Установка для получения углеродных наноматериалов CVD методом в условиях дуговой плазмы

Abstract

Методы получения различных типов углеродных наноструктур (УНС) отличаются большим многообразием. В Институте тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси с 2005 года активно проводятся исследования, посвящённые получению УНС при разложении углеводородов в плазме электрического разряда и их применению. В настоящей работе представлены результаты исследований, направленных на получение в промышленных масштабах углеродных наноматериалов (УНМ) низкой себестоимости, которые могли бы использоваться как добавки для модификации свойств различных промышленных материалов. Получение УНС осуществлялось методом газофазного осаждения в присутствии дуговой воздушной плазмы при атмосферном давлении без использования специального катализатора; в качестве последнего выступала металлическая поверхность реактора. В статье представлена установка для получения УНМ производительностью до 300 г/ч и рабочие условия процесса. Проведён анализ получаемых УНС посредством сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, а также приведены результаты дисперсного анализа получаемого УНМ.

Методи одержання різних типів вуглецевих наноструктур (ВНС) відрізняються значним різноманіттям. В Інституті тепло- і масообміну ім. О. В. Ликова НАН Білорусі з 2005 року активно виконуються дослідження, присвячені одержанню ВНС при розкладі вуглеводнів у плазмі електричного розряду та їх застосуванню. В цій роботі наведено результати досліджень, спрямованих на одержання в промислових масштабах вуглецевих наноматеріялів (ВНМ) низької собівартости, які могли б використовуватися як добавки для модифікації властивостей різних промислових матеріялів. Одержання ВНС здійснювалося методою газофазного осадження в присутності дугової повітряної плазми за атмосферного тиску без використання спеціяльного каталізатора; в якості останнього виступала металева поверхня реактора. В статті представлено уставу для одержання ВНМ продуктивністю до 300 г/год. і робочі умови процесу. Виконано аналізу одержаних ВНС за допомогою сканівної і просвітлювальної електронної мікроскопії, а також наведено результати дисперсної аналізи одержаного ВНМ.

The methods for fabrication of different types of carbon nanostructures (CNS) are marked by great variety. Starting from 2005, the researches focused on fabrication of carbon nanomaterials (CNM) at the hydrocarbons decomposition in the plasma of electric discharge and their further application are being extensively carried out in the A. V. Lykov Institute of Heat and Mass Transfer, National Academy of Science of Belarus. This article represents the results of the research aimed at commercial-scale production of low prime-cost CNM, which could be used as additives to modify different industrial materials. The CNS fabrication is performed by CVD method in the presence of arc air plasma under atmospheric pressure using no specially prepared catalyst. Metal surface of the reactor served as a catalyst. The article also contains a description of a plant for CNM production with production capacity up to 300 g/h and of process operating conditions. The analysis of the obtained CNS is carried out by scanning and transmission electron microscopy. The results of disperse analysis of the obtained CNM are also provided.