[发明专利]碳纳米管的制造装置和制造方法

说明书

本发明提供一种碳纳米管的制造装置和制造方法。所述碳纳米管的制造装置以及制造方法能够在浮游催化剂化学气相沉积(FCCVD)法中实现催化剂原料的高温加热，且能够提高被合成的碳纳米管的品质和产量。碳纳米管的制造装置1包含：用于合成碳纳米管的合成炉2、将用于合成碳纳米管的催化剂原料供给至合成炉2的催化剂原料供给喷嘴3、以及能够将催化剂原料供给喷嘴3的内腔部4的温度设定为比合成炉2的反应场5的温度高的喷嘴温度调整单元6。通过将催化剂原料加热至催化剂金属不凝缩的温度，且将已被分解的催化剂原料供给至合成炉2，并且将已被分解的催化剂原料在合成炉2内迅速地冷却至CVD温度，能够在反应场5的空间中高密度地生成微小的催化剂金属粒子，从而能够以高密度使小直径的碳纳米管气相沉积。

技术领域

本发明涉及碳纳米管的制造装置和制造方法。

背景技术

以往，作为碳纳米管(以下也称为CNT)的合成法之一，已知有将催化剂金属粒子已处于气相分散状态的碳原料气体供给至向合成炉，且被由浮游状态的催化金属粒子沉积为CNT的浮游催化剂化学气相沉积(FCCVD)法。本发明者们开发了一种制造碳纳米管的方法。其将钨丝卷绕在用于供给催化剂原料的氧化铝制的催化剂原料供给喷嘴的外周部外侧，且对当该钨丝进行通电加热，从而预热和快速升温催化剂原料的有机金属化合物。在当该方法中，以在短时间内分解有机金属化合物，在空间中高密度地生成小直径的催化剂金属粒子为目标，从而实现了所合成的CNT的高品质化和产量的增加(例如非专利文献1)。

本发明者们还提出了用预混火焰分解催化剂原料，使其产生催化剂金属蒸气，且使其与载气或碳原料气体进行混合，生成催化剂金属纳米粒子，从而连续合成单层CNT的方法(例如专利文献1)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：并木等，“使用了浮游催化剂的单层碳纳米管的气相合成和反应场/流场的解析”，日本公益社团法人化学工学会，第83年年会讲演摘要集(2018)，PE383

专利文献

专利文献1：日本专利第6455988号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在非专利文献1中所公开的CNT的合成方法中，由于从催化剂原料供给喷嘴的外侧用钨丝进行加热，虽然能够将氧化铝制的催化剂原料供给喷嘴的内腔部的温度升温至与合成炉的反应场的温度相同程度的温度，但难以设定为比该温度高的温度，因此，存在着不能充分高温地加热在催化剂原料供给喷嘴内进行流通的催化剂原料的问题。并且，由于通过高温的加热氧化铝制的催化剂原料供给喷嘴，还存在着有可能导致催化剂原料供给喷嘴的氧化铝成分被混入到所合成的CNT中的问题。

在专利文献1中所公开的CNT的合成方法中，由于过剩的氧(O₂)或水蒸气(H₂O)、二氧化碳(CO₂)被混合在用于合成CNT的原料中，导致不使CNT沉积的催化剂金属纳米粒子的数量增加，因此，存在着难以提高生产率的问题。

解决问题的方法

鉴于以上所存在的问题，本发明提供一种碳纳米管的制造装置和制造方法。所述碳纳米管的制造装置通过将催化剂原料供给喷嘴内的催化剂原料升温至高温，且通过将催化剂原料进行热分解，将该热分解了的催化剂原料供给至合成炉，并将其快速冷却至为CNT沉积温度区域的化学气相沉积(CVD)温度，使其产生微小的催化剂金属粒子，能够抑制由该微小的催化剂金属粒子彼此之间的碰撞而导致的凝聚，从而能够提高通过催化剂金属粒子和碳原料的反应所合成的CNT的品质和产量。

本发明提供一种碳纳米管的制造装置。所述碳纳米管的制造装置包含用于合成碳纳米管的合成炉、

将用于合成所述碳纳米管的催化剂原料供给至所述合成炉的催化剂原料供给喷嘴和