一种纳米材料的制备方法及其装置与流程

[0001]
本发明的实施例涉及一种纳米材料的制备方法及其装置。


背景技术：

[0002]
纳米级材料由于其优异的性能而受到包括电子工业在内的各个行业的广泛关注，但是由于制造过程中的各种问题，例如高品质纳米材料的批量生产的限制，在实际工业应用中存在局限性。
[0003]
特别是在各种纳米级材料中，氮化硼纳米管(bnnt:boron nitride nano-tubes)具有与众所周知的碳纳米管(cnt:carbon nano-tubes)类似的机械性能和导热性能，同时它具有优异的电绝缘性、耐热性及化学稳定性。另外，构成bnnt的硼具有比构成cnt的碳高约20万倍的热中子吸收能力，使其成为有用的中子屏蔽材料。
[0004]
但是，这种bnnt由于其需要在1000℃以上的高温下合成等工程的困难，目前全球还没有开发出量产生产技术。这不仅仅局限于bnnt，其他纳米材料也需要开发高品质量产技术。


技术实现要素：

[0005]
技术课题
[0006]
本发明的实施例旨在提供一种能够大规模生产、减少生产时间并产生高制造生产率的用于制备纳米材料的制备方法及其装置。
[0007]
此外，本发明的实施例旨在提供能够制备高纯度的纳米材料的制备方法及装置。
[0008]
技术解决方法
[0009]
在本发明的一个实施例中，揭示一种纳米材料的制备方法，所述方法包括准备包含第1材料在内的粉末的步骤、形成包括所述粉末在内的分散溶液的步骤、以及通过所述分散溶液形成用于合成纳米材料的前驱体即结构体的步骤、以及在所述结构体中生成气孔的步骤和利用所述结构体合成纳米材料步骤。
[0010]
准备所述粉末的步骤包括：准备包括第1材料和第2材料的第1粉末的步骤；通过将所述第1粉末注入到由空气形成的粉碎区域中来形成第2粉末的步骤；以及捕集所述第2粉末的步骤。
[0011]
所述分散溶液可以包括第3材料，不仅用于形成所述粉末的支撑体，还可以用于形成所述气孔。
[0012]
所述方法可以进一步包括将所述分散溶液注入模具的步骤和加热所述模具的步骤。
[0013]
所述方法可以进一步包括氧化所述结构体的步骤。
[0014]
所述方法包括将所述结构体输送至反应腔中的反应区的步骤，并驱动所述反应区以利用所述结构体合成纳米材料的步骤。
[0015]
根据另一个实施例，揭示一种纳米材料的制备装置，所述装置包括一种粉末形成
器，用于使包括第1材料的第1粉末纳米化并形成包括第1材料和第2材料的第2粉末；溶液形成器，用于形成包括所述第2粉末的分散溶液；向其中注入所述分散溶液的模具；成型机，用于使注入所述模具内的分散溶液形成多孔结构体，所述结构体包括用于合成纳米材料的前驱体并且具有气孔；以及利用所述结构体形成纳米材料的反应器。
[0016]
所述粉末形成器，可以设置为包括通过空气形成的粉碎区域，用于将所述第1粉末注入到所述纳米化区域从而形成所述第2粉末。
[0017]
所述溶液形成器，可以被设置为所述分散溶液进一步包括用于形成所述第2粉末的支撑体及所述气孔的第3材料。
[0018]
所述成型机可以进一步包括加热炉，被设置为加热注入所述分散溶液的所述模具。
[0019]
所述装置可以进一步包括用于氧化所述成型的结构体的氧化处理器。
[0020]
所述装置可以进一步包括反应腔，所述反应腔包括反应区，所述反应区被设置为在所述结构体形成纳米材料。
[0021]
发明的效果
[0022]
根据本实施例的纳米材料的制备方法及其装置，可以大量生产，并且可以缩短生产时间以提高生产率。
[0023]
另外，可以制备高纯度的纳米材料，尤其是bnnt。
附图说明
[0024]
图1是示意性示出根据一个实施例的纳米材料的制备方法流程图。
[0025]
图2是示意性示出根据一个实施例的第1粉末的制备方法的流程图。
[0026]
图3是示意性示出根据一个实施例的分散溶液制备方法的流程图。
[0027]
图4是示意性示出根据另一实施例的分散溶液制备方法的流程图。
[0028]
图5是示意性示出根据又一实施例的分散溶液制备方法的流程图。
[0029]
图6是示意性地示出了根据一个实施例的前驱体和纳米材料制备装置的框图。
[0030]
图7是示意性地示出根据一个实施例的第2粉末制备装置的框图。
[0031]
图8是示意性示出根据另一实施例的纳米材料制备装置的框图。
[0032]
图9是示意性示出前驱体结构体成型用模具的一个实施例的截面图。
[0033]
图10a是示出用于合成纳米材料的反应器的一个实施例的图。
[0034]
图10b是示出用于合成纳米材料的反应器的另一实施例的图。
[0035]
图11是示出用于纳米材料合成反应的反应模块的一个实施例的图。
[0036]
图12a是根据本发明的一个实施例制备的前驱体的sem照片。
[0037]
图12b是根据比较例制备的前驱体的sem照片。
[0038]
图13a是根据本发明的一个实施例制备的bnnt的sem照片。
[0039]
图13b是根据比较例制备的bnnt的sem照片。
具体实施方式
[0040]
由于本发明可以应用各种变换并且具有各种实施例，因此在附图中示出了具体的实施例并且将在详细描述中对其进行详细描述。参考后面详细描述的实施例以及附图，本
发明的效果和特征以及实现它们的方法将变得显而易见。然而，本发明不限于下面公开的实施例，并且可以以各种形式实现。
[0041]
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，并且当参考附图进行描述时，相同或相应的组成要素被分配相同的附图标记，并且将省略其重复描述。
[0042]
在下面的实施例中，诸如第1和第2的术语不是限制性的，而是用于将一个组件与另一个组件区分开。
[0043]
在以下实施例中，除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。
[0044]
在以下实施例中，术语“包括”或“具有”表示存在本说明书中描述的特征或要素，并且不排除可以添加一个或多个其他特征或要素的可能性。
[0045]
在附图中，为了便于描述，可以放大或缩小部件的尺寸。例如，为了便于描述，任意地示出了附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，并且本发明不必局限于所示的内容。
[0046]
在以下实施例中，x轴、y轴和z轴不限于正交坐标系上的三个轴，并且可以在包括它们的广义上进行解释。例如，x轴、y轴和z轴可以彼此正交，但是也可以指的是彼此不正交的不同方向。
[0047]
当可以不同地实施某个实施例时，可以与所描述的顺序不同地执行特定的处理顺序。例如，连续描述的两个过程可以基本同时执行，或者可以以与所描述的顺序相反的顺序执行。
[0048]
在下文中，将描述根据本发明实施例的纳米材料的制备方法。
[0049]
首先，可以准备包含第1材料的粉末。
[0050]
根据一个实施例，所述粉末可以被精细地粉碎并且可以包括第1材料。
[0051]
可选地，如图1所示，在所述粉末的准备中，首先形成第1粉末s1，并且将第1粉末粉碎s2，从而形成和捕集第2粉末s3。
[0052]
根据一个实施例，所述第1粉末可以包括第1材料。
[0053]
参考图2，将更详细地描述形成第1粉末的过程。
[0054]
根据一个实施例，准备所述第1材料s11，并且准备第2材料s12。
[0055]
可选地，第1材料可以包括硼，例如，所述硼可以具有大约3至5μm的直径。然而，不局限于此，也可以具有0.01至7μm的直径。
[0056]
所述硼可以是结晶硼和/或非晶硼。
[0057]
由于结晶硼具有高硬度，因此不仅有助于在粉碎步骤例如使用空气涡流的粉碎过程中粉碎从容器中产生的催化剂金属颗粒碎屑，而且可以同时将纳米级硼涂覆或嵌入到催化剂金属纳米颗粒的表面，以获得高效率的种子纳米颗粒。然而，在使用结晶硼的情况下，可能花费很长时间来粉碎，结果，诸如bnnt的纳米材料的整个制造过程可能花费很长时间，从而降低了生产率。另外，当使用结晶硼时，可能会不必要地生成更多催化剂金属纳米颗粒，成为最终产生的纳米材料即bnnt的杂质，从而导致杂质含量增加，结果导致bnnt的纯度降低。此外，需要额外的精确纯化工艺以减少杂质，这可能导致增加制造成本的问题。
[0058]
为此，根据本发明的实施例，所述硼可以是非晶硼而不是结晶硼。在使用非晶硼的情况下，甚至可以通过短时间的纳米化过程来获得硼纳米粉。此外，可以以高生产率生产bnnt。
[0059]
同时，第1粉末可以进一步包括第2材料，并且可选地，所述第2材料可以是催化剂
材料。可选地，所述催化剂可以以粉末形式提供。所述催化剂对非晶硼更有效。这是因为当使用非晶硼时，与利用空气涡流的粉碎过程中使用结晶硼的情况不同，不会产生杂质金属纳米颗粒，并且可以在非常短的时间内制备大量的前驱体纳米粉末。这些催化剂在第1粉末的粉碎过程中与硼颗粒混合在一起以形成前驱体颗粒，并且所述前驱体颗粒在bnnt合成期间充当种子并与氮反应，从而有助于bnnt的合成。所述催化剂材料可以包括fe、mg、ni、cr、co、zr、mo、w和/或ti。可选地，所述催化剂材料可以是选自由mgo、fe、fe2o3、li2o和mgb2组成的群中至少一种或一种以上材料。
[0060]
所述硼和催化剂可以以9.9：0.1至7：3的比例混合。如果所述催化剂小于1％，则无法获得生产bnnt所需的足够的催化剂颗粒，如果所述催化剂含量超过30％，则在利用空气涡流进行的粉碎过程中通过硼-催化剂颗粒的络合来制备种子颗粒的效率不高，而且反而可能成为生成的bnnt的杂质。
[0061]
在以这种方式混合第1材料和第2材料之后s13，将混合物均质化处理s14。
[0062]
根据一个可选的实施例，所述均质化处理可包括筛分(sieving)所述混合粉末。所述筛分可以使用搅拌器(agitator)。
[0063]
通过以这种方式均质化处理混合粉末来形成第1粉末s15。
[0064]
接下来，如图1所示，将所述第1粉末粉碎s2。
[0065]
根据一个可选实施例，所述第1粉末的粉碎可以使用空气涡流。即，通过将第1粉末引入在高压下旋转的空气涡流中来执行粉碎操作。根据一个实施例，可以在高压下旋转冷空气来使用。根据一个实施例，所述第1粉末可以处于混合硼粉末和催化剂粉末的状态，并且根据通过所述空气涡流的粉碎，硼粉末嵌入最适量的催化剂粉末中，从而提供适合随后描述的bnnt合成和生长的最佳条件和/或粒度。
[0066]
以此方式，使用高压空气涡流将第1粉末粉碎以形成第2粉末，并捕集第2粉末s3。
[0067]
第2粉末的捕集，可将包含第2粉末的空气穿过膜，从而使第2粉末被膜捕获并收集在捕集部中。该捕集可以分几个步骤进行。
[0068]
以这种方式形成并捕集第2粉末之后，使用第2粉末形成分散溶液s4，并且形成用作前驱体的多孔结构体并形成气孔(s5，s6)。所述结构体成型和气孔的产生不必依次进行，可以在结构体成型的过程中产生气孔。
[0069]
图3示出了分散溶液的制备方法的一个实施例。
[0070]
首先，形成第1预备溶液s41。所述第1预备溶液包含所述第2粉末和去离子水。第2粉末与去离子水的比例可以按重量比大约为1：2，但不限于此，去离子水相对于第2粉末重量比可以在1.5至4倍的范围内。
[0071]
然后，首先第1处理所述第1预备溶液s51。通过所述第1处理将第1预备溶液的第2粉末和去离子水充分混合。根据一个实施例，所述第1处理可以是喇叭超声(horn sonication)。
[0072]
根据可选的一个实施例，通过将第3材料和第4材料添加到第1预备溶液中来形成分散溶液s42。根据一个实施例，第3材料可以包括蔗糖(sucrose)，并且第4材料可以是发泡剂。
[0073]
蔗糖可以很好地溶于去离子水中，并且在多孔结构体成型时(参见图1中的s5)，通过热解离(thermal dissociation)可使所述结构体中生成气泡和/或气孔，和/或解离后残
留的碳可以用作第1材料硼的支撑体。
[0074]
可选地，所述第3材料可以是水溶性聚合物，例如淀粉(starch)、糖蜜(molasses)、麦芽糖(maltose)、聚碳酸丙烯酯(ppc)、聚乙烯醇(pva)或聚乙烯醇缩丁醛(pvb)等乙烯类，及乙基纤维素(ec)等纤维素类等。所述第3材料通过热解离可使所述结构体中生成气泡和/或气孔，和/或在解离后残留的碳可以用作第1材料硼的支撑体。
[0075]
发泡剂可以在结构体的成型期间极大地促进气泡和/或气孔的产生。adca(偶氮二酰胺，azodicarbonamide)可以用作所述发泡剂，但不限于此，并且可以选择性地使用能够在200℃以下分解的水溶性发泡剂。
[0076]
在后述的实施例中，第3材料和发泡剂的功能相同。
[0077]
产生气泡和/或气孔的过程可以发生在图6的成型机4中。
[0078]
根据一个实施例，第2粉末和蔗糖的重量比可以大约为1：2，但不限于此，并且，蔗糖的重量比相对于第2粉末可以在0.5至4倍的范围内。
[0079]
第2粉末与发泡剂的比例可以是1：0.15的重量比，但不限于此，并且发泡剂可以在第2粉末的0.05至0.3倍的范围内。
[0080]
对如上所述制备的溶液进行第2处理s52。所述第2处理可能是浴超声处理(bath sonication)。通过以这种方式进行第2处理，可以提高蔗糖在溶液中的溶解度，并且可以改善第2粉末的分散性。
[0081]
然后，搅拌溶液s53以形成分散溶液。
[0082]
图4示出了分散溶液的制备方法的另一个实施例。
[0083]
首先，形成第2预备溶液s43。所述第2预备溶液包括溶解有作为第3种材料蔗糖(sucrose)的去离子水，并且可以通过将第2粉末与其混合而制备。
[0084]
然后，首先第1处理所述第2预备溶液s51。通过所述第1处理，可以使第2预备溶液的第2粉末和作为第3材料蔗糖与去离子水充分混合，并且可以提高第3材料的溶解性和第2粉末的分散性。根据一个实施例，所述第1处理可以是喇叭超声(horn sonication)。
[0085]
根据一个可选的实施例，通过向所述第2预备溶液中加入第4材料即发泡剂来形成溶液s44。
[0086]
然后，搅拌溶液s53以形成分散溶液。
[0087]
最终形成的分散溶液的成分比可以与前述实施例相同。
[0088]
图5示出了制备分散溶液的方法的另一实施例。
[0089]
首先，形成第3预备溶液s45。所述第3预备溶液可以包括去离子水，所述去离子水中溶解有预定量的第3材料蔗糖(sucrose)。通过将第2粉末与第3预备溶液混合来形成第4预备溶液s46。
[0090]
另外，执行第3处理s54，并且所述第3处理可以是尖端超声处理(tip sonication)。根据一个实施例，可以在形成第4预备溶液s46的同时执行第3处理s54。另外，所述第4预备溶液不限于一次性将预定量的第2粉末与第3预备溶液混合而形成，并且也可以将第2粉末少量多次添加到第3预备溶液中的同时进行第3处理。这可以等同地应用于前述实施例的每个预备溶液和溶液的形成。
[0091]
接下来，通过将剩余的作为第3材料的蔗糖和作为第4材料的发泡剂添加到第4预备溶液中来形成溶液s47，然后搅拌该溶液s53以形成分散溶液。
[0092]
最终形成的分散溶液的成分比可以与前述实施例相同。
[0093]
如上所述，根据前述实施例，通过第1处理，第2处理和/或第3处理可将蔗糖很好地溶解于去离子水中，在第2粉末的表面涂覆蔗糖成分，并且改善第2粉末的分散性。此外，当通过添加第4材料形成结构体时，可以进一步提高形成气泡和/或气孔的效果。
[0094]
另外，第3种材料蔗糖随着模具中分散溶液温度的升高和粘度的升高而熔化，并且随着温度升高，通过热解离产生气泡和/或气孔，从而增加了结构体内部的孔隙率。另外，作为热解离的残余物的碳可以用作该结构体的第2粉末的支撑体。
[0095]
在制备所述溶液之后，通过使用该溶液形成作为前驱体即嵌段型结构体，并且可以通过使其在氮气氛中反应来形成纳米材料s7。
[0096]
通过将前述分散溶液容纳在特定的模具中的状态下，在加热炉中通过烘烤工序形成结构体。烘烤可以在150至250℃的范围内进行。此时，随着加热炉的温度上升，分散溶液中的蔗糖开始熔融，并在200℃附近热解离而分解为水(水蒸气)和碳。水蒸气起到在结构体内部形成气孔的作用，碳作为残余物保留并在结构体内部用作支撑体。另外，分散溶液中的发泡剂在约200℃下热解离而生成二氧化碳，从而在结构体中形成均匀的气孔。通过该过程，可以在结构体内部形成具有足够气孔的前驱体。在此，热解离温度可以根据发泡剂的类型而变化。
[0097]
根据一个可选的实施例，所述嵌段型多孔前驱体结构体除了所述烘烤工艺之外还可以包括氧化所述被烘烤的结构体的步骤。
[0098]
氧化处理可以在300至600℃的炉中进行。
[0099]
通过该氧化处理可以除去残留在结构体中的碳的至少30％至60％，因此，可以制造高品质且高纯度的纳米材料。
[0100]
在结构体成型之后，使用所述结构体形成纳米材料s7。
[0101]
这些纳米材料可以使嵌段型前驱体结构体在反应腔的反应区域中通过反应气体生长纳米材料。更具体地，将在后面描述。
[0102]
同时，将描述用于形成如上所述前驱体结构体的制备装置。
[0103]
如图6所示，根据一个实施例的纳米材料的制备装置是可以包括粉末形成器1，溶液形成器2，溶液处理器3，成型机4和反应器6。
[0104]
从图7中可以看出，粉末形成器1可以包括第1材料进给器11和第2材料进给器12，混合器13，均质化处理器14，粉碎处理器15和第2粉末捕集器16。
[0105]
第1材料进给器11可被设置为储存第1材料并自动和/或手动地给料。第2材料进给器12也可被设置为储存第2材料并自动和/或手动地给料。
[0106]
从第1材料进给器11和第2材料进给器12提供的第1材料和第2材料被供给到混合器13并且彼此混合。可以以预设比例执行混合。
[0107]
之后，混合的材料可以在通过均质化处理器14的同时均质化。根据一个实施例，均质化处理器14可以包括筛机和/或搅拌器。因此，通过均质化处理器14混合的材料可以在预定粒径的范围内均质化以形成第1粉末。
[0108]
接下来，将均质化处理的第1粉末输送至粉碎处理器15，通过粉碎处理器15粉碎以形成第2粉末，并被第2粉末捕集器16捕集。
[0109]
根据一个实施例，粉碎处理器15可以使用空气涡流。通过将第1粉末提供到高压空
气涡流，可以将第1粉末粉碎，从而可以形成第2粉末。
[0110]
这样形成的第2粉末可以被第2粉末捕集器16捕集。
[0111]
第2粉末捕集器16可以包括膜和捕集部，使包含第2粉末的空气通过膜的过程中，第2粉末可以被膜捕获并收集在捕集部中。该捕集可以分几个步骤进行。
[0112]
溶液形成器2和溶液处理器3可以彼此组合地设置。溶液形成器2可以是能够以预定比例将第2粉末、第3材料、第4材料和去离子水注入到混合容器中并混合的装置。
[0113]
对于制备的溶液和/或各步骤的预备溶液，溶液处理器3可以与所述溶液形成器2一起彼此组合地使用。
[0114]
所述溶液处理器3可以包括喇叭形超声波仪、浴式超声波仪和/或尖端超声波仪。所述溶液处理器3可以进一步包括搅拌器。
[0115]
根据一个实施例，通过溶液形成器2形成第1预备溶液。所述第1预备溶液包含第2粉末和去离子水。第2粉末与去离子水的比例按重量比约为1：2，但不限于此，去离子水相对于第2粉末的重量比可以在0.5至4倍的范围内。
[0116]
随后，首先通过溶液处理器3的第1处理器来对第1预备溶液进行第1处理。通过所述第1处理，第2粉末可以很好地分散在去离子水中。根据一个实施例，第1处理器可以是喇叭形超声仪。
[0117]
通过溶液形成器2，将第3材料和第4材料添加到第1预备溶液中以形成溶液。根据一个实施例，第3材料可以包括蔗糖(sucrose)，并且第4材料可以是发泡剂。根据一个实施例，第2粉末和蔗糖的重量比可以为大约1：2，但不限于此，并且蔗糖相对于第2粉末的重量比可以在0.5至4倍的范围内。第2粉末和发泡剂的比例按重量比可以为1：0.15，但不限于此，并且相对于第2粉末，发泡剂可以在0.05至0.3的范围内。
[0118]
将如上所述制备的溶液通过溶液处理器3的第2处理器进一步进行第2处理。所述第2处理器可以是浴式超声仪。通过以此方式进行第2处理，将作为第3材料的蔗糖充分溶解在溶液中，并且可以使混合物进一步均匀地分散。
[0119]
随后，使用溶液处理器3的搅拌器搅拌溶液。
[0120]
根据另一实施例，使用溶液形成器2形成第2预备溶液。所述第2预备溶液包含一部分第3材料蔗糖(sucrose)和去离子水。在该第2预备溶液中混合第2粉末。
[0121]
然后，首先通过溶液处理器3的第1处理器来对第2预备溶液进行第1处理。通过所述第1处理，可以将第2粉末和去离子水充分混合并且可以容易地溶解蔗糖。根据一个实施例，所述第1处理器可以是喇叭超声仪。
[0122]
使用溶液形成器2，将其余的第3材料和第4材料即发泡剂添加到第2预备溶液中以形成溶液。
[0123]
随后，使用溶液处理器3的搅拌器搅拌溶液。
[0124]
根据另一个实施例，使用溶液形成器2形成第3预备溶液。所述第3预备溶液可包括一部分第3材料蔗糖(sucrose)和去离子水。将第2粉末与所述第3预备溶液混合以形成第4预备溶液。
[0125]
另外，通过溶液处理器3的第3处理器对第4预备溶液进行第3处理，并且第3处理器可以是尖端超声仪。根据一个实施例，所述第3处理可以与所述第4预备溶液的形成同时进行。另外，所述第4预备溶液不限于一次性将预定量的第2粉末与第3预备溶液混合而形成，
并且也可以将第2粉末少量多次添加到第3预备溶液中的同时进行第3处理。这可以等同地应用于前述实施例的每个预备溶液和溶液的形成。
[0126]
接下来，通过使用溶液形成器2将剩余的作为第3材料的蔗糖和作为第4材料的发泡剂添加到第4预备溶液中来形成溶液，然后使用溶液处理器3的搅拌器搅拌溶液。最后，溶液的成分比可以与前述实施例相同。
[0127]
在以这种方式形成溶液之后，将溶液注入模具21中并通过成型机4成型。如图9所示，模具21可以具有多个模具并列连接的结构。可以在模具21的内壁上形成涂层22。所述涂层22可以被设置为具有耐热性(heat resistance)，耐化学性(chemical resistance)，不粘特性(non-stick)和不润湿特性(non-wetting)。
[0128]
随着注入到模具21中的分散溶液23的温度升高，可以包括一定量的气泡24。
[0129]
成型机4可以包括加热炉，所述加热炉被设置为容纳如上所述的多个模具21。烘烤可以在150至250℃的温度范围内进行。
[0130]
根据另一实施例的纳米材料的制备装置中，如图8所示，可以进一步设置成型机4和单独的氧化处理器5。所述氧化处理器5可以是与成型机4相邻的炉。所述氧化处理器5可以在300至600℃的温度范围内操作，同时注入空气或氧气以氧化成型的结构体的碳。
[0131]
然而，成型机4和氧化处理器5并不是必须分开设置，并且可以通过改变一个装置的温度范围设置来执行不同的操作。在这种情况下，氧化处理器5可以具有不同的气体环境，即可以注入空气或氧气以辅助氧化。
[0132]
如上所述完成成型和/或氧化处理后，获得前驱体结构体。
[0133]
这样的前驱体结构体可以形成为嵌段状或盘状，或者可以形成为托盘状。
[0134]
通过将前驱体结构体移动到加热的反应器中提供反应气体来形成纳米材料。根据一个实施例，可以通过使前驱体结构体与氮气反应气体反应来制备bnnt的生长。
[0135]
所述反应器的一个实施例在图10a中示出，可以包括反应腔31，输入腔321和排出腔322。
[0136]
反应腔31容纳上述前驱体结构体，并且在反应腔31中形成有用于输送容纳前驱体结构体的反应模块38的输送路径，并且该输送路径的一部分包括向前驱体结构体提供反应气体来使纳米材料生长的反应区。
[0137]
反应区311是可以保持适当的反应温度且通过气体供应管33提供反应气体的区域。根据一个实施例，所述反应气体可以是含氮反应气体，因此，bnnt可以从前驱体结构体生长。具体地，对供应到反应腔31的反应气体没有特别限制，但是可以使用氮气(n2)或氨气(nh3)，并且可以将它们混合并作为混合气体供应到反应腔31。或者，还可以混合氢(h2)来使用。
[0138]
所述反应气体可以以10至1,000sccm的速率供应至反应腔31。如果反应气体的供给速率不足10sccm，则氮元素的供给量太少，硼的氮化效率降低，因此需要长时间进行反应，超过1000sccm，则前驱体结构体中的硼粉可能会被烧蚀(ablation)，因此bnnt的产量会降低。
[0139]
所述反应腔31中的热处理可以在1,050至1,450℃的温度范围内进行0.5至6小时以获得bnnt。
[0140]
所述反应腔31可以使用氧化铝管，但不限于此，并且可以由能够承受约1500℃温
度的耐热材料形成。
[0141]
输入腔321和排出腔322可以分别连接到反应腔31的前端和后端，并且可以在反应腔31和输入腔321之间以及反应腔31和排出腔322之设置闸门(323，323')以分隔腔室内的环境。
[0142]
真空处理部(未示出)可以连接到反应腔31以调节反应腔31内部的真空度，并且为此，可以包括真空泵和控制器。所述真空处理部可连接到输入腔321，但本发明不限于此，并且可以进一步连接到排出腔322。
[0143]
温度控制部(未示出)可以连接到反应腔31，并且尽管在附图中未示出，但是可以包括用于直接调节反应腔31内部温度的加热部和用于控制加热部的控制器。
[0144]
输入腔321设置在反应腔31的前端。输入腔321容纳多个反应模块38，并且将多个反应模块中的n个反应模块输送至反应腔31。可以在输入腔321中设置用于推动反应模块38的推动装置。输入腔321可通过所述推动装置将其容纳的反应模块推入反应腔31中。
[0145]
排出腔322设置在反应腔31的后端。排出腔322从反应腔31接收n个反应模块38。
[0146]
为了将反应模块38连续地投入到反应腔31中，输入腔321、反应腔31和排出腔322可以彼此有机地操作。
[0147]
具体地，输入腔321为了连续地将n个反应模块38供应到反应腔31，当反应腔31将n个反应模块38输送到排出腔322时，将多个反应模块中的n个新的反应模块输送至反应腔31。
[0148]
当通过该过程将容纳在输入腔321中的所有多个反应模块38全部输送到反应腔31时，输入腔321不再将反应模块输送到反应腔31，操作结束。
[0149]
从图10a中可以看出，输入腔321可以提供各种类型的提升装置，以向反应腔31连续供应多个反应模块38。例如，当输入腔321以竖直形状容纳多个反应模块38时，用于安装多个反应模块的多个反应模块保持单元可以竖直地布置在输入腔321中。由于反应模块38被安装在每一个多个反应模块保持单元，因此多个反应模块可以通过提升装置在输入腔321中沿着输入腔321的长度方向上下移动。
[0150]
或者，如图10b所示，输入腔321可以以布置在循环轨道上的形式容纳多个反应模块。此时，在输入腔321中，用于安装多个反应模块38的多个反应模块保持单元布置在循环轨道上，并且安装在每一个多个反应模块保持单元中的反应模块通过提升装置沿着循环轨道进行循环移动。
[0151]
可以设置控制部，用于控制输入腔321、反应腔31和排出腔322的有机操作。
[0152]
在下文中，将描述将反应模块38被连续引入反应腔31中的过程。
[0153]
首先，在优化反应腔31中的温度和气体气氛之后，将容纳有前驱体结构体的反应模块38通过输入腔321容纳到反应腔31中。此时，由于闸门323位于输入腔321与反应腔31之间，因此能够将反应模块38收纳在反应腔31内的同时尽可能地保持反应腔31内的气氛。
[0154]
在输入腔321中，可以安装所述能够将反应模块38向反应腔31的方向输送的提升装置、闸门323和真空泵，从而当反应腔31的闸门323打开时进行操作以使输入腔321和反应腔31的反应气体气氛和压力匹配，并且将反应模块38从输入腔321输送到反应腔31，在输送之后关闭闸门323。
[0155]
当关闭闸门323时，输入腔321的附接闸门被打开，插入新的反应模块，并关闭闸
门，并通过上述过程将其输送到反应腔31中。在该操作期间，输入腔321使用附接闸门和真空泵以防止反应模块的前驱体结构体被污染，并使输入腔321的内部与反应腔31的气氛相似。
[0156]
根据该方法，反应模块38依次向排出腔322的方向输送，使得反应模块水平地堆叠在反应腔31中。
[0157]
反应腔31按预定时间驱动反应区311，以向位于反应区311中的反应模块提供反应气体，以进行在前驱体结构体中生长氮化硼纳米管的工序。
[0158]
在该过程中，当将反应模块38放置在反应区311的中心时，可以调节反应气体的供应量，使得与反应气体的反应保持在最高水平。
[0159]
当在输入腔321中设置用于容纳至少一个反应模块的容纳空间时，如上所述的连续操作可以如下应用。
[0160]
能够连续地将反应模块从输入腔321的容纳空间输送到反应腔31的输送装置，可以支撑容纳在输入腔321中的反应模块的同时将其沿着输入腔321的长度方向向反应腔31的前端输送。
[0161]
通过这样，可以在输入腔321中容纳至少一个以上反应模块，因此，每当反应模块被输送到反应腔31时，不需要每次向输入腔321的附接的闸门输入新的反应模块38。
[0162]
此后，当反应模块被输送装置(未示出)输送到反应腔31的前端时，位于输入腔321和反应腔31之间的闸门323执行打开操作。
[0163]
当反应模块被输送装置输送到反应腔31中时，位于输入腔321和反应腔31之间的闸门323执行关闭操作。
[0164]
然而，优选地，关闭位于输入腔321和反应腔31之间的闸门323的操作可以在按反应腔31中可容纳反应模块的数量即预定数量将反应模块从输入腔321连续输送到反应腔31之后执行。
[0165]
由此，至少一个以上反应模块可以同时容纳在反应腔31中以与反应气体反应。
[0166]
同时，排出腔322可以通过反向执行输入腔321将反应模块输送至反应腔31的操作来执行从反应腔31排出反应模块的操作。
[0167]
尽管未在图中示出，但是在排出腔322中，可以安装能够从反应腔31排出反应模块的单独的输送装置、闸门323'和真空泵，当反应腔31与排出腔322之间的闸门323'被打开时，执行操作以使得排出腔322和反应腔31的反应气体气氛和压力可以匹配，将反应模块输送到排出腔322，在输送之后关闭闸门323'。
[0168]
当闸门323'关闭时，排出腔322的附接闸门被打开，在完成反应之后的反应模块被排出后所述附接闸门执行关闭操作，通过前述的工序将完成反应之后的反应模块从反应腔排出。在该操作中，排出腔322在打开附接闸门之前，利用真空泵将气氛替换为与大气相似的氮气氛，并且在排出反应模块之后，在打开闸门323'之前，可防止反应腔31的前驱体块被污染，并使排出腔322的内部类似于反应腔31的气氛。
[0169]
根据该方法，可以将完成反应的反应模块依次排出到外部。
[0170]
之后，打开闸门323'以将反应模块输送到排出腔322，并且在关闭闸门323'之后，可以将反应模块从排出腔322排出。
[0171]
当在排出腔322中设有用于容纳至少一个以上反应模块的容纳空间时，如上所述
的连续操作可以如下应用。
[0172]
能够连续地将完成反应的反应模块从反应腔31向排出腔322的容纳空间输送的输送装置，可以支撑容纳在排出腔322中的反应模块38的同时将其沿着排出腔322的长度方向向排出腔322的附接闸门输送。
[0173]
通过这样，可以在排出腔322中容纳至少一个以上反应模块，因此，每当反应模块被输送到反应腔31时，不需要每次通过排出腔322附接的闸门取出完成反应的反应模块。
[0174]
此后，当反应模块被输送装置(未示出)输送到反应腔31的后端时，位于反应腔31和排出腔322之间的闸门323’执行打开操作。
[0175]
当反应模块被输送装置输送到反应腔31中时，位于反应腔31和排出腔322之间的闸门323’执行关闭操作。
[0176]
然而，优选地，关闭位于所述反应腔31和排出腔322之间的闸门323’的操作可以在按反应腔31中可容纳反应模块的数量即预定数量将反应模块从输入腔321连续输送到反应腔31之后执行。
[0177]
在通过常用的间歇式方法对粉末进行热处理来生长bnnt的情况下，在安装单个反应模块后，热处理设备要经过温度上升-保持温度-bn合成-bnnt生长-温度下降-室温冷却-反应物捕集的步骤，因此通过单一反应模块，一次产量受到限制，并且由于能源和时间等成本增加，难以确保经济可行性。
[0178]
然而，根据本发明的示例性实施例，由于通过以上方法用在线连续操作来制备bnnt，因此可以使bnnt制造产量和生产率最大化。
[0179]
如上所述，前驱体结构体7可以配置在所述反应腔31内的所述反应模块38的内部，如图11所示，托架37设置为贯通至少一个以上的多个前驱体结构体7，然后将托架37至少定位在反应腔31中的反应区311中。托架37可以沿与反应腔31长度方向水平的方向布置。
[0180]
根据本发明的一个实施例，可以提供如图11所示的反应模块以容纳上面的前驱体结构体7。
[0181]
反应模块容纳用于贯通安装至少一个以上的多个前驱体结构体7的所述托架37。
[0182]
即，如图11所示，利用反应模块38容纳前驱体结构体7，并且如图10a和10b所示，可以将反应模块连续地供应到反应腔31中。
[0183]
所述反应模块包括彼此面对的一对支撑件381，以及在支撑件381之间具有容纳所述托架37的空间的壳体382。所述托架37可以与所述支撑件381结合。在支撑件381形成的空间中所述托架37可贯通形成，以使支撑件381与托架37可以安装脱卸，如上所述，在所述托架37上布置前驱体结构体7。所述支撑件381可以由耐热材料氧化铝形成，但是不限于此。
[0184]
尽管在附图中未示出，但是可以在支撑件381中形成至少一个或多个孔。通过所述孔，防止通过支撑件381过度保持反应模块中的反应气体的压力，并且可以适当地维持反应腔31中的反应气体的压力。该孔位于一对支撑件381上的对称位置，使得反应气体可以顺畅地均匀地流向两侧。
[0185]
这样，根据本发明的实施例，至少一个以上的，或多个前驱体结构体7被布置在托架37上，以同时用至少一个以上或多个前驱体结构体7合成-生长bnnt。因此，可以最大程度地利用反应腔31中的反应空间，从而使生产率和/或量产最大化。
[0186]
可以将前驱体结构体7布置成在托架37上以预定间距隔开，并且可以通过调节前
驱体结构体7之间的间距来控制引入反应腔31中的前驱体嵌段的数量。
[0187]
可以在托架37中形成至少一个凹口(未示出)，使得前驱体结构体7沿着该凹口(未示出)固定到托架37。因此，通过调节凹口(未示出)的间距，可以调节被安装的前驱体结构体的间距和/或数量。
[0188]
图12a是使用如图3至图5中的至少一个所形成的溶液制成的前驱体结构体的sem照片，图12b是不使用溶液而将第2粉末与粘合剂混合和烧结而形成的前驱体结构体的sem图片。图13a是通过使图12a的前驱体结构体反应而形成的bnnt纳米材料的sem图像，图13b是通过使图12b的前驱体结构体反应而形成的bnnt纳米材料的sem图像。所述粘合剂可以在将前驱体粉末即第2粉末烧结以进行氮化反应的高温热处理步骤中大部分升华为气相而被去除。
[0189]
可以看出，与如图12b所示通过将第2粉末与粘合剂混合而通过烧结获得的前驱体结构体相比，通过如图12a所示的使用本发明的溶液的方法形成的前驱体结构体气孔更小并且排列均匀。另外，可以看出，以这种方式获得的bnnt纳米材料，在图13a所示的结构体的组织上的bnnt合成，与在图13b所示的结构体的组织上的bnnt合成相比，可形成微细杂质更小和更均质的高品质bnnt。
[0190]
如上所述，如本发明使用分散溶液准备的多孔前驱体结构体形成纳米材料，对获得高品量的纳米材料是有利的。另外，当使用分散溶液形成结构体时，可以改善纳米前驱体粉末颗粒的分散性，并且由于使用模具容易且快速地成型，因此有利于大量获得前驱体结构体，从而提高了生产性。
[0191]
如上所述，已经参考附图中所示的实施例描述了本发明，但是这些仅仅是示例性的，并且本领域普通技术人员将理解，由此可以有各种修改和等同的其他实施例。因此，本发明的真正技术范围应由所附权利要求的技术精神来确定。
[0192]
在实施例中描述的具体实施内容是示例，并且不以任何方式限制实施例的范围。为了说明书的简洁，可以省略对常规电子配置、控制系统、软件和所述系统的其他功能方面的描述。另外，附图中所示的部件之间的线的连接或连接构件示例性地表示功能连接和/或物理或电路连接，在实际装置中可以是可代替的或追加的多种功能连接、物理连接或电路连接。另外，对于例如“必须”、“重要”等，若没有特别提及，则它对于本发明的应用可能不是必需的组件。
[0193]
在实施例的说明书中(特别是在权利要求书中)，术语“所述”和与其类似的参考术语的使用可以对应于单数和复数。另外，在实施例中描述了“范围”的情况下，包括应用了属于该范围的各个值的发明(除非另有说明)，如同在详细说明中描述了构成该范围的各个值。最后，如果没有关于构成根据实施例的方法的步骤的明确说明或相反说明，则可以以适当的顺序执行所述步骤。实施例不一定被所述步骤的描述顺序所限制。实施例中所有示例或说明性术语(例如，等)的使用仅用于详细描述实施例，除非受权利要求书的限制，否则所述示例或说明性术语并不限制实施例的范围。另外，本领域技术人员可以认识到，可以在所附权利要求或其等同物的范围内根据设计条件和因素来配置各种修改、组合和改变。