(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブ製造システムに提供する。【解決手段】カーボンナノチューブ製造システムは、金属触媒及び炭素含有気体を熱分解し、金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する反応炉、反応炉で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含む気体が排気される排気ライン、及び排気ライン上に設置され、金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップするトラップ装置を含む。このような構成のカーボンナノチューブ製造システムは、カーボンナノチューブの連続的な生産が可能で、生産されるカーボンナノチューブを效果的にトラップ及び、回収できる。【選択図】図１
2008044840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉で生成されたカーボンナノチューブをトラップするための装置において、
金属触媒にて成長されたカーボンナノチューブを含む排気気体が通過する内部空間を有するハウジングと、
前記ハウジングに設置され、前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップする磁性ブロックとを含むことを特徴とするカーボンナノチューブトラップ装置。
【請求項２】
前記磁性ブロックは、電源供給によって、磁力を形成する電磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブトラップ装置。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブトラップ装置は、前記磁性ブロックによってトラップされた前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを回収する回収部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブトラップ装置。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブトラップ装置は、前記磁性ブロックによってトラップされた前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、前記回収部に集まるように前記ハウジングの内部にエアーを噴射する噴射ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブトラップ装置。
【請求項５】
カーボンナノチューブ製造システムにおいて、
金属触媒及び炭素含有気体を熱分解し、金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する反応炉と、
前記反応炉で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含む気体が排気される排気ラインと、
前記排気ライン上に設置され、前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブとを磁力を利用してトラップするトラップ装置とを含むことを特徴とするカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項６】
前記トラップ装置は、前記排気気体が流入される流入ポート、前記排気気体が流出される流出ポート、及び内部空間を有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に設置され、電源供給によって、磁力を形成する電磁石を有する磁性ブロックとを含むことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項７】
前記トラップ装置は、前記磁性ブロックの表面に付いている前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが、落ちるように前記磁性ブロックの表面へエアーを噴射する噴射ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項８】
前記トラップ装置は、前記排気気体が流入される流入ポート、前記排気気体が流出される流出ポート、及び内部空間を有するハウジングと、
前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが、前記ハウジングの内周面にトラップされるように前記ハウジングをめぐるように周辺に設置され、電源供給によって磁力を有する電磁石を有する磁性ブロックを含むことを特徴とする請求項５に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項９】
前記トラップ装置は、前記ハウジングの内周面表面にトラップされている前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを落とすために前記ハウジングの内部へエアーを噴射する噴射ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項１０】
前記ハウジングは、下段に前記電磁石によってトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが前記電磁石の磁力の喪失による落下の際に、これを受け入れる回収部を有することを特徴とする請求項６ないし請求項８の何れかの一つの項に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項１１】
前記電磁石の磁力が喪失されると前記電磁石によってトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを前記回収部に集めるために前記ハウジング内部へエアーを噴射する噴射ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項１２】
前記トラップ装置は、２つの前記排気ラインが直列又は並列に設置されることを特徴とする請求項４ないし請求項８の何れかの一つの項に記載のカーボンナノチューブ製造システム。
【請求項１３】
カーボンナノチューブ製造方法において、
金属触媒及び炭素含有気体を熱分解し、金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する段階と、
前記反応炉で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含まれた排気気体を前記反応炉から排気する段階と、
前記排気気体が排気される経路上で前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップする段階とを特徴とするカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１４】
カーボンナノチューブ製造方法において、
高温の反応炉で金属触媒及び炭素含有気体を熱分解し、前記金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導し、前記反応炉と連結した排気ラインを通し、排気される前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブは、トラップ領域で磁力によってトラップされることを特徴とするカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１５】
前記カーボンナノチューブ製造方法は、前記トラップ領域でトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを回収領域に回収する段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１６】
前記回収段階は、前記トラップ領域の磁力を消滅させ、前記トラップ領域にトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを前記トラップ領域の下に位置する前記回収領域で回収(落とす)することを特徴とする請求項１５に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１７】
前記回収段階は、前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが前記トラップ領域から前記回収領域へ移動するようにエアーを噴射することを特徴とする請求項１５に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１８】
前記トラップ領域の磁力は、電磁石によって提供されていることを特徴とする請求項１４に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項１９】
前記トラップ領域の磁力は、トラップ効率を上げてトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを回収するために一定の周期毎にオフになることを特徴とする請求項１４に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【請求項２０】
前記カーボンナノチューブ製造方法は、前記回収領域に回収された前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブで金属触媒を除去する精製過程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のカーボンナノチューブ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブ製造システムに係り、より詳細にはカーボンナノチューブをトラップするための装置並びに及びそれを使用したカーボンナノチューブ生産システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ(Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  ｔｕｂｅｓ)は、１つの炭素原子に隣り合わせている三つの炭素原子が結びついて六角環形を構成し、このような六角環形が蜂の巣形状にて反復されて局面が形成されることにより、円筒形又はチューブ状の形態を有している。
【０００３】
カーボンナノチューブは、その構造によって、金属のような導電性又は半導体のような半導電性を示すことのできる性質の材料として、色々な技術分野に幅広く応用でき、未来の新素材の用途として脚光を浴びている。例えば、カーボンナノチューブは、二次電池、燃料電池又はスーパーキャパシター（ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）等のような電気化学的蓄積装置の電極、電磁波遮蔽材料、電界放出ディスプレー並びにガスセンサーなどに適用できる。
【０００４】
現在カーボンナノチューブを製造する方式は、電気放電方式、レーザー蒸着方式、熱分解気相蒸着方式等５つに分類され、その中で熱分解気相蒸着方式が主に使われる。熱分解気相蒸着式は、高温の反応炉の中に炭素を含有する気体を流しながら、カーボンナノチューブを金属触媒にて成長させる方法で、金属触媒粒子と共に６００〜１０００度の高温で進行される。高温の反応炉の中で作られた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、排気ライン上に設置されたバックフィルターを利用して回収される。
【０００５】
しかし、バックフィルターを利用したカーボンナノチューブ回収方式は、フィルターの空隙が詰まる現象によって回収性能が落ちる。それで、一定の周期毎にガスや振動版を利用してバックフィルターの空隙をあける作業が並行されなければならないという不便さがある。特に、バックフィルターは、高温で使用できないためにバックフィルター前段にクーリングシステムを設置し、カーボンナノチューブを含む排気気体を２００度以下に冷却させる必要があるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためのものであって、その目的は、カーボンナノチューブを容易に回収できるカーボンナノチューブトラップ装置並びにそれを使用したカーボンナノチューブ生産システム及び方法を提供することにある。
【０００７】
本発明他の目的は、連続的なカーボンナノチューブの製造が可能なカーボンナノチューブ生産システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達形成するための本発明の一実施形態によれば、反応炉で生成されたカーボンナノチューブをトラップするための装置は、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを含む排気気体が、通過する内部空間を有するハウジング、及び前記ハウジングに設置され、前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップする磁性ブロックを含む。
【０００９】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記磁性ブロックは、電源供給によって磁力を有する電磁石を含む。
【００１０】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記カーボンナノチューブトラップ装置は、前記磁性ブロックによって、トラップされた前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを回収する回収部を含む。
【００１１】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記カーボンナノチューブトラップ装置は、前記磁性ブロックによって、トラップされた前記金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが前記回収部に集まるように前記ハウジングの内部にエアーを噴射する噴射ノズルを含む。
【００１２】
本発明の他の実施の形態によれば、カーボンナノチューブ製造システムは、金属触媒及び炭素含有気体を熱分解し、金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する反応炉、前記反応炉で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含む気体が排気される排気ライン、及び前記排気ライン上に設置され、前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップするトラップ装置を含む。
【００１３】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ装置は、前記排気気体が流入される流入ポートと前記排気気体が流出される流出ポート、そして内部空間を有するハウジング、及び前記ハウジングの内部に設置され、電源供給によって磁力を有する電磁石を有する磁性ブロックを含む。
【００１４】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ装置は、前記磁性ブロックの表面についている前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが落ちるように前記磁性ブロックの表面にエアーを噴射する噴射ノズルを含む。
【００１５】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ装置は、前記排気気体が流入される流入ポートと前記排気気体が流出される流出ポート、そして内部空間を有するハウジング、及び前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが、前記ハウジングの内周面にトラップされるように前記ハウジングを包むように外郭に設置され、電源供給によって、磁力を有する電磁石を有する磁性ブロックを含む。
【００１６】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ装置は、前記ハウジングの内周面表面にトラップされている前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを落とすために前記ハウジングの内部にエアーを噴射する噴射ノズルを含む。
【００１７】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記ハウジングは、下段に前記電磁石によってトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが、前記電磁石の磁力喪失で落下の際、これを受け入れる回収部を有する。
【００１８】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記電磁石の磁力が、喪失されると前記電磁石によって、トラップされていた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを前記回収部に集めるために前記ハウジングの内部にエアーを噴射する噴射ノズルを含む。
【００１９】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ装置は、前記排気ラインに二つが直列又は並列で設置される。
【００２０】
本発明の他の実施の形態によれば、カーボンナノチューブ製造方法は、金属触媒及び、炭素含有気体を熱分解して金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する段階、前記反応炉で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含まれた排気気体を前記反応炉から排気する段階、前記排気気体が排気される経路上で前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップする段階を含む。
【００２１】
本発明の他の実施の形態によれば、カーボンナノチューブ製造方法は、高温の反応炉で金属触媒及び、炭素含有気体を熱分解して前記金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導し、前記反応炉と連結した排気ラインを通し排気される前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブは、トラップ領域で磁力によってトラップされる。
【００２２】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記カーボンナノチューブ製造方法は、前記トラップ領域でトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを回収領域に回収する段階を含む。
【００２３】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記回収段階は、前記トラップ領域の磁力を消滅させ、前記トラップ領域にトラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを前記トラップ領域下に位置する前記回収領域に回収(落とされる)する。
【００２４】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記回収段階は、前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブが、前記トラップ領域から前記回収領域へ移動するようにエアーを噴射する。
【００２５】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ領域の磁力は、電磁石によって提供される。
【００２６】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記トラップ領域の磁力は、トラップ効率を上げ、トラップされた前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを回収するために一定周期ごとにオフになる。
【００２７】
本発明の望ましい実施の形態においては、前記カーボンナノチューブ製造方法は、前記回収領域に回収された前記金属触媒に合成されたカーボンナノチューブで金属触媒を除去する精製過程を含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の実施の形態によると、カーボンナノチューブを大量に生産できる。本発明の実施の形態によると、カーボンナノチューブ合成を連続的に進行でき、設備稼動率を向上させることができる。本発明の実施の形態によると、カーボンナノチューブトラップのための冷却システムが不必要なために設備の大きさを縮められる。本発明の実施の形態によると、カーボンナノチューブのトラップ率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施の形態をより詳細に説明することにする。しかし、本発明は、ここで説明された実施の形態に限定されなく、他の形態で具体化することも可能である。むしろ、ここで紹介される実施の形態は、開示された内容が完全なるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするために提供されるものである。従って、図面での各要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張されることもありうる。
【００３０】
本発明の実施の形態を添付された図面、図１乃至図８に基づいて詳細に説明する。又、図面において同じ機能をする構成要素に対しては、同じ参照番号を併記する。
【００３１】
本発明は、カーボンナノチューブの連続的な生産が可能で、生産されるカーボンナノチューブを效果的にトラップ及び、回収できるカーボンナノチューブ製造システム及び、方法を提供する。このために本発明は、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップすることにその特徴がある。
【００３２】
図１は、本発明のカーボンナノチューブ生産システムの一例を概略的に示す構成図である。
【００３３】
図１にて示したように、本発明は、自動化及び、大量生産が可能な流動化方式を利用したカーボンナノチューブ製造システム１００を提供する。図１に示したように、システム１０は、カーボンナノチューブ生成装置１００、及びカーボンナノチューブトラップ装置２００を含む。又、カーボンナノチューブ生成装置１００は、液状又は気状の炭素含有気体(以下、炭素ソース)を金属触媒と共に加熱された反応チャンバー１１０へ供給し、炭素ソースを熱分解させ、気体状態でカーボンナノチューブを連続的に生成させる。カーボンナノチューブ生成装置は、反応チャンバー１１０と、ソース供給部１２０、及び排気ライン１３０を含む。
【００３４】
反応チャンバー１１０は、石英(ｑｕａｒｔｚ)又はそのグラファイト(ｇｒａｐｈｉｔｅ)などと共に熱に強い材質で成される反応炉(ｒｅａｃｔｉｏｎ  ｔｕｂｅ)１１２を有する。反応炉１１２は、概して垂直な円筒形状で提供できる。反応炉１１２の外側には、反応炉１１２を工程温度で加熱するヒーティング装置１１８が設置される。ヒーティング装置１１８は、反応炉１１２の外壁を包むようにコイル形状を持った熱線が使われる。工程進行の際、反応炉１１２は、約５００〜５０００度(℃)の高温で維持され、反応炉１１２の内部へは、ソース供給部１２０を通し、炭素ソースと金属触媒、そして流動ガスの供給を受ける。
【００３５】
反応炉１１２の上端には、反応炉１１２で生成された金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを含む排気気体が排気される排気ライン１３０が連結し、排気気体は、排気ライン１３０を通し、カーボンナノチューブトラップ装置２００に提供される。排気ライン１３０には、排気気体を強制排気させるための真空ポンプ又は排気ファンと同じような排気装置１３２が設置される。
【００３６】
ソース供給部１２０は、触媒供給機１２２、ソースガス供給機１２４、及び流動気体供給機１２６を含む。炭素ソースとしては主にアセチレン、エチレン、メタン、ベンゼン、キシレン、シクロヘキサン、一酸化炭素及二酸化炭素で成されるグループから選択された少なくとも１つが使われる。金属触媒としては鉄(Ｆｅ)、コバルト、ニッケルなどと同じ磁性体を有する有機金属化合物が使われることが望ましい。金属触媒の供給は、反応炉１１２の内部へ噴射される方式と、反応炉の底に充電される方式とをすべて使われることができる。流動気体には、ヘリウム、窒素、アルゴンなどと同じ不活性ガスが使われ、必要によって、メタン、アセチレン、一酸化炭素又は二酸化炭素のようなガス並びにこのようなガスとアルゴンガスの混合ガスを流動ガスに使用できる。
【００３７】
流動気体と金属触媒は、反応炉１１２の底から噴射されることが望ましく、流動気体は、炭素ソースと金属触媒との間の反応から生成されるカーボンナノチューブが成長に伴う重さの増加によって、重力方向に落ちるのを止める役割をするのみでなく、反応炉１１２の内部に流動化領域を形成させ、炭素ソースと金属触媒の反応を活性化する役割、そして金属触媒に成長されたカーボンナノチューブをトラップ装置２００に運搬することに利用される。
【００３８】
一方、カーボンナノチューブを合形成することには、前記したガス以外にも色々な補助ガスが必要になることもある。例えば、水素ガスなどと同じ、補助反応ガスなどが必要とする。従って、ソース供給部１２０は、水素ガスのための水素ガス供給機１２８をさらに含んで構成されてもよい。
【００３９】
反応炉１１２の内に適当な流速で供給される流動気体は、反応炉の内部に流動化領域を形成させ、炭素ソースと金属触媒の反応を活性化させ、反応炉１１２で生成された金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、流動気体と共に排気ライン１３０を通し、カーボンナノチューブトラップ装置２００に移動する。
【００４０】
図２は、カーボンナノチューブトラップ装置を示す斜視図である。図３は、カーボンナノチューブトラップ装置の内部を示す断面図である。
【００４１】
図２及び、図３に示すように、カーボンナノチューブトラップ装置２００は、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを磁力を利用し、トラップするための装置として、排気ライン１３０上に並列に設置される。カーボンナノチューブトラップ装置２００は、ハウジング２１０、磁性ブロック２２０及び噴射ノズル２３０を含む。カーボンナノチューブトラップ装置２００は、排気ライン１３０に並列に設置され、カーボンナノチューブ生成装置１００から連続的に金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを生産してもカーボンナノチューブの連続的なトラップができる。
【００４２】
ハウジング２１０は、排気気体が流入される流入ポート２１２、排気気体が抜け出る流出ポート２１４、及び内部空間２１６を有する。ハウジング２１０は、磁性ブロック２２０が位置され、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、トラップされる領域であるトラップ部２１０-１と、トラップ領域の下に位置され、磁性ブロック２２０表面にトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが回収され、積まれる領域である回収部２１０-２に区分されることができる。示されてないが、回収部２１０-２は、開閉部材によって、トラップ部２１０ａから隔離される。即ち、回収部２１０-２は、トラップ部２１０-１から金属触媒に成長されたカーボンナノチューブをトラップする間には、隔離され、一時的にトラップ部２１０-１からトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを回収する際、開放されることができる。ハウジング２１０は、作業者が内部状態を確認できるように透明な素材で成されることが望ましく、磁性ブロック２２０によって形成される磁力を外部に発散しないように非磁性体素材で形成されることが望ましい。
【００４３】
磁性ブロック２２０は、電源供給によって磁力を有する電磁石でハウジングの内部空間のトラップ部２１０-１に垂直に設置される。図４ａ及び図４ｂに示されたように磁性ブロック２２０の外周面２２２は、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブの吸着面積を広め、吸着性を向上させるために凹凸形態又は網形態で成される。カーボンナノチューブトラップ装置２００は、磁性ブロック２２０の電磁石で電源を供給する電源部２９０及び磁性ブロック２２０に電源を供給/遮断するスイッチ２９２を含む。
【００４４】
金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブトラップ装置２００でトラップされ、回収される過程を見ると、次の通りである。金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、排気ガスと共にハウジング２１０の内部空間に流入される。ハウジング２１０内部空間に流入された金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、ハウジング２１０の内部空間２１６中央に垂直に設置された磁性ブロック２２０と接し、磁性体である金属触媒は、磁力によって磁性ブロック２２０の外周面２２２に付着される。即ち、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、磁力によって、磁性ブロック２２０の外周面２２２にトラップされ、ハウジング２１０の流出ポート２１４には、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが除去された排気気体のみが排出される。金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、磁性ブロック２２０にトラップされる量が多くなるに連れ、トラップ効率が落ちることができる。それで、カーボンナノチューブトラップ装置２００は、トラップ効率を上げるために周期的に回収過程を経る。回収は、磁性ブロック２２０に提供される電源を一時的に遮断し、磁力を消滅させることによって、磁性ブロック２２０にトラップされている金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが落ちて回収部２１０-２に積まれる。
【００４５】
噴射ノズル２３０は、磁性ブロック２２０によってトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、回収部２１０-２に集まるようにハウジングの内部へエアーを噴射する。噴射ノズル２３０は、回収部２１０-２と迎え合うハウジング２１０上部に設置され、磁性ブロック２２０の外周面に向けてエアーを噴射するようになる。噴射ノズル２３０は、磁性ブロック２２０によってトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを回収部２１０-２で回収する過程で使われる。金属触媒に成長されたカーボンナノチューブの回収は、磁性ブロックの磁力を喪失させた状態で噴射ノズルを使用するようになる。
【００４６】
このように、本発明のシステムでは、２つのカーボンナノチューブトラップ装置にて、交代でカーボンナノチューブトラップを実施でき、カーボンナノチューブ生成装置にてカーボンナノチューブ生成工程を連続的に進行できる。従って、カーボンナノチューブの大量生産が可能な利点がある。
【００４７】
図５及び図６は、磁性ブロックがハウジングの外部に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置２００ａを示す図面である。図５及び図６に示されたように、カーボンナノチューブトラップ装置２００ａは、排気ライン１３０上に並列で設置され、ハウジング２１０ａと、磁性ブロック２２０ａ、及び噴射ノズル２３０を含む。
【００４８】
ハウジング２１０ａは、流入ポート２１２、流出ポート２１４、及び空間２１６を有する。ハウジング２１０ａは、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブがトラップされる領域であるトラップ部２１０-１と、トラップ部の下に位置され、ハウジングの周面にトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが回収されて積まれる領域である回収部２１０-２とにされる。トラップ部２１０-１の周面には、磁性ブロック２２０ａが設置される。参考に、ハウジング２１０は、作業者が内部状態を確認することができる確認窓２１１を持ち、磁性ブロック２２０ａの磁力によって金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、吸着できるように磁性体素材で成されることが望ましい。図示してないが、ハウジング２１０の内周面は、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブの吸着面積を広めて吸着性を向上させるために凹凸形態又は網形態で構成されることが望ましい。
【００４９】
磁性ブロック２２０ａは、電源供給によって磁力を有する電磁石でハウジング２１０ａのトラップ部２１０-１をめぐるように周辺に設置される。カーボンナノチューブトラップ装置２００ａは、磁性ブロック２２０ａの電磁石に電源を供給する電源部２９０、及び電磁石に電源を供給/遮断するスイッチ２９２を含む。
【００５０】
金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、カーボンナノチューブトラップ装置２００ａでトラップされ、回収される過程は、上述したとおりである。
【００５１】
まず、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、排気ガスと共にハウジング２１０ａの内部空間に流入される。ハウジング内部空間に流入された金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、ハウジング２１０ａのトラップ部２１０-１を形成する内側面２１３と接するようになり、内側面２１３は、磁性ブロック２２０ａの磁力によって、磁性を有するようになりつつ、磁性体である金属触媒はトラップ部２１０-１の内側面２１３に付着される。即ち、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、磁力によって磁性ブロック２２０ａの磁力によってハウジングの内側面２１３にトラップされ、ハウジング２１０ａの流出ポート２１４には、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが除去された排気気体のみ排出される。ハウジング２１０ａの内側面にトラップされる金属触媒に成長されたカーボンナノチューブは、回収過程を通し、回収部２１０-２に積まれる。
【００５２】
噴射ノズル２３０ａは、ハウジング２１０ａの内側面にトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが回収部２１０-２に集まるようにハウジング２１０ａの内部にエアーを噴射する。噴射ノズル２３０ａは、回収部２１０-２と迎え合うハウジング２１０ａの上部に設置され、ハウジング２１０ａの内周面に向けてエアーを噴射する。
【００５３】
図７は、磁性ブロックが、ハウジングの外部に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置の他の例を示す図面である。
【００５４】
図７に図示されたように、カーボンナノチューブトラップ装置２００ｂは、排気気体が通過する通路を有するハウジング２１０ｂ、ハウジングの上端と下端に各々設置される磁性ブロック２２０ｂ、及び排気気体が流れる流れ方向にエアーを噴射するためにハウジングの一側に設置される噴射ノズル２３０を含む。
【００５５】
ハウジング２１０ｂは、流入ポート２１２、流出ポート２１４、及び内部空間２１６を有する。ハウジング２１０ｂは、磁性ブロック２２０ｂが位置され、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブがトラップされる領域であるトラップ部２１０-１と、トラップ部２１０-１の後段に位置され、ハウジングのトラップ部２１０-ａの内側面２１３にトラップされた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが回収され、積まれる領域である回収部２１０-２で区分される。回収部２１０-２は、トラップ部２１０-１より低く形成されていて回収部２１０-２に積まれた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブが、トラップ部２１０-１に逆流されるのを防止できる。ハウジング２１０ｂの内部空間２１６は、磁性ブロック２２０ｂの磁力が到達できる程度の空間(間隔)を有することによって、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブのトラップ率を高められる。磁性ブロック２２０ｂは、電源供給によって磁力を有する電磁石でハウジング２１０ｂの上部と下部に互いに対応されるように設置される。このように、カーボンナノチューブトラップ装置２００ｂは、金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを電磁石の磁力でトラップすることさえできれば、多様な形状に作られる。図示してないが、カーボンナノチューブトラップ装置２００ｂには、ハウジングの底に落ちた金属触媒に成長されたカーボンナノチューブを回収部２１０-２にかき集めるためのブラッシュ部材が追加で設置されてもよい。
【００５６】
本発明のカーボンナノチューブ生産システムでカーボンナノチューブを製造する過程を調べてみると、次の通りである。
【００５７】
図１及び図８に示したように、カーボンナノチューブの製造段階は、大きく合成段階ｓ１１０、排気段階ｓ１２０、トラップ段階ｓ１３０、回収段階ｓ１４０、及び精製段階ｓ１５０を含む。
【００５８】
合成段階ｓ１１０は、反応炉２１２で金属触媒及びソースガスを熱分解し、金属触媒にカーボンナノチューブの合成を誘導する。排気段階ｓ１２０は、反応炉２１２で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを含まれた排気気体を排気ライン２３０に排気する。段階ｓ１３０は、排気気体が排気される経路に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置２００で金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを磁力を利用してトラップする。回収段階ｓ１４０は、磁力を消滅させ、トラップ部２１０-１にトラップされた金属触媒に合成されたカーボンナノチューブをトラップ部２１０-１の下に位置する回収部２１０-２に回収する。回収段階ｓ１４０では、噴射ノズル２３０を通し、エアーを噴射して金属触媒に合成されたカーボンナノチューブを回収部２１０-２に移動させる。精製段階ｓ１５０は、回収部２１０-２に回収された金属触媒に合成されたカーボンナノチューブから金属触媒及び、非晶質カーボンナノチューブなどの不純物を除去する。
【００５９】
本発明の実施の形態は、炭素ソースを熱分解し、カーボンナノチューブを金属触媒に成長させる熱分解法(ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ)が適用された構造を持つ流動層反応チャンバーを例に挙げ説明したが、これは１つの例に過ぎなく、本発明のシステム１００でカーボンナノチューブ生成装置は、電気放電法、レーザー蒸着法、プラズマ化学気相蒸着法、熱化気相学蒸着法、電気分解方法、フレーム(ｆｌａｍｅ)合成方法などの多様な生成方式が適用される。
【００６０】
以上で、本発明に伴うカーボンナノチューブ製造システムの構成及び作用を前記した説明及び、図面によって、図示したが、これは例を挙げ説明したことに過ぎなく、本発明の技術的思想の範囲内で多様な変化及び、変更が可能なのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るカーボンナノチューブ生産システムの概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明に係るカーボンナノチューブトラップ装置を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るカーボンナノチューブトラップ装置の内部を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る磁性ブロックの外周面を示す図面である。
【図４Ｂ】本発明に係る磁性ブロックの外周面を示す図面である。
【図５】本発明に係る磁性ブロックがハウジングの外部に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置を示す図面である。
【図６】本発明に係る磁性ブロックがハウジングの外部に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置を示す図面である。
【図７】本発明に係る磁性ブロックがハウジングの外部に設置されたカーボンナノチューブトラップ装置の他の例を示す図面である。
【図８】本発明に係るカーボンナノチューブ生成のためのシステムでの工程順序図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００、カーボンナノチューブ生成装置
１１０、反応チャンバー
１１２、反応炉、カーボンナノチューブトラップ装置
２１０、ハウジング
２２０、磁性ブロック
２３０、噴射ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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