Як отримати максимальну користь від тепла для росту вуглецевих нанотрубок
Ріст вуглецевих нанотрубок полягає у одному – необхідно направити велику кількість теплової енергії саме туди, де це потрібно – прямо на поверхню пластинки.
У більшості систем велика кількість енергії витрачається лише на нагрівання стінок печі. Це проблема. Щоб її вирішити, ми використовуємо відбивачі, покриті золотом. Це звучить складно, але мета проста: уникнути марної втрати енергії та спрямувати її у потрібне русло.
Чому важливе золото?
Уявіть собі звичайну кварцову лампу – вона випромінює тепло в усіх напрямках. У типовій системі для росту вуглецевих нанотрубок половина енергії втрачається вже після увімкнення пристрою.
Ми використовуємо золото високої чистоти, оскільки воно відбиває понад 98% інфрачервоного світла. Це дозволяє перетворити нагрівач на пристрій, який спрямовує енергію в одну точку. Таким чином можна досягти значно більшої інтенсивності тепла на поверхні пластинки, без необхідності збільшувати загальну потужність пристрою. Таким чином енергія потрапляє саме туди, де це потрібно.
Баланс між потужністю та теплом
Ось яка є проблема: потрібна висока потужність, щоб швидко підвищити температуру – це необхідно для певних процесів синтезу. Але така велика концентрація енергії створює великий тепловий навантаження.
Якщо використовувати пристрої з високою щільністю елементів, потрібно переконатися, що система охолодження зможе впоратися з надлишковим теплом. Інакше можуть виникнути проблеми з кріпленням пристрою чи пошкодження електроніки. Це справжній баланс.
Практичне застосування
Ми створили ці пристрої так, щоб вони могли бути встановлені безпосередньо в існуючі камери для CVD-процесів. Але є одна проблема: золоті поверхні надзвичайно чутливі.
Якщо на відбивач потрапить трохи олії чи пилу, він може пошкодитися вже під час перших процедур. Це призводить до появи „темних плям“, які порушують однорідність поверхні пластинки.
Кілька порад щодо встановлення:
Необхідно встановлювати пристрій у чистій кімнаті. Слід дуже уважно контролювати правильність розташування пристрою. Навіть кілька міліметрів відхилення можуть призвести до неточного фокусування тепла, що, у свою чергу, спричинить нерівномірний ріст вуглецевих нанотрубок на поверхні пластинки. Тут все залежить від точності.