反應器及生長碳納米管的方法
【專利摘要】本發明提供一種反應器，其包括：一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口；一生長基底，所述生長基底設置于反應室內，位于所述進氣口及出氣口之間；其中，所述生長基底為一筒狀結構，該筒狀結構一端開口一端封閉，所述筒狀結構的開口面向所述進氣口設置，所述筒狀結構的筒壁為一碳納米管催化劑復合層，該碳納米管催化劑復合層具有多個微孔，從進氣口通入的反應氣體進入所述筒狀結構的開口后穿過所述碳納米管催化劑復合層的多個微孔流向所述出氣口。本發明進一步提供一種利用所述反應器生長碳納米管的方法。
【專利說明】反應器及生長碳納米管的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種反應器，以及采用所述反應器生長碳納米管的方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管是九十年代初才發現的一種新型一維納米材料。碳納米管的特殊結構決定了其具有特殊的性質，如高抗張強度和高熱穩定性；隨著碳納米管螺旋方式的變化，碳納米管可呈現出金屬性或半導體性等。
[0003]由于碳納米管具有理想的一維結構以及在力學、電學、熱學等領域優良的性質，其在材料科學、化學、物理學等交叉學科領域已展現出廣闊的應用前景，在科學研究以及產業應用上也受到越來越多的關注。目前以碳納米管結構作為生長基底，應用于反應器中生長新的結構逐漸成為新的研究熱點，逐漸引起了廣泛關注。
[0004]然而，由于碳納米管結構中碳納米管自身條件限制，如尺寸較小等，如何設置所述碳納米管結構并其作為生長基底并在表面生長出新的結構一直是難以克服的難題。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，確有必要提供一種碳納米管結構作為生長基底的反應器。
[0006]一種反應器，其包括:一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口 ；一生長基底，所述生長基底設置于反應室內，位于所述進氣口及出氣口之間；其中，所述生長基底為一筒狀結構，該筒狀結構一端開口一端封閉，所述筒狀結構的開口面向所述進氣口設置，所述筒狀結構的筒壁為一碳納米管催化劑復合層，該碳納米管催化劑復合層具有多個微孔，從進氣口通入的反應氣體進入所述筒狀結構的開口后穿過所述碳納米管催化劑復合層的多個微孔流向所述出氣口。
[0007]—種采用所述反應器生長碳納米管的方法，包括以下步驟:提供一如上所述的反應器；向所述反應室內通入碳源氣體與載氣的混合氣體；加熱所述反應室以生長碳納米管。
[0008]相對于現有技術，本案中所述反應器中采用碳納米管層作為生長基底，由于所述碳納米管層中的碳納米管均勻分布且具有較大的比表面積，且所述碳納米管層具有多個微孔，因此催化劑顆粒可以牢固的固定沉積于所述碳納米管層表面或嵌入所述碳納米管層中，并使反應氣體貫穿所述碳納米管層，從而能夠有效的防止其團聚，并提高的反應效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明第一實施例的提供的反應器結構示意圖。
[0010]圖2為圖1所示反應器中所述生長基底的結構示意圖。
[0011]圖3為圖2所示生長基底沿II1-1II線展開的示意圖。
[0012]圖4為本發明第一實施例中所述反應器中碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。
[0013]圖5為圖4所示的碳納米管拉膜中碳納米管片段的結構示意圖。[0014]圖6為本發明所述的反應器中包括多層碳納米管膜的結構示意圖。
[0015]圖7為本發明所述反應器中非扭轉的碳納米管線的結構示意圖。
[0016]圖8為本發明所述反應器中扭轉的碳納米管線的結構示意圖。
[0017]圖9為應用圖1所述反應器生長碳納米管的結構示意圖。
[0018]圖10為圖9所不應用中生長基底的結構不意圖。
[0019]圖11為圖9所示生長基底的展開示意圖。
[0020]圖12為本發明第二實施例提供的反應器的結構示意圖。
[0021]圖13為圖12所不的反應器中生長基底的結構不意圖。
[0022]主要元件符號說明
【權利要求】
1.一種反應器，其包括: 一反應室，所述反應室包括一進氣口及一出氣口； 一生長基底，所述生長基底設置于反應室內，位于所述進氣口及出氣口之間； 其特征在于，所述生長基底為一筒狀結構，該筒狀結構一端開口一端封閉，所述筒狀結構的開口面向所述進氣口設置，所述筒狀結構的筒壁為一碳納米管催化劑復合層，該碳納米管催化劑復合層具有多個微孔，從進氣口通入的反應氣體進入所述筒狀結構的開口后穿過所述碳納米管催化劑復合層的多個微孔流向所述出氣口。
2.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述筒狀結構的開口正對所述反應室的進氣口。
3.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述生長基底的中心軸沿著所述氣流方向設置。
4.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述生長基底為一直筒結構，所述生長基底的中心軸沿進氣口向出氣口方向延伸。
5.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管催化劑復合層包括一碳納米管層以及催化劑顆粒均勻分散于所述碳納米管層表面。
6.如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管層作為載體以承載催化劑顆粒。
7.如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述催化劑顆粒固定于所述碳納米管層中碳納米管的表面。
8.如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述催化劑顆粒嵌入碳納米管層的微孔中。
9.如權利要求5所述的反應器，其特征在于，所述催化劑顆粒的尺寸為5納米~10納米。
10.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管層為一自支撐結構，所述自支撐結構的碳納米管層包括多個均勻分布的碳納米管。
11.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管層具有多個微孔，該多個微孔沿所述碳納米管層的厚度方向貫穿所述碳納米管層。
12.如權利要求11所述的反應器，其特征在于，所述微孔的尺寸為5納米至10微米。
13.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管層包括至少一碳納米管膜，所述碳納米管膜中包括多個沿同一方向延伸的碳納米管。
14.如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述碳納米管層包括至少兩層重疊設置的碳納米管膜，相鄰兩層碳納米管膜中，碳納米管的延伸方向形成一夾角，所述夾角大于零度小于等于90度。
15.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述生長基底包括多層筒壁以套設的方式間隔設置。
16.如權利要求15所述的反應器，其特征在于，所述多層筒壁同軸設置。
17.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，進一步包括第一電極與第二電極與所述碳納米管催化劑層電連接。
18.一種采用所述反應器生長碳納米管的方法，包括以下步驟:提供一如權利要求1至17中任意一項所述的反應器； 向所述反應室內通入碳源氣體與載氣的混合氣體； 加熱所述反應室以生長碳納米管。
19.如權利要求18所述的采用反應器生長碳納米管的方法，其特征在于，所述催化劑層通過電子束蒸發法、熱沉積或濺射法的方法形成。
20.如權利要求18所述的采用反應器生長碳納米管的方法，其特征在于，所述混合氣體從所述開口流入所述生長基底并沿垂直于所述筒壁的方向貫穿所述筒壁。
21.如權利要求18所述的采用反應器生長碳納米管的方法，其特征在于，通過向所述碳納米管催化劑層通入電流的方式加熱。
【文檔編號】B82Y40/00GK103896244SQ201210587686
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月29日 優先權日:2012年12月29日
【發明者】吳揚, 柳鵬, 魏洋, 王佳平, 姜開利, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業（深圳）有限公司