Hiilinanoputkireaktorin suunnittelu

Hiilinanoputki on vasta 90-luvun alussa löydetty uusi hiilestä koostuva materiaali, jonka erinomaiset mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tarjoavat niiden käytölle useita mahdollisia sovelluskohteita. Teknologian puute ja valmistusmenetelmien korkeat kustannukset ovat kuitenkin estäneet tehokkaasti niiden käytön nykyisten materiaalien ja puolijohteiden korvaajana. Tämän työn tarkoituksena on esitellä yleisimmät menetelmät hiilinanoputkien syntetisoimiseksi sekä suunnitella laite yksiseinäisten hiilinanoputkien tuottamiseen kemiallisen höyrydeposition avulla. Lisäksi tavoitteena on luoda laitteelle modulaarinen rakenne, jolloin sen eri osien korvaaminen rajapintojen sallimissa rajoissa on helppoa. Reaktorin mekaanisen suunnittelun ja komponenttien valinnan lisäksi työssä käsitellään laitteen kaasu- ja lämpövirtauksia, prosessissa tärkeiden katalyyttipartikkelien tuotantoa sekä laitteessa tarvittavien jäähdytysjärjestelmien mitoituksia. Tuloksena syntyi helposti toteutettava suunnitelma yksiseinäisiä nanoputkia tuottavan reaktorin valmistamiseksi. Työ jatkuu laitteen rakentamisella, testaamisella sekä jatkokehittelyllä.

Carbon nanotubes are new material which was found in early 90’s. They possess remarkable mechanical and physical properties, which would make the material suitable in various applications. A major obstacle to produce them in huge quantities has been the lack of technology and manufacturing methods. The aim for this project is to introduce the most common methods to synthesis carbon nanotubes and design a new reactor type to produce single-walled carbon nanotubes using chemical vapor deposition. The work also studies possibilities to make the design modular allowing use of different modules in the machine if needed. Besides the mechanical designing of the reactor type, this project also researches the gas and heat flows, catalyst production and sizing suitable cooling systems for the reactor. As a result, a plan to build a reactor to produce single-walled nanotubes was designed. The designed machine will be built, tested and finally the design will be studied furthermore with the data received from the testing.