Как максимально эффективно использовать тепло для роста углеродных нанотрубок
Процесс производства углеродных нанотрубок заключается в одном: необходимо направить огромное количество тепловой энергии именно туда, где это нужно – прямо на поверхность пластины.
В большинстве устройств огромное количество энергии тратится на нагрев стенок печи. Это проблема. Чтобы её решить, мы используем отражатели, покрытые золотом. Это звучит сложно, но цель проста: избавиться от напрасной потери энергии и сосредоточить её в нужном месте.
Почему важно использование золота
Представьте обычную кварцевую лампу – она излучает тепло во все стороны. В обычной установке для производства углеродных нанотрубок половина энергии тратится впустую уже после включения устройства.
Мы используем высокочистое золото, так как оно отражает более 98% инфракрасного света. Это позволяет превратить нагреватель в фокусированный луч. Благодаря этому на поверхности пластины формируется гораздо более сильный тепловой поток, без необходимости повышения общей мощности устройства. Таким образом, тепло поступает именно туда, где это необходимо.
Баланс между мощностью и теплом
Здесь возникает сложность: чтобы быстро повысить температуру, необходима высокая мощность устройства. Но такая концентрированная энергия создает огромную тепловую нагрузку. Если использовать устройство с высокой плотностью отражателей, необходимо убедиться, что система охлаждения способна справиться с избыточным теплом. Если этого не происходит, могут возникнуть проблемы с креплениями устройства или с электроникой. Это требует точного баланса.
Практическое применение
Мы создали устройства, которые можно легко вставить в существующие камеры CVD. Но есть один нюанс: золотые поверхности чрезвычайно чувствительны. Если на отражателе появится немного масла или пыли, он будет разрушаться в первых же циклах работы. Это приведет к появлению «темных пятен», что нарушит однородность поверхности пластины.
Несколько советов при установке:
Работайте в чистой комнате. Следите за точностью расположения устройства. Даже небольшое смещение может изменить фокус, что приведет к неравномерному росту нанотрубок на пластине. Здесь важна крайняя точность.