| 主权项 |
1.一种包含双层壁奈米管(DWNTs)之富勒烯(fullerenes) 的制造方法,其包括提供一碳来源及一基本上由元 素周期表之铁族过渡金属及硫组成的触媒,于具有 基本上由含氢气体组成之形成双层壁奈米管的气 氛的反应区域中,使该碳及触媒于反应区域中受热 ,以因此制造含热碳的蒸气;于该形成双层壁奈米 管的气氛中冷却该热蒸气因此凝结该热蒸气,收集 产生的产物及从在反应区域的加热范围外产生的 产物回收该双层壁奈米管。 2.如申请专利范围第1项之方法,其中形成双层壁奈 米管之气氛除了含氢气体外亦包含惰性气体。 3.如申请专利范围第1项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的大气压范围从10托耳至3个大气压。 4.如申请专利范围第2项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的大气压范围从10托耳至3个大气压。 5.如申请专利范围第3项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的气氛压力为周压的一半 6.如申请专利范围第4项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的气氛压力为周压的一半。 7.如申请专利范围第2项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的气氛基本上由元素氢及氩气体混合物组 成。 8.如申请专利范围第3项之方法,其中该形成双层壁 奈米管的气氛基本上由元素氢及氩气体混合物组 成。 9.如申请专利范围第7项之方法,其中氢及氩气之分 子比率为氢比氩等于0.1-2.0。 10.如申请专利范围第8项之方法,其中氢及氩气之 分子比率为3个氢对5个氩。 11.如申请专利范围第1项之方法,其中该触媒基本 上由铁、钴及镍混合物与硫组成。 12.如申请专利范围第2项之方法,其中该触媒基本 上由铁、钴及镍混合物与硫组成。 13.如申请专利范围第1项之方法,其中该触媒基本 上由铁、钴及镍混合物与硫组成。 14.如申请专利范围第7项之方法,其中该触媒基本 上由铁、钴及镍混合物与硫组成。 15.如申请专利范围第8项之方法,其中该触媒基本 上由铁、钴及镍混合物与硫组成。 16.如申请专利范围第11项之方法,其中该触媒混合 物由以重量计27%的铁、14%的钴、51%的镍及8%的硫 组成。 17.如申请专利范围第12项之方法,其中该触媒混合 物由以重量计27%的铁、14%的钴、51%的镍及8%的硫 组成。 18.如申请专利范围第13项之方法,其中该触媒混合 物由以重量计27%的铁、14%的钴、51%的镍及8%的硫 组成。 19.如申请专利范围第14项之方法,其中该触媒混合 物由以重量计27%的铁、14%的钴、51%的镍及8%的硫 组成。 20.如申请专利范围第15项之方法,其中该触媒混合 物由以重量计27%的铁、14%的钴、51%的镍及8%的硫 组成。 21.如申请专利范围第5项之方法,其中该碳可提供 为电弧放电电极系统的消耗碳电极,该系统会于反 应区域中提供热,及该触媒混合物包含在该消耗电 极中。 22.如申请专利范围第18项之方法,其中该碳可提供 为电弧放电电极系统的消耗碳电极,该系统会于反 应区域中提供热,及该触媒混合物包含在该消耗电 极中。 23.如申请专利范围第19项之方法,其中该碳可提供 为电弧放电电极系统的消耗碳电极,该系统会于反 应区域中提供热,及该触媒混合物包含在该消耗电 极中。 24.如申请专利范围第20项之方法,其中该碳可提供 为电弧放电电极系统的消耗碳电极,该系统会于反 应区域中提供热,及该触媒混合物包含在该消耗电 极中。 25.如申请专利范围第21项之方法,其中该消耗电极 为具有触媒混合物包含在其中央核心的碳棒。 26.如申请专利范围第22项之方法,其中该消耗电极 为具有触媒混合物包含在其中央核心的碳棒。 27.如申请专利范围第23项之方法,其中该消耗电极 为具有触媒混合物包含在其中央核心的碳棒。 28.如申请专利范围第24项之方法,其中该消耗电极 为具有触媒混合物包含在其中央核心的碳棒。 29.如申请专利范围第21项之方法,其中该消耗电极 由碳粒子及触媒材料粒子之压密混合物组成。 30.如申请专利范围第22项之方法,其中该消耗电极 由碳粒子及触媒材料粒子之压密混合物组成。 31.如申请专利范围第23项之方法,其中该消耗电极 由碳粒子及触媒材料粒子之压密混合物组成。 32.如申请专利范围第24项之方法,其中该消耗电极 由碳粒子及触媒材料粒子之压密混合物组成。 33.如申请专利范围第1项之方法,其中该硫触媒以 至少一种金属,铁、钴及镍的硫化物形式存在。 34.如申请专利范围第2项之方法,其中该硫触媒以 至少一种金属,铁、钴及镍的硫化物形式存在。 35.如申请专利范围第11项之方法,其中该硫触媒以 至少一种金属,铁、钴及镍的硫化物形式存在。 36.如申请专利范围第12项之方法,其中该硫触媒以 至少一种金属,铁、钴及镍的硫化物形式存在。 37.如申请专利范围第1项之方法,其中该触媒接受 的初始步骤为在合适造成硫与其它金属混合物反 应的温度条件下加热铁、钴、镍及硫粒子混合物, 因此制造金属硫化物。 38.如申请专利范围第2项之方法,其中该触媒接受 的初始步骤为在合适造成硫与其它金属混合物反 应的温度条件下加热铁、钴、镍及硫粒子混合物, 因此制造金属硫化物。 39.如申请专利范围第26项之方法,其中该触媒接受 的初始步骤为在合适造成硫与其它金属混合物反 应的温度条件下加热铁、钴、镍及硫粒子混合物, 因此制造金属硫化物。 40.如申请专利范围第23项之方法,其中该触媒接受 的初始步骤为在合适造成硫与其它金属混合物反 应的温度条件下加热铁、钴、镍及硫粒子混合物, 因此制造金属硫化物。 41.如申请专利范围第35项之方法,其中该触媒接受 的初始步骤为在合适造成硫与其它金属混合物反 应的温度条件下加热铁、钴、镍及硫粒子混合物, 因此制造金属硫化物。 42.如申请专利范围第1项之方法,其中该触媒以金 属及包含该触媒的硫之粒子混合物的形式存在。 43.如申请专利范围第2项之方法,其中该触媒以金 属及包含该触媒的硫之粒子混合物的形式存在。 44.如申请专利范围第42项之方法,其中该包含触媒 的粒子混合物存在包含欲蒸发的碳来源之碳电极 核心的孔洞中,及其中该电极为电弧放电的阳极以 提供蒸发该碳所需的热。 45.如申请专利范围第42项之方法,其中欲于反应区 域中加热蒸发的碳以碳粒子的形式存在,该碳粒子 与含触媒粒子的粒子混合物混合。 46.如申请专利范围第45项之方法,其中该碳粒子及 触媒粒子混合物固结以形成电弧放电系统之阳极 电极,以提供蒸发该压密的混合物所需的热。 47.如申请专利范围第45项之方法,其中该包含触媒 的粒子混合物存在包含欲蒸发的碳来源之碳电极 核心的孔洞中,及其中该电极为电弧放电的阳极以 提供蒸发该碳所需的热。 48.如申请专利范围第11项之方法,其中该触媒的硫 以元素硫存在。 49.如申请专利范围第12项之方法,其中该触媒的硫 以元素硫存在。 50.如申请专利范围第1项之方法,其中形成双层壁 奈米管气氛的含氢气体基本上由一种或多种氢气 及选自甲烷、乙烷及乙炔之烃类气体组成。 51.如申请专利范围第2项之方法,其中形成双层壁 奈米管气氛的含氢气体基本上由一种或多种氢气 及选自甲烷、乙烷及乙炔之烃类气体组成。 52.如申请专利范围第21项之方法,其中使用交流电 以维持电极系统的电弧放电。 53.如申请专利范围第52项之方法,其中该碳可做为 一对电极,每个电极皆具有包含触媒混合物之孔洞 ,及二个电极会在电弧制程期间消耗。 54.如申请专利范围第53项之方法,其中至少一个电 极在电弧操作期间旋转。 55.如申请专利范围第21项之方法,其中在电弧操作 期间维持流经反应器的起始气体混合物气流。 56.如申请专利范围第52项之方法,其中在电弧操作 期间维持流经反应器的起始气体混合物气流。 57.如申请专利范围第21项之方法,其中在电弧操作 期间维持该起始气体混合物而不被取代。 58.如申请专利范围第52项之方法,其中在电弧操作 期间维持该起始气体混合物而不被取代。 59.如申请专利范围第1项之方法,其中该起始气体 混合物利用在该触媒上加热至1200-1400℃裂解。 60.如申请专利范围第7项之方法,其中至少一种选 自吩蒸气、硫化氢、二硫化碳及苯蒸气的气体 加入该起始气体混合物中。 61.如申请专利范围第60项之方法,其中该气体混合 物在装载的金属触媒上裂解,该对双层壁奈米管合 成具活性的触媒之再生可于电弧放电系统中完成 制备。 62.如申请专利范围第61项之方法,其中该装载的金 属触媒之制备为首先,于电弧中烧掉双层壁奈米管 合成产物中的碳;第二,将该残余物分散在液体中 以形成泥浆;第三,将该泥浆涂布至惰性载体的表 面;第四,将该金属氧化物于含氢的气氛中在高温 下还原成金属态。 63.如申请专利范围第61项之方法,其中惰性载体为 氮化铝。 64.如申请专利范围第60项之方法,其中该气体混合 物在装载的金属触媒上裂解,该触媒利用浸渍-乾 燥-锻烧-还原技术制备,浸渍用之铁、钴及镍盐组 合溶液其莫耳浓度比率相符地约为2:1:4。 65.如申请专利范围第60项之方法,其中该气体混合 物在浮式触媒上裂解,而该浮式触媒可利用将铁、 钴、镍及硫的化合物之苯溶液传送至气体气流中 而获得,而该化合物各别地选择自铁、钴及镍的金 属茂类及羰基类,及吩和二硫化碳。 66.如申请专利范围第61项之方法,其中该催化裂解 可利用诱导耦合高频电浆于气流流经的管状反应 器中在减低的压力下达成,以代替电炉加热气流。 67.如申请专利范围第62项之方法,其中该触媒由铁 、钴、镍及硫粒子混合物组成,其中将该触媒在温 度条件合适于在硫及其它金属混合物之间造成反 应下接受初步地步骤加热,因此制造出该金属的硫 化物,及将含该触媒的粉末分散在流入的气体中, 因此将该触媒传送进入垂直架设的管状反应器之 电浆区域中。 68.一种组合物,其系包含以重量计多于一半的中空 碳奈米管,而该碳奈米管基本上由具有二层壁的碳 原子组成。 69.一种电子发射材料,其包括一主要由衆多发射管 组成之表面,其中该衆多发射管每个通常为具控制 石墨(graphene)层数量的碳奈米管,其中全部的电子 发射材料组成物包括至少20%的双层壁碳奈米管。 70.如申请专利范围第68项之电子发射材料,其中石 墨层的数量为二(2)。 71.如申请专利范围第68项之电子发射材料,其中该 电子发射材料由双层壁及数层壁(少于5层)之碳奈 米管混合物组成。 72.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中全 部的电子发射材料组成物包括至少70%的双层壁碳 奈米管。 73.如申请专利范围第71项之电子发射材料,其中全 部的电子发射材料组成物包括至少20%的数层(少于 5层)壁碳奈米管。 74.如申请专利范围第71项之电子发射材料,其中全 部的电子发射材料组成物包括上至90%的混合壁之 碳奈米管。 75.如申请专利范围第69项之电子发射材料,其中每 个碳奈米管的圆柱层具有0.35-0.45奈米的晶格间隔 。 76.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中含 双层曲率的双壁层碳奈米管之末端罩会产生比单 一曲率的石墨片、刃状或脊状发射器还大的电场 强度。 77.如申请专利范围第76项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管的曲率及尖锐末端元件的曲率范围 为1.7-5.5奈米。 78.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管的直径大于1.2奈米。 79.如申请专利范围第78项之电子发射材料,其中多 数双层壁碳奈米管的直径范围从2.7奈米至5.5奈米 。 80.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管的长度大于1000奈米。 81.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中衆 多的双层壁碳奈米管被定位以造成电场的加强。 82.如申请专利范围第70项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管在平均电场少于10伏特/微米下发射 电子。 83.如申请专利范围第82项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管之特征为在平均电场少于5伏特/微 米下发射电子。 84.如申请专利范围第82项之电子发射材料,其中双 层壁碳奈米管之特征为在平均电场少于2伏特/微 米下发射冷电子。 85.一种场发射装置,其包括: 一具有电子发射材料之阴极,该电子发射材料具有 由衆多含控制石墨层数量且均匀分布在表面上的 碳奈米管组成之表面,其中该衆多发射元件每个通 常为双层壁碳奈米管;及一阳极,配置来接受从电 子发射阴极发射出的电子,其中全部的电子发射材 料组成物包括至少20%的双层壁碳奈米管。 86.如申请专利范围第85项之场发射装置,其包括一 密封该阴极及阳极之真空舱。 87.如申请专利范围第86项之场发射装置,其包括一 插入阴极及阳极间的控制网栅,以控制从阴极至阳 极的电子流以对施加至控制网栅相对于阴极的电 偏压有反应。 88.如申请专利范围第87项之场发射装置,其中配置 一萤光发射元件以接受从阴极发射出的电子。 89.如申请专利范围第88项之场发射装置,其包括一 阴极射线管(CRT),其中改造及安排阳极、阴极及控 制网栅以具有向那里施加的电压,以造成阴极发射 出反应施加至控制网栅的电压之电子,而用来控制 由萤光元件发射出的线光为施加的网栅电压之函 数。 90.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第1项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 91.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第2项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 92.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第3项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 93.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第7项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 94.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第11项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 95.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第15项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 96.一种富勒烯材料,其包括由申请专利范围第18项 之方法制造的双层壁碳奈米管。 图式简单说明: 图1为根据本发明之设备的图式表示图,于此设备 中完成复合棒的电弧放电蒸发以最终地产生富含 DWNT的产物。 图2为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在最 佳的条件下获得,而为于本发明之实例1中所描述 的DWNT产物。暗点为金属触媒粒子。插图为末端具 有双层终端罩的DWNT,该罩的形状几乎为半球形。 图3为典型的如制造之纤维状材料的低解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在最 佳的条件下获得,而为于本发明之实例1中所描述 的DWNT产物。于此显现出含少数分离管的DWNTs捆状 物及索状物。 图4为典型的如制造之纤维状材料的扫描式电子显 微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在最佳的条 件下获得,而为于本发明之实例1中所描述的DWNT产 物。 图5为四个各别不同结构的管之高解析度穿透电子 显微图,其在本发明之催化系统中于某种电弧方法 条件下获得,其展示某些于文中所描述的特性:a)含 周期变化之截面宽度的DWNT,b)DWNT及SWNT部分结合的 管,c)一般的三层壁管,部分含第四层及第五层部分 ,d)在较厚的管穴内部形成之厚的SWNT,其大概在内 管建立之前从累积在其中的非晶状碳开始产生。 SWNT中心的黑色柱状物为残余的金属触媒。 图6为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在描 述于本发明之实例3的条件下获得。 图7为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在描 述于本发明之实例4的条件下获得。 图8为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在描 述于本发明之实例5的条件下获得。 图9为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿透 电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在描 述于本发明之实例6的条件下获得。 图10为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿 透电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在 描述于本发明之实例7的条件下获得。 图11为典型的如制造之纤维状材料的高解析度穿 透电子显微图,该纤维状材料于电弧放电方法中在 描述于本发明之实例8的条件下获得。 图12为用来完成根据本发明之DWNTs的烃类CCVD之管 状气流反应器之图式表示图,其中在描述于本发明 之实例9的条件下使用装载的触媒。 图13为CCVD合成产物之穿透电子显微图,该产物以显 现在图12之设备在描述于本发明之实例9的条件下 完成。其显示厚捆的管。 图14为用来完成根据本发明之DWNTs的烃类CCVD之管 状气流反应器之图式表示图,其中在描述于本发明 之实例10的条件下使用浮式触媒。 图15为"浮式触媒"CCVD合成产物之穿透电子显微图, 该产物以显现在图14之设备在描述于本发明之实 例10的条件下完成。其显示厚捆的管。 图16为热电浆反应器之图式表示图,其中热源包括 一诱导耦合电浆型系统,及其中使用烃类做为制造 DWNTs的碳来源及将触媒微粒投入反应区域。 图17为"浮式触媒"CCVD合成产物之穿透电子显微图, 该产物以显现在图16之设备在描述于本发明之实 例11的条件下完成。于影像中可识别出分离的DWNT 。 图18为类似于图16显示之设备的图式表示图,但是 其中以注射系统置换粉末供应系统,以将触媒前驱 物的苯溶液传入反应舱。 图19为CRT光发射元件之截面图,该元件使用碳奈米 管场发射器做为根据本发明之电子发射阴极,如描 述于实例13。 图20为发射电流对网栅电压之图式表示图,与MWNT比 较具使用根据本发明之DWNT制备的阴极。 图21为CRT光发射元件之生命期测试,对根据本发明 之固定的阳极电压来说其显示出以做安培为单位 的发射电流(总、阳极及网栅)为以小时为单位的 时间之函数。 |
