Як правильно використовувати інфрачервоне нагрівання для отримання вуглецевих нанотрубок
Створення вуглецевих нанотрубок передбачає необхідність точного контролю температури в високотемпературних зонах, що є ключовим фактором для ефективного проведення процесу хімічного осадження з пари (CVD). Довгий час всі використовували традиційні резистивні печі. Але ми замінили їх на інфрачервоні нагрівальні лампи. Чому? Тому що нагрівання великої кількості повітря лише для нагрівання невеликої ділянки є марною тратою енергії.
Тепло саме там, де це потрібно
Для росту вуглецевих нанотрубок необхідний швидкий нагрів та точний контроль температури. Саме тут проявляється перевага інфрачервоних ламп – вони нагрівають матеріал безпосередньо, без необхідності нагрівання всієї камери. Це ефективно: не потрібно витрачати енергію на нагрівання повітря; достатньо лише нагріти сам матеріал. Це дозволяє скоротити кількість кіловат-годин, необхідних для обробки одного пластинчастого матеріалу, а також робить весь процес більш екологічним.
Обладнання, яке ми використовуємо
Ми використовуємо кварцові лампи короткої довжини хвилі. Коротка довжина хвилі є оптимальною, оскільки вона значно швидше проникає в матеріал, порівняно з середньою чи довгою довжиною хвилі. Ми використовуємо лампи з високою потужністю, щоб досягти потрібної температури в межах 700–1000°C.
Технічні аспекти
Обладнання не є простим у використанні – потрібні міцні з’єднувачі, оскільки струм є дуже сильним. Якщо проводка не витримує постійного теплового навантаження, її кінці просто згорять. Крім того, ми використовуємо кварцові корпуси – це єдиний матеріал, який не піддається руйнуванню під дією корозійних газів під час процесу CVD.
Недоліки (адже ніщо не є ідеальним)
Інфрачервоні системи є меншими за розміром порівняно зі старими печами. Вони нагріваються за кілька секунд. Це є великою перевагою для процесу виробництва. Але є і недолік – тепло поширюється лише в певному напрямку. Якщо лампа знаходиться на відстані кількох міліметрів від матеріалу, на ньому будуть утворюватися холодні зони. Це призведе до нерівномірного росту вуглецевих нанотрубок. Щоб уникнути цього, необхідно ретельно контролювати параметри PID-контролерів та термопар. Також не можна забувати про захист від впливу радіації – інакше сенсори можуть пошкодитися, а дані стануть неточними.