Почему мы перешли на инфракрасное нагревание для производства углеродных нанотрубок
Процесс создания углеродных нанотрубок напрямую связан с теплом. Чтобы процедура химического осаждения в паровой фазе могла протекать эффективно, необходим определенный тепловой градиент. Долгое время для этой цели использовались традиционные резистивные печи. Но, честно говоря, нагрев всей камеры печи лишь ради нагрева небольшой поверхности субстрата — это огромная трата энергии.
Поэтому мы начали использовать инфракрасные нагревательные лампы.
Сокращение потерь энергии
Инфракрасные лампы не нагревают окружающий воздух. Они используют излучение для прямого нагрева субстрата. При производстве углеродных нанотрубок важно, чтобы катализатор достиг своей температуры активации как можно быстрее. С помощью коротковолнового инфракрасного излучения это происходит за считанные секунды. Это значительно ускоряет процесс.
Так как не нужно тратить часы на нагрев внешних стенок печи или воздуха внутри нее, количество потребляемой энергии сокращается в разы. Это более эффективный способ работы, а также снижается экологический след производства.
Оборудование
Для выдерживания высоких температур мы используем галогеновые филаменты, обложенные кварцевыми оболочками. Чтобы избежать ошибок, эти устройства соединяются с контроллерами типа PID.
Необходимо быть осторожным: если направить слишком большое количество энергии на небольшую площадь, филамент может сгореть, а нанотрубки будут разрушены. Точность имеет решающее значение.
Еще одним преимуществом является то, что инфракрасные устройства занимают гораздо меньше места, чем объемные печи. Кроме того, при охлаждении процесс контролируется гораздо лучше.
Недостатки
Однако у этого метода есть и недостатки. Эти устройства излучают большое количество тепла. Нельзя просто установить инфракрасное устройство в старую печь и рассчитывать на хороший результат. Необходимы специальные системы охлаждения, чтобы предотвратить слишком высокую температуру в помещении. Если система охлаждения сломается, лампы будут быстро сгорать.
Конечно, есть еще и финансовый аспект. Установка контроллеров и систем защиты стоит дороже, чем использование обычных резистивных нагревателей. Но это компенсируется более низкими ежемесячными расходами на электроэнергию и более эффективной работой лаборатории. Мы с радостью идем на такой компромисс.