DE102005029155B4 - Process for the production of particles - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Fullerenen oder Kohlenstoff-Nanoröhren, bei dem zwischen mindestens zwei in einem Gehäuse angeordneten Elektroden (2a, 2b) Bogenentladungen gepulst gezündet und/oder mit modulierter elektrischer Stromstärke betrieben werden und mittels einer Gasströmung (5), die zwischen den Elektroden (2a, 2b) hindurch geführt wird, gebildete Partikel ausgetrieben und gesammelt werden sowie eine Erwärmung, bei der unterschiedliche Temperaturen in verschiedenen Zonen (1a, 1b, 1c) in Strömungsrichtung des Gasstromes (5) eingehalten werden, durchgeführt wird; wobei in einer ersten Zone (1a) die Innentemperatur auf 1200°C stabi- lisiert, in einer zweiten sich daran anschließenden Zone (1b) eine Innentemperatur von 700°C und in einer nachfolgend angeordneten Zone (1c) eine Temperatur von 600°C eingehalten werden.Process for the production of fullerenes or carbon nanotubes, in which arc discharges are ignited in a pulsed manner between at least two electrodes (2a, 2b) arranged in a housing and / or operated with a modulated electrical current intensity and by means of a gas flow (5) which flows between the electrodes ( 2a, 2b) is passed through, formed particles are expelled and collected, and heating is carried out in which different temperatures are maintained in different zones (1a, 1b, 1c) in the flow direction of the gas stream (5); the internal temperature stabilized at 1200 ° C. in a first zone (1a), an internal temperature of 700 ° C. in a second adjoining zone (1b) and a temperature of 600 ° C. maintained in a subsequent zone (1c) will.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln, wie insbesondere Fullerenen bzw. Kohlenstoff-Nanoröhren.The invention relates to an arrangement and a method for the production of particles, in particular fullerenes or carbon nanotubes.

Neben anderen Verfahren ist es bekannt Partikel plasma-chemisch oder durch CVD- bzw. PVD-Technologien herzustellen. Dabei ist neben den hohen Herstellungs- und Anlagenkosten auch die Rate der so herstellbaren Partikel relativ gering.Among other methods, it is known to produce particles plasma-chemically or by CVD or PVD technologies. In addition to the high manufacturing and equipment costs, the rate of particles that can be produced in this way is relatively low.

Außerdem können Variationen beim Betrieb der dafür genutzten Anlagentechnik, wenn überhaupt nur in geringem Umfang durchgeführt oder berücksichtigt werden.In addition, variations in the operation of the equipment used for this purpose, if at all carried out or considered only to a small extent.

So ist aus DE 101 35 434 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Clusterproduktion mit Massenselektion bekannt. Dabei entstehen Cluster durch Plasmabogenerosion an einer Kathode. Das Plasma wird in inerter Atmosphäre abgekühlt und dann adiabatisch entspannt.That's how it is DE 101 35 434 A1 a method and apparatus for continuous cluster production with mass selection known. This creates clusters by plasma arc erosion at a cathode. The plasma is cooled in an inert atmosphere and then released adiabatically.

Eine Möglichkeit zur Bildung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch eine Gleichstrom-Bogenentladung an einer Kohlenstoffelektrode ist von Y. Ando et al. in „Mass production of high quality single-wall carbon nanotubes by H2-N2 arc discharge”; Diamond & Related Materials; Vol. 14, S. 729–732; 2004 beschrieben.One way to form carbon nanotubes by a DC arc discharge on a carbon electrode is described by Y. Ando et al. in "Mass production of high quality single-wall carbon nanotubes by H 2 -N 2 arc discharge"; Diamond & Related Materials; Vol. 14, pp. 729-732; 2004 described.

H. Schulz et al. beschreiben in „Ultra hydrophobic wetting behaviour of amorphous carbon films”; Surface& Coatings Technology; 2005; Vol. 200, S. 1123–1126 Wege für die Ausbildung amorpher Kohlenstoffschichten auf Substraten.H. Schulz et al. describe in "Ultra Hydrophobic Wetting Behavior of Amorphous Carbon Films"; Surface & Coatings Technology; 2005; Vol. 200, pp. 1123-1126 Avenues for the formation of amorphous carbon layers on substrates.

Toshiki Sugai et al. beschreiben in „Production of fullerenes and single-wall carbon nanotubes by high-temperature pulsed arc discharge”; J. Chem. Phys. 112; pp. 6000–6005; (2000) wie Fullerene oder Kohlenstoff-Nanoröhren mittels gepulst betriebener Bogenentladung hergestellt werden können.Toshiki Sugai et al. describe in "Production of fullerenes and single-wall carbon nanotubes by high-temperature pulsed arc discharge"; J. Chem. Phys. 112; pp. 6000-6005; (2000) how fullerenes or carbon nanotubes can be produced by means of pulsed arc discharge.

Aus DE 103 12 494 A1 ist es bekannt Kohlenstoff-Nanostrukturen in einem Plasma bei Temperaturen von ca. 4000°C herzustellen und die im Plasma gebildeten Strukturen bei hoher Abschreckgeschwindigkeit auf etwa 50°C abzukühlen.Out DE 103 12 494 A1 It is known to produce carbon nanostructures in a plasma at temperatures of about 4000 ° C and to cool the structures formed in the plasma at high quenching rate to about 50 ° C.

US 5 304 366 A beschreibt ein Verfahren und ein Vor- richtung zur Bereitstellung und Aufreinigung von Fullerenen. Dabei sollen unerwünschte Bestandteile mit Hilfe mehrerer Filter zurückgehalten werden, wobei gewünschte Bestandteile in einem Kondensationsrohr kondensieren sollen. US 5 304 366 A describes a method and apparatus for providing and purifying fullerenes. In this case, unwanted constituents are to be retained with the aid of a plurality of filters, wherein desired constituents are to condense in a condensation tube.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die kostengünstige Herstellung von Partikeln mit erhöhter Ausbeute vorzuschlagen.It is therefore an object of the invention to propose possibilities for the cost-effective production of particles with increased yield.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with the features described in the subordinate claims.

Die Anordnung ist dabei so ausgebildet, dass in einem Gehäuse mindestens zwei Elektroden in einem Abstand zueinander angeordnet sind, die als Kathode und Anode geschaltet sind und zwischen denen eine gepulste Bogenentladung betrieben wird. Die Bogenentladung kann aber auch mit einem modulierten elektrischen Strom allein oder zusätzlich zum gepulsten Betrieb betrieben werden, wobei dann die Bogenleistung durch die sich verändernde elektrische Stromstärke variiert werden kann. So kann eine Bogenentladung zeitweise mit hoher Leistung und dann mit geringer Leistung, bis kurz vor dem Erlöschen des Bogens betrieben werden.The arrangement is designed so that at least two electrodes are arranged in a housing at a distance from each other, which are connected as the cathode and anode and between which a pulsed arc discharge is operated. The arc discharge can also be operated with a modulated electric current alone or in addition to the pulsed operation, in which case the arc power can be varied by the changing electric current. Thus, an arc discharge can be operated at times with high power and then with low power until just before the extinction of the arc.

Zum Austreiben und ggf. auch zur Beeinflussung der Partikelbildung wird über einen Gaseinlass ein Gasstrom zwischen den Elektroden und zumindest nahezu orthogonal zu den zwischen den Elektroden brennenden Bögen hindurch und auch an den jeweiligen Oberflächen der Elektroden entlang geführt. Die so gebildeten Partikel können hinter den Elektroden gesammelt werden.For expelling and possibly also for influencing the particle formation, a gas flow is conducted through the gas inlet between the electrodes and at least substantially orthogonally to the sheets burning between the electrodes and also along the respective surfaces of the electrodes. The particles thus formed can be collected behind the electrodes.

Es können auch mehr als zwei Elektroden eingesetzt werden, wobei dann Bogenentladungen zwischen unterschiedlichen Elektroden gezündet und betrieben werden können, was durch entsprechende elektrische Ansteuerung der Elektroden erreicht werden kann.It is also possible to use more than two electrodes, in which case arc discharges between different electrodes can be ignited and operated, which can be achieved by corresponding electrical activation of the electrodes.

Durch elektrische Umschaltung kann aber auch ein Wechsel der Elektroden erreicht werden, so dass eine Elektrode einmal Kathode und nach Umschaltung dann Anode sein kann, was für die jeweils andere Elektrode dann invers erfolgen soll.By electrical switching but also a change of the electrodes can be achieved so that one electrode can be cathode and after switching then anode, which is then to be done inversely for the respective other electrode.

Vorteilhaft können die Bogenentladungen mittels eines ebenfalls gepulst betriebenen Laserstrahls gezündet werden, der für eine jeweilige Zündung auf eine Oberfläche einer der Elektroden gerichtet wird. Durch Bewegung und/oder Verschwenkung des Laserstrahles kann der Auftreffort variiert und der jeweilige Fußpunkt des gezündeten Bogens beeinflusst werden.Advantageously, the arc discharges can be ignited by means of a pulse laser also operated pulsed, which is directed for a respective ignition on a surface of one of the electrodes. By movement and / or pivoting of the laser beam, the place of impact can be varied and the respective base point of the ignited arc can be influenced.

Die Zündung von Bogenentladungen kann aber auch mit einer erhöhten Zündspannung, unter Einsatz von zusätzlichen Zündelektroden oder der Erzeugung eines temporären Kurzschlusses an zwei Elektroden erreicht werden. Dabei kann eine Zündelektrode auch bewegbar sein, so dass eine Zündung an unterschiedlichen Oberflächenbereichen erreicht werden kann.The ignition of arc discharges can also with an increased ignition voltage, using additional ignition electrodes or the Generation of a temporary short circuit to two electrodes can be achieved. In this case, an ignition electrode can also be movable, so that ignition at different surface areas can be achieved.

In einer bevorzugten Ausführung ist eine der Elektroden als Hohlzylinder oder auch Teil eines Zylinders, beispielsweise in Form eines oder mehrerer Zylindersegmente ausgebildet.In a preferred embodiment, one of the electrodes is designed as a hollow cylinder or also part of a cylinder, for example in the form of one or more cylinder segments.

Die zweite Elektrode kann dann vollständig oder teilweise im Inneren der ersten Elektrode angeordnet sein. Die zweite Elektrode kann platten-, stab- oder auch zylinderförmig ausgebildet sein.The second electrode can then be arranged completely or partially inside the first electrode. The second electrode may be plate, rod or cylindrical.

Vorteilhaft kann es auch sein, mindestens eine der beiden Elektroden in Längsrichtung, also auch in Strömungsrichtung des Gasstromes in Segmente zu unterteilen, die jeweils einzeln elektrisch ansteuerbar sind, so dass dann an den Segmenten unterschiedliche Parameter der gezündeten und betriebenen Bogenentladungen eingehalten werden können. Durch geeignete elektrische Schaltung der Segmente kann eine Bogenentladung auch zwischen Elektrode und Segmenten betrieben werden, die nicht unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind und so der Bogen zeitweise in einem schräg geneigten Winkel ausgerichtet ist. Mit einer solchen Ausführung kann auch ein „Ziehen” des Fußpunktes des Bogens auf der Oberfläche einer Elektrode erfolgen, so dass eine Vergleichmäßigung des Abtrages an Elektroden, ähnlich wie bei einer lokal veränderten Zündung mit einem Laserstrahl erreicht werden kann.It can also be advantageous to subdivide at least one of the two electrodes into segments in the longitudinal direction, that is to say also in the flow direction of the gas stream, which are each individually electrically controllable, so that different parameters of the ignited and operated arc discharges can then be maintained at the segments. By suitable electrical circuit of the segments, an arc discharge can also be operated between the electrode and segments, which are not arranged directly opposite each other and so the arc is temporarily aligned at an obliquely inclined angle. With such an embodiment, a "pulling" of the foot of the arc on the surface of an electrode can be carried out so that a homogenization of the Abtrag to electrodes, similar to a locally changed ignition can be achieved with a laser beam.

Im Falle der Herstellung von Partikeln aus bzw. mit Kohlenstoff sollte zumindest eine der Elektroden aus reinem Kohlenstoff oder überwiegend mit Kohlenstoff gebildet sein, wobei im letzteren Fall zusätzlich weitere Stoffe, beispielsweise Ni, Mo, Fe Rh, Pt, Cr, Sc, Y, B, Tb, Er, Lu oder Gemische aus diesen enthalten sein können.In the case of the production of particles from or with carbon, at least one of the electrodes should be formed of pure carbon or predominantly carbon, in the latter case additional substances, for example Ni, Mo, Fe, Rh, Pt, Cr, Sc, Y, B, Tb, Er, Lu or mixtures of these may be included.

Die Gasströmung kann in gesteuerter bzw. geregelter Form durch den Gaseinlass erfolgen. Dabei können der Volumenstrom, die Strömungsgeschwindigkeit und der Innendruck berücksichtigt werden.The gas flow can take place in controlled or regulated form through the gas inlet. The volume flow, the flow velocity and the internal pressure can be taken into account.

Bevorzugte Strömungsgeschwindigkeiten liegen im Bereich 0,01 bis 100 m/s und der Innendruck sollte im Bereich 103 bis 107 Pa eingehalten werden.Preferred flow rates are in the range 0.01 to 100 m / s and the internal pressure should be maintained in the range 10 3 to 10 7 Pa.

Der Gasstrom kann zusätzlich durch eine Absaugung, die auf der dem Gaseinlass gegenüber liegenden Seite angeordnet ist, unterstützt und stabilisiert werden.In addition, the gas flow can be assisted and stabilized by an exhaust, which is arranged on the side opposite the gas inlet.

Der Gasstrom kann aus bzw. mit einem inerten Gas, beispielsweise Helium oder Argon, aber auch mit Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff oder einem Gas einer Metall- oder Kohlenstoff-Verbindung gebildet werden.The gas stream can be formed from or with an inert gas, for example helium or argon, but also with nitrogen, oxygen, hydrogen or a gas of a metal or carbon compound.

In Strömungsrichtung hinter dem Gaseinlass kann ein zweiter Gaseinlass angeordnet sein, über den ein zweiter Gasstrom zuführbar ist. Der zweite Gasstrom kann bevorzugt aus oder mit einem Reaktivgas gebildet werden. Mit einem solchen Reaktivgas kann einmal Einfluss auf die Partikelbildung genommen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit beim Prozess gebildete Verbindungen chemisch umzuwandeln, so dass beispielsweise toxische Verbindungen in ungefährliche Verbindungen überführt und an die Umwelt abgegeben werden können.In the flow direction behind the gas inlet, a second gas inlet may be arranged, via which a second gas stream can be fed. The second gas stream may preferably be formed from or with a reactive gas. With such a reactive gas can be influenced once on the particle formation. However, it is also possible to chemically convert compounds formed in the process so that, for example, toxic compounds can be converted into harmless compounds and released to the environment.

Es soll eine Temperierung vorgesehen werden, wobei bei erhöhten Temperaturen gearbeitet werden soll. Hierfür kann die Anordnung mit Gehäuse und Elektroden in einem Ofen angeordnet werden, wobei es sich dabei besonders vorteilhaft um einen Zonenofen handeln sollte, mit dem unterschiedliche Temperaturen in Strömungsrichtung des Gasstromes einstellbar sind.It should be provided a tempering, to be operated at elevated temperatures. For this purpose, the arrangement can be arranged with housing and electrodes in an oven, which should be particularly advantageous to a zone oven, with the different temperatures in the flow direction of the gas stream can be adjusted.

Eine Temperaturerhöhung kann aber auch mit mindestens einer Heizeinrichtung, die an der Anordnung vorhanden ist, erreicht werden. Auch hier sollen unterschiedliche Temperaturen in Strömungsrichtung einstellbar sein. Günstig kann es auch sein den/die Gasstrom/ströme vor Einführung zu erwärmen.However, a temperature increase can also be achieved with at least one heating device which is present on the arrangement. Again, different temperatures should be adjustable in the direction of flow. It may also be favorable to heat the gas stream (s) before introduction.

Die Partikelbildung kann bereits bei Raumtemperatur erfolgen. Es kann aber auch in einem mittleren Temperaturbereich von ca. 500°C sowie im Bereich hoher Temperaturen ca. 1000°C und darüber hinaus gearbeitet werden. Bevorzugt sind Temperaturen im Bereich 600 bis 1200°C.The particle formation can already take place at room temperature. It can also be used in an average temperature range of about 500 ° C and in the range of high temperatures about 1000 ° C and beyond. Preference is given to temperatures in the range 600 to 1200 ° C.

Die Bogenentladungen können mit elektrischen Spannungen zwischen 10 und 50 V, elektrischem Strom zwischen 50 A und 5 kA, mit Pulsdauern von 10 ns bis 10 ms, bei einer Pulsfrequenz zwischen 0,5 Hz und 10 kHz, bevorzugt 100 Hz bis 1,5 kHz betrieben werden. Für die Zündung der Bogenentladungen können aber deutlich höhere elektrische Spannungen erforderlich sein.The arc discharges can with electrical voltages between 10 and 50 V, electrical current between 50 A and 5 kA, with pulse durations of 10 ns to 10 ms, at a pulse frequency between 0.5 Hz and 10 kHz, preferably 100 Hz to 1.5 kHz operate. But for the ignition of the arc discharges significantly higher electrical voltages may be required.

Die gebildeten Partikel können dann einer Sammeleinrichtung zugeführt und mit dieser aus dem Gasstrom separiert werden. Im einfachsten Fall kann dies eine Fläche sein auf die der die Partikel mitführende Gasstrom auftrifft oder diese überstreicht, so dass sich die Partikel auf der Fläche ablagern und ggf. dort aufwachsen. Dabei kann eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes im Bereich der Sammeleinrichtung vorteilhaft sein.The particles formed can then be fed to a collecting device and separated therefrom from the gas stream. In the simplest case, this can be an area on which the particle-carrying gas stream impinges or sweeps over it, so that the particles deposit on the surface and possibly grow there. In this case, it may be advantageous to reduce the flow velocity of the gas stream in the region of the collecting device.

Eine Sammeleinrichtung kann aber auch elektrostatisch wirkend ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit Magnete oder Elektromagnete an einer Sammeleinrichtung vorzusehen.However, a collecting device can also be formed electrostatically acting. However, it is also possible to provide magnets or electromagnets to a collector.

In letzt genanntem Fall können ferromagnetische Partikel sehr effektiv separiert und gesammelt werden.In the latter case, ferromagnetic particles can be separated and collected very effectively.

Mit der Erfindung können Fullerene oder Kohlenstoff-Nanoröhren kostengünstig und gegenüber den bekannten Lösungen mit erhöhter Bildungsrate erhalten werden.With the invention, fullerenes or carbon nanotubes can be obtained inexpensively and in comparison to the known solutions with increased formation rate.

Mit der Erfindung kann aber auch eine Agglomeration von gebildeten Partikeln, zu sogenannten „Clustern”, erreicht werden.With the invention, however, an agglomeration of particles formed, so-called "clusters", can be achieved.

Mit der Erfindung können aber auch metallische Partikel, als reine Metalle, Metalllegierungen oder Metallverbindungen (z. B. Carbide) in Partikelform hergestellt werden. Dabei können mindestens eine Elektrode aus oder mit dem jeweiligen Metall und/oder eine geeignet Metallgaskomponente im Gasstrom eingesetzt werden.With the invention, however, metallic particles, as pure metals, metal alloys or metal compounds (eg carbides) in particle form can also be produced. In this case, at least one electrode made of or with the respective metal and / or a suitable metal gas component can be used in the gas stream.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Dabei zeigt:Showing:

1 in schematischer Form ein Beispiel einer Anordnung mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. 1 in schematic form an example of an arrangement with which the method according to the invention can be carried out.

Die in 1 gezeigte Anordnung ist insbesondere zur Herstellung einwandiger Kohlenstoff-Nanoröhren und einem Filz aus diesen (Bucky Paper) geeignet.In the 1 arrangement shown is particularly suitable for producing single-walled carbon nanotubes and a felt from these (Bucky Paper) suitable.

Das Verfahren kann dabei wie folgt beschrieben werden:
Zwischen den zwei konzentrisch angeordneten Elektroden 2a/2b brennt eine gepulste elektrische Bogenentladung, die von einem Generator 3 mit ca. 1 kA Pulsstrom und ca. 1 kHz Pulsfrequenz betrieben und repetierend durch einen Laserstrahl 4 gezündet wird.The method can be described as follows:
Between the two concentrically arranged electrodes 2a / 2 B Burns a pulsed electric arc discharge from a generator 3 operated with about 1 kA pulse current and about 1 kHz pulse frequency and repetitive by a laser beam 4 is ignited.

Die Elektroden 2 befinden sich in einem Ofen 1, der aus drei Zonen 1a–1c besteht und wobei die Innentemperatur in der ersten Zone (1a) auf 1200°C stabilisiert wird.The electrodes 2 are in an oven 1 that is made up of three zones 1a - 1c and the internal temperature in the first zone ( 1a ) is stabilized at 1200 ° C.

Der Werkstoff der äußeren Elektrode 2a ist Graphit, die innere Elektrode 2b besteht aus Graphit mit einem Anteil von ca. 1% Nickel und ca. 1% Cobalt. Nickel und Cobalt sind dabei homogen im Werkstoff verteilt.The material of the outer electrode 2a is graphite, the inner electrode 2 B consists of graphite with a share of about 1% nickel and about 1% cobalt. Nickel and cobalt are distributed homogeneously in the material.

Die Bogenentladung wird in einer Gasströmung 5 betrieben, wobei das Gas zum Abtransport der bei der Bogenentladung freigesetzten Spezies dient. Als Gas wird reiner Stickstoff eingesetzt. Während und kurz nach der Bogenentladung entstehen aus den freigesetzten Spezies einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren, die im Gasstrom transportiert werden und in die nächste Zone 1b des Ofens eintreten. Dort wird bei einer Innentemperatur von 700°C durch den zweiten Gaseinlass 6 Methan eingeleitet, dass durch die erhöhte Temperatur dissoziiert wird, wobei sich der frei werdende Kohlenstoff an den vorhandenen Kohlenstoff-Nanoröhren anlagert und zu einem Längenwachstum dieser führt.The arc discharge is in a gas flow 5 operated, the gas is used to transport the species released in the arc discharge. The gas used is pure nitrogen. During and shortly after the arc discharge, the released species form single-walled carbon nanotubes, which are transported in the gas stream and into the next zone 1b enter the oven. There is at an internal temperature of 700 ° C through the second gas inlet 6 Methane introduced that is dissociated by the elevated temperature, wherein the released carbon attaches to the existing carbon nanotubes and leads to a length increase of these.

Die nun gewachsenen Kohlenstoff-Nanoröhren gelangen im Gasstrom in die nächste Zone 1c des Ofens 1. Dort wird bei einer Temperatur von ca. 600°C durch den dritten Gaseinlass 7 Sauerstoff in den Ofen 1 gelassen. Dadurch oxidieren die im Gasstrom noch vorhandenen Verunreinigungen und treten gasförmig aus dem Ofen 1 aus. In der Gasströmung 5 verbleiben dann nur einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren und daran gebundene Metallpartikel. Diese Kohlenstoff-Nanoröhren mit den daran gebundenen Metallpartikeln lagern sich auf der gekühlten Walze 9, als ein Teil der Sammeleinrichtung 8 ab. Die Ablagerung wird dadurch unterstützt, dass die Walze 9 magnetisch oder magnetisiert ist. Der so entstehende Filz aus einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren wird bei der Drehung der Walze 9 von dieser abgehoben und auf eine zweite Walze 10 gewickelt. Auf dieser sammelt sich das Endprodukt an (Filz aus einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren) und kann entnommen werden.The now grown carbon nanotubes get in the gas stream in the next zone 1c of the oven 1 , There is at a temperature of about 600 ° C through the third gas inlet 7 Oxygen in the oven 1 calmly. As a result, the impurities remaining in the gas stream oxidize and exit from the furnace in gaseous form 1 out. In the gas flow 5 then remain only single-walled carbon nanotubes and metal particles bound thereto. These carbon nanotubes with the metal particles bound to them are deposited on the cooled roll 9 as part of the collection facility 8th from. The deposit is supported by the fact that the roller 9 is magnetic or magnetized. The resulting felt of single-walled carbon nanotubes becomes as the roll rotates 9 lifted off this and on a second roller 10 wound. On this the final product accumulates (felt from single-walled carbon nanotubes) and can be removed.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung von Fullerenen oder Kohlenstoff-Nanoröhren, bei dem zwischen mindestens zwei in einem Gehäuse angeordneten Elektroden (2a, 2b) Bogenentladungen gepulst gezündet und/oder mit modulierter elektrischer Stromstärke betrieben werden und mittels einer Gasströmung (5), die zwischen den Elektroden (2a, 2b) hindurch geführt wird, gebildete Partikel ausgetrieben und gesammelt werden sowie eine Erwärmung, bei der unterschiedliche Temperaturen in verschiedenen Zonen (1a, 1b, 1c) in Strömungsrichtung des Gasstromes (5) eingehalten werden, durchgeführt wird; wobei in einer ersten Zone (1a) die Innentemperatur auf 1200°C stabi- lisiert, in einer zweiten sich daran anschließenden Zone (1b) eine Innentemperatur von 700°C und in einer nachfolgend angeordneten Zone (1c) eine Temperatur von 600°C eingehalten werden.Process for the production of fullerenes or carbon nanotubes, in which between at least two electrodes arranged in a housing ( 2a . 2 B ) Arc discharges are pulsed ignited and / or operated with modulated electrical current and by means of a gas flow ( 5 ) between the electrodes ( 2a . 2 B ), expelled and collected particles formed and a heating, in which different temperatures in different zones ( 1a . 1b . 1c ) in the flow direction of the gas stream ( 5 ) is carried out; where in a first zone ( 1a ) the internal temperature is stabilized at 1200 ° C, in a second adjoining zone ( 1b ) an internal temperature of 700 ° C and in a subsequently arranged zone ( 1c ) a temperature of 600 ° C are maintained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff, Helium, Argon, Sauerstoff, Wasserstoff, ein Gas einer Kohlenstoffverbindung, ein Gas einer Metallverbindung oder ein Gasgemisch eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that as the gas nitrogen, helium, argon, oxygen, hydrogen, a gas of a Carbon compound, a gas of a metal compound or a gas mixture is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrom eine Kohlenstoff- und/oder Metallverbindung in Aerosolform zugegeben wird.The method of claim 1 or 2, characterized in that the gas stream is a carbon and / or metal compound is added in aerosol form. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Bogenentladungen mittels eines auf eine der Elektroden (2a, 2b) gerichteten Laserstrahles gezündet werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that arc discharges by means of a on one of the electrodes ( 2a . 2 B ) directed laser beam are ignited. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fusspunkt der gezündeten Bogenentladungen durch Bewegung und/oder Verschwenkung des Laserstrahles (4) verändert wird.A method according to claim 4, characterized in that the base point of the ignited arc discharges by movement and / or pivoting of the laser beam ( 4 ) is changed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gasströmung (5) eine Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,01 und 100 m/s eingehalten wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the gas flow ( 5 ) a flow rate between 0.01 and 100 m / s is maintained. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druck im Bereich 103 bis 107 Pa gearbeitet wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that working at a pressure in the range 10 3 to 10 7 Pa. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenentladungen bei elektrischen Spannungen im Bereich 10 bis 50 V, elektrischem Strom im Bereich 50 A bis 5 kA, mit einer Pulsdauer zwischen 1 ns und 10 ms sowie einer Frequenz zwischen 0,5 Hz und 10 kHz betrieben werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the arc discharges at electrical voltages in the range 10 to 50 V, electric current in the range 50 A to 5 kA, with a pulse duration between 1 ns and 10 ms and a frequency between 0, 5 Hz and 10 kHz are operated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Gasstrom in den ersten Gasstrom zugeführt wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least a second gas stream is fed into the first gas stream. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom in Strömungsrichtung des ersten Gasstromes hinter den Bogenentladungen zugeführt wird.A method according to claim 9, characterized in that the second gas stream is fed in the flow direction of the first gas stream behind the arc discharges. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom aus einem Reaktivgas gebildet ist oder ein Reaktivgas enthält.A method according to claim 9 or 10, characterized in that the second gas stream is formed from a reactive gas or contains a reactive gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest außerhalb des Bereiches in dem die Elektroden (2a, 2b) angeordnet sind, eine inerte Atmosphäre ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least outside the region in which the electrodes ( 2a . 2 B ) are arranged, an inert atmosphere is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2a, 2b) wechselweise als Anode und Kathode geschaltet werden.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the electrodes ( 2a . 2 B ) are alternately switched as the anode and cathode. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an Segmenten von Elektroden (2a, 2b) Bogenentladungen mit jeweils unterschiedlichen elektrischen Parametern gezündet und betrieben werden.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that on segments of electrodes ( 2a . 2 B ) Arc discharges are ignited and operated, each with different electrical parameters. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenentladungen mit erhöhter Zündspannung, einer Zündelektrode und/oder durch Kurzschluss zwischen zwei Elektroden (2a, 2b) gezündet werden.Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the arc discharges with increased ignition voltage, a starting electrode and / or by a short circuit between two electrodes ( 2a . 2 B ) are ignited.
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