Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов

Изобретение относится к плазменному синтезу наноматериалов. Эндоэдральные фуллерены получают в водоохлаждаемой металлической герметичной камере 1 в плазме высокочастотной дуги при атмосферном давлении с использованием переменного тока. В камере 1 установлен один центральный вертикальный графитовый электрод 4 и четное число одинаковых горизонтальных графитовых электродов 2, 2', 3, 3', обеспечивающих разряд. В осевые отверстия всех электродов помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена. Последовательно с электродами 2, 2', 3, 3' соединяют катушки индуктивности 9, 9', 10, 10', оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда. Технический результат - повышение содержания эндоэдральных фуллеренов в углеродном конденсате на 3,5-4% за счёт создания магнитного поля, синфазного и перпендикулярного току дуги. 2 ил.

 

Изобретение относится к области плазменного синтеза наноматериалов и может быть использовано для производства эндоэдральных фуллеренов.

Известен способ синтеза фуллереновой смеси в плазме при атмосферном давлении в потоке гелия [RU 2483020, МПК С01В 31/00, В82В 3/00, B82Y 40/00, опубл. 27.05.2013 г. ], где фуллереновую смесь получают в углеродно-гелиевой плазме, образованной дуговым разрядом при атмосферном давлении в камере плазмохимического реактора с использованием низкочастотной модуляции мощности дугового разряда.

Недостатком способа является то, что, несмотря на высокое относительное содержание высших, а соответственно, и эндоэдральных фуллеренов в образующей фуллереновой смеси, общее количество фуллеренов, содержащихся в углеродном конденсате, низко. Это объясняется тем, что условия в плазме дуги (температура и электронная концентрация) лишь в малом объеме соответствуют оптимальным значениям сборки фуллереновых и эндофуллереновых молекул.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ синтеза эндоэдральных фуллеренов, где в реакционной камере при атмосферном давлении осуществляется разряд переменного тока с питанием от 15 до 50 кВт и токами до 1000 A [WO 2014152062, МПК С01В 31/02, С25В 1/00, опубл. 25.09.2014 г. (прототип)]. Графитовые стержни распыляются в дуге (трехфазный переменный ток). Дуга стабилизирована за счет расположения трех электродов под углом 22,5° от вертикали.

Недостатком данного способа является то, что количество эндоэдральных фуллеренов, образующихся в углеродном конденсате, составляет малую величину. Это объясняется тем, что в такой геометрии область плазмы с высокой температурой плавно (недостаточно быстро) переходит в область плазмы с низкой температурой. Высшие фуллерены и тем более эндоэдральные фуллерены, являясь более напряженными структурами, успевают перейти в менее напряженные обычные, типа С60 и С70.

Техническим результатом изобретения является повышение содержание эндоэдральных фуллеренов в углеродном конденсате на 3,5-4% за счет создания магнитного поля, синфазного и перпендикулярного току дуги.

Технический результат достигается тем, что в способе синтеза эндоэдральных фуллеренов в герметичной камере в плазме дуги с использованием переменного тока и нескольких одинаковых электродов новым является то, что процесс ведут в высокочастотной дуге при атмосферном давлении, используют водоохлаждаемую металлическую камеру, в которой установлен один вертикальный электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, при этом все электроды изготовлены из графита и в их осевые отверстия помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда.

Отличия заявляемого способа синтеза эндоэдральных фуллеренов от прототипа заключаются в том, что процесс ведут в высокочастотной дуге при атмосферном давлении, используют водоохлаждаемую металлическую камеру, в которой установлен один вертикальный электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, при этом все электроды изготовлены из графита и в их осевые отверстия помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда.

Перечисленные выше признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».

Синтез эндоэдральных фуллеренов происходит в водоохлаждаемой герметичной металлической камере при атмосферном давлении в плазме высокочастотной дуги переменного тока. Разряд осуществляется в аналитическом промежутке между графитовыми электродами, расположенными горизонтально либо под углом. В осевое отверстие электродов помещают вещество, содержащее атомы химических элементов, которые планируется ввести внутрь фуллереновых молекул. Слой плазмы дуги, соответствующий оптимальным значениям температуры и электронной концентрации и соответствующий максимальным скоростям сборки молекул эндоэдральных фуллеренов, увеличивается за счет силового воздействия магнитного поля на ток дуги. Именно с целью достижения такого эффекта магнитное поле направлено перпендикулярно оси разряда и совпадает по частоте и фазе с током дуги. Под действием магнитного поля плазма вытягивается вдоль вертикальной оси и образует фигуру, которая обладает большим объемом и соответственно большей площадью поверхности при той же мощности разряда. Увеличение поверхности приводит к увеличению области с оптимальными параметрами плазмы (температура и электронная концентрация), соответствующими более эффективному образованию фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена электрическая схема установки. На фиг. 2 показан разрез водоохлаждаемой герметичной металлической камеры.

На фиг. 1 представлена электрическая схема установки, где 1 - водоохлаждаемая герметичная металлическая камера, 2, 2′, 3, 3′ - графитовые электроды, 4 - центральный графитовый электрод, 5 - генератор исходной частоты ТВЧ, 6 - фазовращатель, 7 и 7′ - усилители мощности, Тр.1 и Тр.1′ - согласующие трансформаторы, 8 и 8′ - конденсаторы, 9, 9′, 10, 10′ - катушки индуктивности.

На фиг. 2 представлен разрез камеры для синтеза эндоэдральных фуллеренов, где 1 - водоохлаждаемая герметичная металлическая камера, 2 - графитовые электроды, 4 - центральный графитовый электрод, 11 - отверстие для ввода газа в камеру, 12 - разряд, 13 - отверстие для вывода газа из камеры.

Для получения эндоэдральных фуллеренов используется герметичная металлическая водоохлаждаемая камера 1 (фиг. 1). В нижней части камеры закреплены выводы для подачи графитовых электродов 2, 2′, 3 и 3′.

Электрод 4 стационарно закреплен в дне камеры. В осевые отверстия всех графитовых электродов помещают вещества, содержащие химические элементы, которые вводят внутрь фуллереновой молекулы. Снизу в камеру через отверстие для ввода газа 11 подают поток плазмообразующего газа (фиг. 2) и осуществляют разряд 12, на ток дуги которого действует магнитное поле. Отвод газа из камеры осуществляют через отверстие 13. Создание магнитного поля осуществляют следующим образом. Генератор исходной частоты 5 вырабатывает сигнал частотой 66 или 44 кГц. Фазовращатель 6 позволяет получать сигнал, сдвинутый по фазе относительно исходного на угол в диапазоне от 0 до 180° (от 0 до π). Усилители мощности (25 кВт) 7 и 7′ исходного и сдвинутого по фазе токов соответственно. Согласующие трансформаторы Тр.1 и Тр.1′, преобразующие входное напряжение 450 В в напряжение 56 В. Конденсатор 8 (3,45 мкрФ) совместно с катушками индуктивности 9 и 10 (3,79 мкрГн) и с дугой (а) образует колебательный контур, резонансная частота которого совпадает с исходной частотой, а конденсатор 8′ совместно с катушками индуктивности 9′, 10′ и с дугой (б) образует колебательный контур, резонансная частота которого также совпадает с исходной частотой.

Для резонансной частоты генератора, ток в дуге соответствует максимальному значению 280 А при активном сопротивлении дуги 0.2 Ом. Так как скорость изменения температуры и, соответственно, электронной концентрации, которая определяет максимальный выход фуллеренов и содержание различных фуллеренов в образующемся составе фуллереновой смеси, и зависит от фазового сдвига между током дуги и магнитным полем, перпендикулярным этому току, то сдвиг фаз выбирается в соответствии с задачей получения различных эндоэдральных фуллеренов.

Преимущества данного способа заключается в том, что площадь поверхности занятого плазмой объема увеличена, что приводит к увеличению области с оптимальными параметрами плазмы (температура и электронная концентрация), соответствующими более эффективному образованию фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов.

Способ синтеза эндоэдральных фуллеренов в герметичной камере в плазме дуги с использованием переменного тока и нескольких одинаковых электродов, отличающийся тем, что процесс ведут в высокочастотной дуге при атмосферном давлении, используют водоохлаждаемую металлическую камеру, в которой установлен один вертикальный электрод и четное число одинаковых электродов, расположенных горизонтально, обеспечивающих разряд, при этом все электроды изготовлены из графита и в их осевые отверстия помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена, а последовательно с электродами, обеспечивающими разряд, соединяют катушки индуктивности, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в авто- и авиастроении. Углерод-углеродный композиционный материал получают посредством изготовления преформы из углеродных волокон, уплотнения полученной преформы матрицей из пиролитического углерода, получающегося из прекурсора в газообразном состоянии, по меньшей мере в основной наружной фазе матрицы, и заключительной термообработки при температуре 1400°-1800°С, не вызывая при этом графитизации матрицы из пиролитического углерода.

Изобретение может быть использовано при изготовлении катализаторов, анодов для производства алюминия, процессоров, электронных устройств для хранения данных, датчиков биомолекул, деталей автомобилей и самолётов, спортивных товаров.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для выделения углеродистого материала, содержащего наночастицы, из потоков отходящих технологических газов электролитического производства алюминия.
Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Углеродные волокна наматывают на плоскую или круглую вращающуюся шпулю и с двух сторон и изнутри подвергают нейтронному облучению.

Изобретение относится к области получения аэрогелей на основе многослойных углеродных нанотрубок в виде изделий с контролируемой формой, в частности шариков, кубиков, пластин, тетраэдров, торов, цилиндров, полиэдров, призм, которые могут использоваться для получения покрытий, поглощающих и/или отражающих электромагнитное излучение, звукопоглощающих композитов, а также носителей биологически активных объектов.

Изобретение предназначено для химической, строительной промышленности и медицины и может быть использовано при изготовлении композитов, пластификаторов бетона, микроцидов с анти-ВИЧ.

Настоящее изобретение относится к каталитической композиции для синтеза углеродных нанотрубок. Композиция включает активный катализатор и носитель катализатора, причем активный катализатор содержит смесь железа и кобальта в любой окисленной форме, а носитель катализатора содержит вспученный вермикулит.

Изобретение относится к химической промышленности, микроэлектронике и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении прозрачных проводящих покрытий, светопоглощающих и светопреобразующих слоёв для оптических и фотовольтаических устройств, самоочищающихся поверхностей, биометрических материалов, мембран, катализаторов.

Изобретение относится к способу получения N-циклоалкилазиридинофуллеренов общей формулы (1). Способ включает взаимодействие фуллерена C60 с циклическими азидами RN3 (где R = циклогексил, циклооктил) в присутствии трифлата самария Sm(OTf)3, взятыми в мольном соотношении C60:RN3:Sm(OTf)3=1:(0.5-2):(0.5-2), при 40°C, в хлорбензоле в течение 4-8 ч.

Изобретение может быть использовано при изготовлении добавок в смолы, керамику, металлы, смазочные материалы. Сначала смешивают наночастицы катализатора с потоком несущего газа, затем подают нагретый углеводород.

Изобретение относится к методикам измерения наноразмерных объектов и более конкретно к оптической измерительной системе и соответствующему способу измерения для определения критического размера (CD) для наноразмерных объектов.

Изобретение относится к способам обнаружения дефектов и трещин на поверхности металлического оборудования и трубопроводов. На поверхность контролируемого объекта последовательно наносят в направлении от большего к меньшему диаметру суспензию наночастиц металла, обладающих свойством фотолюминесценции, имеющих сферическую форму и разный условный диаметр.

Изобретение относится к области микроструктурных технологий. Способ включает нанесение множества наноструктурных областей с гидрофобными свойствами на поверхность 2 микроканала.

Изобретение предназначено для сельского хозяйства, пищевой промышленности, солнечной энергетики и электронной промышленности и может быть использовано при изготовлении пленочных укрывных материалов, упаковок, люминесцентных экранов и дисплеев.

Изобретение относится к технологии получения неорганических ультрадисперсных материалов и может быть использовано в химической, металлургической, нефтехимической, электронной и медицинской областях промышленности.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА), который может быть использован в ортопедии и стоматологии.

Изобретение относится к медицине и заключается в наноразмерном носителе для доставки биологически активных веществ, который представляет собой мицеллы, состоящие из амфифильных полимеров с формулой Н-(--М--)-S-R и молекулярной массой 1-30 кДа, где (--М--) является гидрофильной частью, состоящей из мономеров, выбранных из группы: N-винилпирролидон, N-изопропилакриламид, N-(2-гидроксипропил)метакриламид, этиленамин, 2-аллилоксибензальдегид, акриламид, N-диалкилакриламид, акриловая и метакриловая кислота и их эфиры.

Предложены комплекс для ферментативного гидролиза полисахаридных субстратов, способ его получения и его использование. Комплекс содержит основной каркас и ферментные компоненты.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Фотоэлектрохимическая ячейка содержит фотоэлектроды, электролит и электролитный мостик.

Изобретение относится к области химической промышленности. Способ включает обработку исходной смеси, содержащей хлорид металла, в токе водяного пара при повышенной температуре.

Опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или его смесь со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70.

Изобретение относится к плазменному синтезу наноматериалов. Эндоэдральные фуллерены получают в водоохлаждаемой металлической герметичной камере 1 в плазме высокочастотной дуги при атмосферном давлении с использованием переменного тока. В камере 1 установлен один центральный вертикальный графитовый электрод 4 и четное число одинаковых горизонтальных графитовых электродов 2, 2, 3, 3, обеспечивающих разряд. В осевые отверстия всех электродов помещают вещества, содержащие химические элементы, вводимые внутрь молекулы фуллерена. Последовательно с электродами 2, 2, 3, 3 соединяют катушки индуктивности 9, 9, 10, 10, оси которых расположены так, что направление создаваемого ими магнитного поля перпендикулярно оси разряда. Технический результат - повышение содержания эндоэдральных фуллеренов в углеродном конденсате на 3,5-4 за счёт создания магнитного поля, синфазного и перпендикулярного току дуги. 2 ил.

Наверх