[实用新型]使用压缩电弧制备富勒烯的装置

说明书

本实用新型提供了一种使用压缩电弧制备富勒烯的装置，该装置通过在电弧反应室中使用电磁铁，能够提高电弧的温度和功率，反应得到富勒烯碳簇。本实用新型解决了富勒烯产率低的问题，并且在真空环境下自动收集，避免污染空气环境和对操作人员的健康造成损害。

技术领域

本实用新型涉及碳纳米材料制备技术领域，具体涉及一种使用压缩电弧制备富勒烯的装置。

背景技术

目前，人们已通过不同的方法获取能量，来制备包括富勒烯的碳纳米材料。这些方法包括：煤燃烧法、苯燃烧法、激光蒸发法、光束轰击法、离子注入法、化学通道法、电弧放电法、高温高压法以及核反应法。由于电弧放电法的操作简单，成本较低，目前人们普遍选用该方法。但是由于电弧放电法的功率较低，严重限制了富勒烯的产量。

两个平行放置的石墨电极建立电弧通道以后，产生的电弧未受外界压缩，弧柱截面随着功率的增加而增加，弧柱中电流密度近乎常数，这种方式产生的电弧为自由电弧。目前通常采用自由电弧法制备碳纳米材料及富勒烯。

自由电弧法工作条件包括：两个碳棒之间的距离为20mm左右，在微负压、氦气氛和重力场作用下得到自由电弧，电弧的电压为40V左右，功率在4-10Kw 左右，电弧温度为6000℃左右。由于石墨的最低气化温度为5100℃左右，电弧温度刚超过气化石墨所需的最低温度条件，因此产生的阴极弧根和阳极弧根均很不稳定。具体表现在阳极弧根区较小，弧根总是瞬间跳跃在石墨电极端面。由于气化碳棒过程总是选择电弧电阻最小的路径，因此反应过程中总是刻蚀离阴极和阳极最近的一点，石墨的气化率与石墨电极直径大小几乎无关，因此即使增加石墨电极的体积，也无法高效率地制备碳纳米材料及富勒烯。

鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种使用压缩电弧制备富勒烯的装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型涉及一种使用压缩电弧制备富勒烯的装置，所述装置包括电弧反应室，所述电弧反应室用于制备含有富勒烯的烟炱，在所述电弧反应室内部设有阴极电极、阳极电极、电源、电磁铁和水冷壁，其中，

所述水冷壁为一个具有夹层腔体的圆柱状结构，所述水冷壁上设有进水口和出水口与该夹层腔体相连通，所述夹层腔体用于提供冷却水循环空间以使冷却水吸收并带走反应热，

所述阴极电极和阳极电极相对设置于所述水冷壁内，两者之间具有一定距离，所述电源的正极与阳极电极连接，所述电源的负极与阴极电极连接，在所述阴极电极和阳极电极之间可产生电弧，

所述电磁铁为通电线圈，所述通电线圈套于所述水冷壁外，并位于所述阴极电极和阳极电极之间，用于产生磁场对电弧进行压缩，

所述电弧反应室设有惰性气体进口、惰性气体出口和收集口，所述惰性气体进口和惰性气体出口分别用于向所述电弧反应室内导入和导出惰性气体，所述收集口用于将反应后的气相产物从所述电弧反应室中导出。

优选地，在所述水冷壁上设有多个惰性气体进口，每一惰性气体进口均为切向进气孔。

优选地，所述阴极电极的材质为紫铜，其内部含有钨铈电极芯。

优选地，所述阳极电极的材质为石墨。

优选地，在所述通电线圈外设有绝缘层。

优选地，所述电弧反应室内部还设有辅助阳极，所述辅助阳极位于所述水冷壁和所述阴极电极之间的空隙内，并向所述电磁铁所在位置延伸，直至进入所述电磁铁的内环。

优选地，在所述电源正极与所述阳极电极的连接导线上设有阳极控制开关，所述电源正极与所述辅助阳极的连接导线上设有辅助阳极控制开关。