要求8-13任一所述的制造纳米碳的方法，其中，所述回收纳米碳可以包括回收碳纳米角组件。
全文摘要
一种纳米碳制造装置，包括激光束源(111)，所述激光束源将激光束照射到石墨棒(101)的表面上，纳米碳收集装置(119)，以纳米碳形式收集通过激光束照射的石墨棒(101)的蒸发的碳蒸汽，以及保持辊(131)，保持辊(131)具有与石墨棒(101)的表面相接触的接触表面并通过在接触表面和石墨棒(101)的表面之间产生的摩擦力可移动地保持石墨棒(101)。石墨棒(101)通过保持辊(131)的接触表面和石墨棒(101)的表面之间所产生的摩擦力旋转和移动以驱动保持辊(131)，这样照射到石墨棒(101)的表面上的激光束进入到石墨棒(101)的大致整个表面区域。
文档编号C01B31/02GK1832903SQ20048002267
公开日2006年9月13日 申请日期2004年8月5日 优先权日2003年8月20日
发明者莇丈史, 饭岛澄男, 汤田坂雅子, 糟屋大介 申请人:日本电气株式会社