Perché abbiamo passato all’uso del riscaldamento a infrarossi per i nanotubi di carbonio
La produzione dei nanotubi di carbonio richiede l’uso del calore. Affinché il processo di deposizione chimica a vapore funzioni correttamente, è necessario un gradiente termico molto preciso. Per lungo tempo si è utilizzato il tradizionale forno a resistenza. Ma, onestamente, riscaldare un’intera camera di cottura solo per riscaldare un piccolo substrato rappresenta uno spreco enorme di energia.
Ecco perché abbiamo iniziato ad utilizzare lampade a riscaldamento a infrarossi.
Riduzione dello spreco energetico
Le lampade a infrarossi non riscaldano l’aria circostante: utilizzano invece la radiazione per riscaldare direttamente il substrato. Quando si producono nanotubi di carbonio, è importante che il catalizzatore raggiunga subito la temperatura di attivazione. Con le lampade a onde corte, ciò avviene in pochi secondi: è davvero veloce. E questo cambia completamente i parametri del processo.
Poiché non è necessario riscaldare per ore le pareti esterne della macchina o l’aria al suo interno, i consumi energetici per ogni lotti diminuiscono notevolmente. È quindi un modo più efficiente di lavorare, e anche l’impatto ambientale diminuisce.
I componenti utilizzati
Utilizziamo filamenti allogenati avvolti in involucri di quarzo per gestire il calore intenso generato dalle lampade. Per evitare problemi, questi filamenti sono collegati a controller PID.
È necessario essere precisi: se si somministra troppa energia in un’area piccola, il filamento può bruciarsi o i nanotubi possono danneggiarsi immediatamente. La precisione è fondamentale.
Un altro vantaggio? Un sistema a infrarossi occupa molto meno spazio rispetto a un forno tradizionale. Inoltre, quando è il momento di raffreddare il substrato, si ha un maggiore controllo sul processo.
I vantaggi e gli svantaggi
Tuttavia, non tutto è perfetto. Questi sistemi generano molta energia radiante. Non si può semplicemente inserire un sistema a infrarossi in un vecchio contenitore, sperando che funzioni bene. È necessario utilizzare dispositivi di raffreddamento adeguati per evitare che la temperatura ambiente aumenti troppo. Se il sistema di raffreddamento non funziona correttamente, le lampade si bruciano rapidamente.
Inoltre, ci sono anche aspetti economici da considerare: l’installazione dei controller e dei dispositivi di protezione richiede investimenti iniziali maggiori rispetto a un semplice riscaldatore a resistenza. Ma in cambio si ottengono costi mensili inferiori e un laboratorio più efficiente. È un compromesso che saremmo felici di accettare.