用于制备杂化碳纳米管纤维的CVD反应装置的制作方法

本发明涉及一种用于制备杂化碳纳米管纤维的cvd反应装置。

背景技术：

自从2004年英国剑桥大学首次报道使用cvd方法制备碳纳米管薄膜以来，碳纳米管薄膜不但继承了碳纳米管在力学、导电和导热领域的优异性能，同时还具有化学性能稳定和轻薄的优势。因此，碳纳米管薄膜在航空航天、国防军事等领域具有重要的应用价值。

目前，工业界已使用cvd法批量制备碳纳米管薄膜，具有操作简单和成本低的优势。然而，碳纳米管薄膜的生产效率较低，产品一致性性较差。为了解决这些问题，我们在之前的专利中提出使用多管联排cvd反应器（cn201922228249），不但提高碳纳米管薄膜的生产效率，还能提升其电导率的稳定性。然而，cvd法制备的碳纳米管薄膜仅由一种碳纳米管所构成，组成和性能都较为单一，在后期面对不同的应用领域时，还需要进行各种不同的优化措施，如掺杂金属颗粒或给电子基团以增强导电性，或者增强力学性能等，无形中增加了碳纳米管薄膜市场化的难度和时间。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提供一种用于制备杂化碳纳米管纤维的cvd反应装置，可以通过调节溶液的组分、雾化液滴的大小和气体流量，可一次性制备具有不同结构的高性能杂化碳纳米管薄膜，同时也可以通过调节溶液的组分的浓度、雾化液滴的大小和气体流量，可以一次性制备具有不同组成比例的高性能杂化碳纳米管薄膜。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：一种用于制备杂化碳纳米管纤维的cvd反应装置，包括雾化器、气源、多管联排cvd反应器、管式炉和薄膜收集装置，所述多管联排cvd反应器直接安装在所述管式炉内，该多管联排cvd反应器包括大保护管、支撑管以及小反应管，所述小反应管以轴对称的堆积方式安置于大保护管内，并且环绕设置在所述大保护管中部设置的支撑管外围，每个小反应管进口端分别独立连接一个所述雾化器，所述雾化器包括雾化腔体和雾化头，所述雾化头设置在所述雾化腔体内部顶端，并且该雾化头通过输液管道连接溶液储罐，在所述雾化腔体一侧设置有载气入口，并且通过进气管道连接气源，与载气入口相对一侧的雾化空腔上设置有载气出口，该载气出口通过出气管道连接小反应管进口端，并且多个小反应管的出口端汇合形成杂化碳纳米管管束，并且通过人工将形成杂化碳纳米管管束送入到薄膜收集装置内。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的管式炉采用硅碳棒或者硅钼棒加热方式的水平管式炉。

前述的气源由氢气钢瓶和高精度流量计所组成。

前述的相邻的所述小反应管之间的缝隙以及小反应管和所述支撑管之间的缝隙内填充导热和缓冲材料。

前述的雾化喷头采用超声波喷头、压电喷头、二流体喷头或高速离心喷头中一种，可根据需要选择合适的雾化喷头。

前述的薄膜收集装置由收集箱体和辊筒组成。

本发明的有益效果是：本发明在生产杂化碳纳米管薄膜时，多管联排cvd反应器中多个小反应管作为六支独立的小反应器，分别与独立的溶液、雾化器和气源相连接，可以通过调节溶液的组分、雾化液滴的大小和气体流量，可一次性制备具有不同结构的高性能杂化碳纳米管薄膜；例如将其中一组或者几组反应管的溶液换成不同金属盐的溶液，如硝酸银和硝酸铜溶液等，雾化后形成的小液滴在高温和氢气环境下会被还原成金属银和铜单质纳米颗粒，在出口处和连续化桶状碳纳米管管束汇合，附着在管束的表面，形成金属-碳纳米管杂化管束，将杂化碳纳米管管束引导至辊筒表面，经一段时间收集即可获得不同金属纳米颗粒杂化的碳纳米管薄膜，同时可以通过调节溶液的组分的浓度、雾化液滴的大小和气体流量，可以一次性制备具有不同组成比例的高性能杂化碳纳米管薄膜，

本发明采用了多管联排结构进行碳纳米管薄膜的生产，当一根小反应管内的碳纳米管管束发生意外中断，碳纳米管管束的收集效率也不会降低至0，可有效缓解因碳纳米管管束意外中断造成的碳纳米管薄膜电阻不均匀的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明多管联排cvd反应器的结构横截面视图；

图中：1、氢气钢瓶；2、氢气阀门；3、溶液储罐；4、蠕动泵；5、高精度流量计；6、雾化喷头；7、雾化腔体；8-1、载气出口；8-2、载气入口；9、多管联排cvd反应管；9-1、大保护管；9-2、支撑管；9-3小反应管；10、管式炉；11、收集箱体；12、辊筒。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供本实施例提供一种用于制备杂化碳纳米管纤维的cvd反应装置，结构如图1-2所示，包括雾化器、气源、多管联排cvd反应器9、管式炉10和薄膜收集装置，多管联排cvd反应器直接安装在采用硅碳棒加热方式的水平管式炉内，该多管联排cvd反应器9包括大保护管9-1、支撑管9-2以及小反应管9-3，小反应管以轴对称的堆积方式安置于大保护管内，并且环绕设置在大保护管中部设置的支撑管外围，相邻的小反应管之间的缝隙以及小反应管和支撑管之间的缝隙内填充导热和缓冲材料，每个小反应管进口端分别独立连接一个雾化器，雾化器包括雾化腔体7和雾化喷头6，雾化喷头采用超声波喷头，该雾化喷头设置在雾化腔体内部顶端，并且该雾化喷头通过输液管道连接溶液储罐3，且该输液管上安装有蠕动泵4，气源由氢气钢瓶1和高精度流量计所组成，在雾化腔体7一侧设置有载气入口8-2，并且通过进气管道连接氢气钢瓶，并且在进气管上依次设置氢气阀门2以及高精度流量计5，与载气入口相对一侧的雾化空腔上设置有载气出口8-1，该载气出口通过出气管道连接小反应管进口端，并且多个小反应管的出口端汇合形成杂化碳纳米管管束，并且通过人工将形成杂化碳纳米管管束引导至薄膜收集装置内，薄膜收集装置由收集箱体11和辊筒12组成。

本实施例在生产杂化碳纳米管薄膜时，多管联排cvd反应器中多个小反应管作为六支独立的小反应器，分别与独立的溶液、雾化器和气源相连接，可以通过调节溶液的组分、雾化液滴的大小和气体流量，可一次性制备具有不同结构的高性能杂化碳纳米管薄膜；例如将其中一组或者几组反应管的溶液换成不同金属盐的溶液，如硝酸银和硝酸铜溶液等，雾化后形成的小液滴在高温和氢气环境下会被还原成金属银和铜单质纳米颗粒，在出口处和连续化桶状碳纳米管管束汇合，附着在管束的表面，形成金属-碳纳米管杂化管束，将杂化碳纳米管管束引导至辊筒表面，经一段时间收集即可获得不同金属纳米颗粒杂化的碳纳米管薄膜，同时可以通过调节溶液的组分的浓度、雾化液滴的大小和气体流量，可以一次性制备具有不同组成比例的高性能杂化碳纳米管薄膜，

本实施例采用了多管联排结构进行碳纳米管薄膜的生产，当一根小反应管内的碳纳米管管束发生意外中断，碳纳米管管束的收集效率也不会降低至0，可有效缓解因碳纳米管管束意外中断造成的碳纳米管薄膜电阻不均匀的问题。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

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