Патент на изобретение №2320536

(54) СПОСОБ СИНТЕЗА ФУЛЛЕРЕНОВОЙ СМЕСИ В ПЛАЗМЕ ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области процессов синтеза фуллереновой смеси. Синтез фуллереновой смеси осуществляют в плазме при атмосферном давлении в потоке гелия. Комбинированное питание электродов осуществляют постоянным током до 1000 А и переменным током килогерцового диапазона частот от 40 до 440 кГц. Используют один вертикальный электрод и четное число горизонтальных одинаковых электродов. Техническим результатом изобретения является повышение скорости синтеза и снижение себестоимости фуллеренсодержащей смеси, а также уменьшение потерь при производстве. 5 ил.

Изобретение относится к области процессов синтеза фуллереновой смеси.

Недостатком описываемого аналога является то, что для данного способа синтеза необходимо использование вакуума, что требует применения дорогостоящего вакуумного оборудования. Также низка скорость синтеза фуллереновой смеси, а коэффициент величины преобразования графита в фуллеренсодержащую сажу не превышает 20%.

Недостатком описываемого аналога является то, что в данном способе низка скорость синтеза фуллереновой смеси. Коэффициент величины преобразования графита в фуллеренсодержащую сажу не превышает 20%.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа дуговой способ синтеза, где в реакционной камере при атмосферном давлении осуществляется разряд постоянного тока между водоохлаждаемыми анодом и катодом [JP №05-116925, кл. С01В 31/00, 1993]. Графитовый порошок непрерывно подается в плазму и происходит формирование фуллеренов. Дуга стабилизирована за счет фиксированного расстояния между электродами.

Недостатком прототипа является то, что в данном способе низок коэффициент величины преобразования графита в фуллеренсодержащую сажу, поскольку введение порошка в плазму не позволяет нагреть графитовый порошок до его полной атомизации.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости синтеза и снижение себестоимости фуллеренсодержащей смеси, за счет использования комбинированного питания постоянным и переменным током килогерцового диапазона частот, а также уменьшение потерь при производстве фуллеренсодержащей смеси, за счет использования иной конфигурации и расположения электродов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении в потоке гелия, включающем использование одного вертикального электрода и питание дуги постоянным током, новым является то, что используют питание дуги постоянным током до 1000 А и переменным током килогерцового диапазона частот от 40 до 440 кГц, а также тем, что дополнительно используют четное число горизонтальных одинаковых электродов.

В способе производства фуллереновой смеси дуговым методом при атмосферном давлении в потоке гелия питание дуги осуществляют за счет применения комбинированного питания постоянным током до 1000 А и переменным током килогерцового диапазона частот от 40 до 440 кГц, а также используют четное количество горизонтальных одинаковых графитовых электродов и один вертикальный электрод.

На фиг.1 и 2 даны возможные схемы подключения двух источников питания к установке с двумя горизонтальными электродами. На фиг.3 (главный вид) и 4 (вид сверху) представлена схема подключения трех источников питания к установке с четырьмя горизонтальными электродами.

В предлагаемом способе используется четное количество горизонтальных одинаковых графитовых электродов 1, выполненных в виде стержней, и один вертикальный электрод 2. Горизонтальные электроды располагаются друг напротив друга и закрепляются в графитовых контактах, размещенных в стенках камеры, или соединяются гибкими проводами.

Питание дуги осуществляется за счет применения источника переменного тока высокой частоты килогерцового диапазона и источника постоянного тока. Значение подаваемого постоянного тока зависит от диаметра используемых графитовых электродов. Полярность подключения постоянного тока, представленная на фиг.1 и 3, соответствует максимальной эрозии горизонтальных электродов (поз.1). При таких условиях скорость синтеза фуллереновой смеси достигает 6 граммов в час. Выход фуллереновой смеси в фуллеренсодержащей саже составляет 10%.

Благодаря использованию комбинированного питания дуги постоянным током и переменным током килогерцового диапазона частот скорость синтеза фуллереновой смеси увеличивается. За счет использования предложенной конфигурации и расположения электродов весь испаряющийся графит (не менее 98%) переходит в фуллеренсодержащую сажу. Фиг.5 показывает изменение основных параметров установки (1 – выход фуллеренсодержащей сажи; 2 – выход перекристаллизованного графита; 3 – расход электродов; 4 – содержание фуллеренов в саже; 5 – скорость получения фуллеренов) при разных способах питания дуги с двумя горизонтальными электродами: а – питание только постоянным током; б – питание только переменным током частотой 44 кГц; в – комбинированное питание постоянным и переменным током. Из графиков видно, что максимальная скорость получения фуллеренов наблюдается в случае комбинированного питания.

При увеличении числа горизонтальных электродов наблюдается увеличение количества фуллеренсодержащей сажи, образующейся в единицу времени. Это приводит к увеличению скорости получения фуллеренов.

Формула изобретения

Способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении в потоке гелия, включающий использование одного вертикального электрода и питание дуги постоянным током, отличающийся тем, что используют питание дуги постоянным током до 1000 А и переменным током килогерцового диапазона частот от 40 до 440 кГц, а также тем, что дополнительно используют четное число горизонтальных одинаковых электродов.

РИСУНКИ