专利名称：纳米碳管电弧发生炉的制作方法
技术领域：
本实用新型属于真空设备领域，特别涉及一种制备纳米碳管的真空电弧发生炉。
纳米碳管是纳米材料中的一个最为重要的内容，纳米碳管具有一系列优良的物理、化学特性。它即可以呈导体又可以呈半导体材料，利用这一特性可以制造分子级的二级管。现代集成电路进一步微型化面临电子的量子化效应，即目前的技术将达到尺寸极限，采用纳米碳管制作集成电路的引线将可以避免这一问题，未来的计算机、各种电器可以真正达到微型化。纳米碳管是良好的场发射材料，采用纳米碳管制作的显示器可以在低压下发光，而且亮度高，纳米碳管的理论强度是钢的100倍，因而可以用其制作最好的复合材料，纳米碳管是良好的储氢材料，它的储氢量可以达到8-10wt％，是金属储氢的3-4倍。此外，纳米碳管还是良好的吸波材料、良好的导热材料、良好的电容器介电材料、良好的锂离子电池正极材料，等等。由于以上原因，纳米碳管的研究受到科技界的广泛重视。但纳米碳管研究面临的一个主要问题是碳管的实验室产量较低，目前生产碳管的主要方法有化学CVD法和真空电弧蒸发法。现行真空电弧法的原理是在真空室内让两石墨电极放电，使碳原子蒸发，在阴极石墨电极附近可以得到少量沉积的碳管，而大部分蒸发的碳原子并没有形成碳管，因而产量极低。造成这一现象的原因是现有的设备没有控制真空室内的温度，没有认识到温度在电弧法生产碳管中的作用，以为碳管的生成只与电弧的极性有关。两种方法的每炉次产量一般都在毫克水平，这为大规模研究碳管带来了不便。
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种能提高碳管产量、成管率高的纳米碳管电弧发生炉。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术解决方案是它包括设置在工作台上的真空室、真空室下端设置有下电极，真空室上端设置有通过连接杆与固定在工作台上的调整电机、变速器联接的上电极，其特点是本实用新型的工作台的面板上设置有转动手柄，转动手柄通过齿轮机构与下电极联接，下电极为电极盘。
本实用新型的真空室的内壁上设置有发热元件，电极盘上均匀分布有多个小孔。
本实用新型将含有催化剂的多根石墨电极置于电极盘孔内，另一根不含催化剂的石墨电极置于上电极端，抽真空到1×10-4Pa，加热真空室达到100～1000℃，向真空室内通入介质气体(Ar、H2、He)，转动手柄使两电极起弧，开动调速电机，使电极连续移动，完成一个电极的蒸发，待一个电极蒸发完后，转动电极盘手柄，继续以上工作直到电极盘上的所有电极蒸发完毕。
本实用新型的特点在于控制真空室内的温度，在真空室内大面积成管，可以大幅度提高碳管的产量，同时采用多只电极旋转装置，装一次炉可以蒸发多只电极，从而提高了生成效率。
图1是本实用新型的结构原理图。
图2是本实用新型真空室实施例的结构原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见
图1。本实用新型主要有真空室、机械部分、控制部分组成。真空室8置于工作台4之上，在工作台4的面板上设置有转动手柄3，转动手柄3通过齿轮机构与下电极盘2相联，下电极盘2置于真空室8的下端，转动手柄3可以转动电极盘2的位置。在电极盘2上均匀分布有多个小孔，可以同时夹持多个石墨电极，待一只电极蒸发完毕，转动手柄3使电极盘2上另一只电极转到中心位置继续蒸发，在只装一次炉的情况下可以完成多只电极的蒸发。工作台4上还有调速电机5、变速器7以及联结杆6，通过连接杆10与上电极1相联，通过变速器7上的手动装置以及电机5来控制上电极1的上下移动。在电极未启弧状态，可以通过变速器7上的手动装置调节上电极1的位置。真空室8的内壁上设置有发热元件9，与温度控制系统相联，用来控制真空室内的温度，在室温到1000℃范围内。此外在控制柜上设置有电压、电流、温度控制部分以及真空系统控制部分。
参见图2。图中1、2分别是电弧的上电极和下电极，9为陶瓷管，8为真空室。加陶瓷管罩的目的是提高电弧负极以及陶瓷璧的温度，由于电弧放电产生热辐射，使陶瓷壁的温度升高。碳管不仅在电极附近生成，而且在陶瓷管壁上也生成，但在远离电极的区域，如真空室壁、远离电极放电的极杆区域则没有碳管的生成。这表明，碳管的生成是要一定的温度为条件，并不是电极本身的作用，之所以在电极附近易于产生碳管，是由于在电极局部有适合的温度场。基于以上实验与分析，本实用新型提出控制真空室内温度，将可以大幅度提高电弧法生产碳管的成管率，因而可以提高碳管的产量。
权利要求1.一种纳米碳管电弧发生炉，它包括设置在工作台[4]上的真空室[8]、真空室[8]下端设置有下电极[2]，真空室上端设置有通过连接杆[6]、[10]与固定在工作台[4]上的调整电机[5]、变速器[7]联接的上电极[1]，其特征在于所说的工作台[4]的面板上设置有转动手柄[3]，转动手柄[3]通过齿轮机构与下电极盘[2]联接。
2.根据权利要求1所述的纳米碳管电弧发生炉，其特征在于所说的真空室[8]的内壁上设置有发热元件[9]，下电极[2]为设置有均匀分布的多个小孔的电极盘。
专利摘要本实用新型公开了一种纳米碳管电弧发生炉，该设备主要有真空室、机械部分、控制部分组成。真空室内有阴、阳两只石墨电极，其阳极电极由多只电极固定在一个可以转动的圆盘上，一次装炉可以依次同时蒸发多只电极。真空室内有石墨发热体，炉内温度在室温到1000℃范围可调。克服了以往碳管电弧设备不控制温度的缺点，可以大幅度提高碳管的产量，同时采用多只电极旋转装置，装一次炉可以蒸发多只电极，从而提高了生成效率。
文档编号F27B3/08GK2475983SQ0124037
公开日2002年2月6日 申请日期2001年4月30日 优先权日2001年4月30日
发明者柳永宁, 宋小龙 申请人:西安交通大学