eng
Выпуск #5/2007
В.Тупикин.
Экспериментальная установка для получения фуллеренсодержащей смеси
Экспериментальная установка для получения фуллеренсодержащей смеси
Просмотры: 2113
К числу наиболее перспективных материалов последнего десятилетия относятся фуллерены. Эти материалы легче пластика, но прочнее стали, проводят тепло и электричество, обладают рядом других уникальных свойств. Главная особенность фуллеренов – их повышенная реакционная способность: легко захватывая атомы других веществ, они образуют материалы с принципиально новыми свойствами. В этой связи фуллерены могут быть использованы как "нанокирпичики" при конструировании материалов с заранее заданными параметрами. Многие эксперты сходятся во мнении, что, подобно тому, как водород в будущем может стать определяющим источником энергии, фуллереновые материалы станут основой различных отраслей промышленного производства.
С учетом этой особенности фуллерены могут использоваться в самых различных областях науки и производства. В частности, предлагается создавать фотоприемники и оптоэлектронные устройства, катализаторы роста, алмазоподобные пленки, сверхпроводящие материалы, красители для копировальных машин, присадки для ракетного топлива, новые смазочные материалы.
Уже сейчас фуллерены применяются для синтеза металлов и сплавов с уникальными свойствами, полимеров нового класса, резины с повышенной износостойкостью, алмазоподобных и маскирующих покрытий. Рассматривается перспектива использования фуллеренов как основы запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации. Серьезное внимание уделяется использованию фуллеренов в медицине и фармакологии. В частности, обсуждается идея создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдральных соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами.
Наиболее вероятным сроком начала широкомасштабного внедрения фуллереновых технологий специалисты называют 2008–2010 гг.
В настоящее время исследованиями в области фуллеренов занимаются практически все ведущие научные учреждения РФ. Однако все они являются академическими или учебными заведениями и не ставят перед собой задач по созданию оборудования для получения фуллеренов. Предприятий, целенаправленно занимающихся разработкой и изготовлением такого оборудования, в России пока недостаточно, хотя потребность в нем существует и постоянно растет.
С учетом данного обстоятельства Воронежский институт полупроводникового машиностроения поставил перед собой задачу создать серию установок различной производительности для получения фуллеренсодержащих смесей.
Реализация проекта была начата с создания экспериментально-технологической установки, основные потребители которой – научно-технические лаборатории и предприятия, занимающиеся разработкой новых технологий и производств материалов с использованием фуллеренов.
Экспериментальная установка для получения фуллеренсодержащей смеси состоит из реактора, позиционера, системы откачки и подачи буферных газов, подъемного устройства, систем автоматического сбора фуллеренсодержащей смеси и управления.
Получение фуллерен- и эндофуллеренсодержащей смеси, нанотрубок и нановолокон осуществляется в реакторе (реакционной камере) при электродуговом разряде между графитовыми электродами в атмосфере инертного газа или смеси газов. Возможно использование электрического поля для формирования структур нанотрубок на выращенных каталитических центрах.
Для получения нанотрубок и нановолокон внутри реактора установлен съемный, изолированный водоохлаждаемый электрод (горизонтального или вертикального исполнения). Реактор оборудован также двумя вакуум-плотными окнами – смотровым и для подключения исследовательской и измерительной аппаратуры (масспектрометра, лазера, волновода и т. д.).
Для проведения технологической очистки и обеспечения возможности сбора фуллеренсодержащей смеси верхняя крышка реактора (реакционной камеры) выполнена в откидном варианте.
Подача буферного газа в процессе горения дуги осуществляется через катод или верхнюю крышку реактора. Конструкция реакционной камеры предусматривает также возможность размещения внутри графитового анода металлических стержней для получения эндофуллеренсодержащей смеси.
Для перемещения катода предусмотрено специальное устройство – позиционер. Привод катода осуществляется шаговым двигателем ДШИ-200-3-1 через редуктор с передаточным числом 1/16. Система позиционирования оснащена устройством определения контакта катода с анодом с целью исключения механического повреждения хрупкого графитового стержня. Конструкция позволяет осуществлять ручное или автоматическое перемещение катода с заданной скоростью, а также автоматическое поддержание тока дуги в процессе разрушения анода.
Система откачки состоит из механического форвакуумного насоса производительностью 16 л/с и двух параллельных линий откачки, оснащенных электронными клапанами Ду 25: байпасной линии откачки реактора от атмосферного давления и линии откачки реактора, оснащенной ручным натекателем для регулирования давления независимо от расхода газа.
Система подачи технологических газов (He, Ar) имеет два газовых канала, оснащенных ручными натекателями и ротаметрами.
Подъем/опускание реактора осуществляется с помощью электромеханического привода.
Система автоматического сбора фуллеренсодержащей смеси предназначена для удаления смеси со стенок реактора методом "обдува" и ее сбора в отдельной камере с помощью специального пылесоса и системы фильтров.
Система управления работой установки снабжена сигнализацией о состоянии исполнительных элементов. Предусмотрен ряд блокировок: отключение подачи питания на электроды при отсутствии протока воды, откачки при открытом реакторе и другие, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу оборудования.
Система обеспечивает ручной и автоматический режимы поддержания дуги разряда и ручное и автоматическое прекращение процесса по истечении заданного времени.
Уже сейчас фуллерены применяются для синтеза металлов и сплавов с уникальными свойствами, полимеров нового класса, резины с повышенной износостойкостью, алмазоподобных и маскирующих покрытий. Рассматривается перспектива использования фуллеренов как основы запоминающей среды со сверхвысокой плотностью информации. Серьезное внимание уделяется использованию фуллеренов в медицине и фармакологии. В частности, обсуждается идея создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдральных соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами.
Наиболее вероятным сроком начала широкомасштабного внедрения фуллереновых технологий специалисты называют 2008–2010 гг.
В настоящее время исследованиями в области фуллеренов занимаются практически все ведущие научные учреждения РФ. Однако все они являются академическими или учебными заведениями и не ставят перед собой задач по созданию оборудования для получения фуллеренов. Предприятий, целенаправленно занимающихся разработкой и изготовлением такого оборудования, в России пока недостаточно, хотя потребность в нем существует и постоянно растет.
С учетом данного обстоятельства Воронежский институт полупроводникового машиностроения поставил перед собой задачу создать серию установок различной производительности для получения фуллеренсодержащих смесей.
Реализация проекта была начата с создания экспериментально-технологической установки, основные потребители которой – научно-технические лаборатории и предприятия, занимающиеся разработкой новых технологий и производств материалов с использованием фуллеренов.
Экспериментальная установка для получения фуллеренсодержащей смеси состоит из реактора, позиционера, системы откачки и подачи буферных газов, подъемного устройства, систем автоматического сбора фуллеренсодержащей смеси и управления.
Получение фуллерен- и эндофуллеренсодержащей смеси, нанотрубок и нановолокон осуществляется в реакторе (реакционной камере) при электродуговом разряде между графитовыми электродами в атмосфере инертного газа или смеси газов. Возможно использование электрического поля для формирования структур нанотрубок на выращенных каталитических центрах.
Для получения нанотрубок и нановолокон внутри реактора установлен съемный, изолированный водоохлаждаемый электрод (горизонтального или вертикального исполнения). Реактор оборудован также двумя вакуум-плотными окнами – смотровым и для подключения исследовательской и измерительной аппаратуры (масспектрометра, лазера, волновода и т. д.).
Для проведения технологической очистки и обеспечения возможности сбора фуллеренсодержащей смеси верхняя крышка реактора (реакционной камеры) выполнена в откидном варианте.
Подача буферного газа в процессе горения дуги осуществляется через катод или верхнюю крышку реактора. Конструкция реакционной камеры предусматривает также возможность размещения внутри графитового анода металлических стержней для получения эндофуллеренсодержащей смеси.
Для перемещения катода предусмотрено специальное устройство – позиционер. Привод катода осуществляется шаговым двигателем ДШИ-200-3-1 через редуктор с передаточным числом 1/16. Система позиционирования оснащена устройством определения контакта катода с анодом с целью исключения механического повреждения хрупкого графитового стержня. Конструкция позволяет осуществлять ручное или автоматическое перемещение катода с заданной скоростью, а также автоматическое поддержание тока дуги в процессе разрушения анода.
Система откачки состоит из механического форвакуумного насоса производительностью 16 л/с и двух параллельных линий откачки, оснащенных электронными клапанами Ду 25: байпасной линии откачки реактора от атмосферного давления и линии откачки реактора, оснащенной ручным натекателем для регулирования давления независимо от расхода газа.
Система подачи технологических газов (He, Ar) имеет два газовых канала, оснащенных ручными натекателями и ротаметрами.
Подъем/опускание реактора осуществляется с помощью электромеханического привода.
Система автоматического сбора фуллеренсодержащей смеси предназначена для удаления смеси со стенок реактора методом "обдува" и ее сбора в отдельной камере с помощью специального пылесоса и системы фильтров.
Система управления работой установки снабжена сигнализацией о состоянии исполнительных элементов. Предусмотрен ряд блокировок: отключение подачи питания на электроды при отсутствии протока воды, откачки при открытом реакторе и другие, обеспечивающие безопасную и безаварийную работу оборудования.
Система обеспечивает ручной и автоматический режимы поддержания дуги разряда и ручное и автоматическое прекращение процесса по истечении заданного времени.
Отзывы читателей
