專利名稱：沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)領(lǐng)域的改進(jìn)，更具體是本發(fā)明涉及沉積納米 纖維結(jié)構(gòu)物如單壁碳納米管或多壁碳納米管的方法和設(shè)備。本發(fā)明還涉及能用于 納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的各種其它方法和設(shè)備，并涉及這些納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀 集合體。
背景技術(shù)：
近十年來，已經(jīng)合成了幾種納米纖維結(jié)構(gòu)物。事實(shí)上，這些一維結(jié)構(gòu)己極 大地提高了人們的興趣，在一維結(jié)構(gòu)物的合成，特性，特征，聚集以及應(yīng)用上都 已付出很大的努力和取得了進(jìn)展。下述文章報(bào)道了一些新近的進(jìn)展(J.Liu, S.Fan and H. Dai， J, MRS Bull. 24 (2004)， 244; JSloan et al. ， MRS Bul124 (2004)， 265; Walt A. de Heer, MRS Bull. 24 (2004)， 281; Y. Xia et al.， Advanced Materials 15(2003)， 353.)，這些文獻(xiàn)在此全部引入供作參考。但就 所提出的方法中仍有改進(jìn)余地。因?yàn)樵S多這些納米纖維結(jié)構(gòu)物有特別強(qiáng)的揮發(fā) 性，不遭受至少部分損失很難將他們沉積或回收。直到現(xiàn)在，納米纖維結(jié)構(gòu)物的 沉積大多數(shù)是通過熱作用進(jìn)行的，這項(xiàng)技術(shù)一般需要大塊的水冷表面作為產(chǎn)品的 收集器。這項(xiàng)技術(shù)不適用于大規(guī)模生產(chǎn)，它經(jīng)常導(dǎo)致形成比較難于回收的粉狀的 或膜狀的沉積。因此提供一種能防止上述缺點(diǎn)的方法和設(shè)備是有必要的。在一維納米纖維結(jié)構(gòu)物中，碳納米管已顯示了很令人感興趣的特性。可獲 得的碳納米管有多壁納米管或單壁納米管。多一壁碳納米管具有一些特殊的性質(zhì) 如優(yōu)良的電和熱的傳導(dǎo)性。它們已在許多領(lǐng)域中應(yīng)用，如氫的儲(chǔ)存(C. Liu， Y.Y. Fan, M. Liu, H. T. Cong, H. M. Cheng, M.S. Dresselhaus， Science 286 (1999)， 1127; M.S. Dresselhaus， K. A. Williams, P. C. Eklund, MRS Bull. (1999),45) 或其它氣體的儲(chǔ)存，吸附式熱泵，材料加固或納電子學(xué)(M. Menon, D. Srivastava， Phy. Rev. Lett. 79(1997)， 4453)。另一方面，單一壁碳納米管具有顯著優(yōu)于 多壁納米管的特性。對(duì)任一種工業(yè)應(yīng)用，比如儲(chǔ)存或材料加固，每天要生產(chǎn)的單 壁碳納米管的量必須至少幾千克。對(duì)于單一壁碳納米管合成所碰到的一個(gè)困難， 特別是回收步驟的困難在于它們的高度揮發(fā)性，在合成過程中會(huì)丟失。使用己知 的生產(chǎn)單一壁納米管的方法會(huì)得到粉狀的或膜狀的產(chǎn)物，同時(shí)為了沉積攜帶在氣 體中的納米管需要大流量的冷卻液。至今在已提出的生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法和設(shè)備中，還沒有能有效地解 決測(cè)定合成過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和/或數(shù)量的方法，事實(shí)上，這種分析只 有當(dāng)生產(chǎn)停止時(shí)才能進(jìn)行，這樣就使對(duì)合成過程引入某些改進(jìn)或檢測(cè)某些變化的 工作變得復(fù)雜，因?yàn)檫@種改進(jìn)的結(jié)果或其影響只有當(dāng)回收納米纖維結(jié)構(gòu)物后才能 證實(shí)或知道。這樣就沒有可靠的方法來測(cè)知在合成過程中是否已經(jīng)產(chǎn)生的一定量 的結(jié)構(gòu)物正越來越多地受到低質(zhì)量結(jié)構(gòu)物的污染。也沒有可靠的方法來測(cè)知是否 在合成的全過程中都保持著該生產(chǎn)效率(即產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的數(shù)量)，或是否在某 個(gè)時(shí)刻效率降低了或大大減小了。就納米纖維結(jié)構(gòu)物的合成己經(jīng)提出了許多方法，這些方法是將結(jié)構(gòu)物沉積在 一個(gè)冷表面上，比如金屬板表面.但使用這些方法會(huì)導(dǎo)致粉狀物的形成，并且需 要大流量的冷卻液。事實(shí)上幾種類型的納米纖維結(jié)構(gòu)物都有形成細(xì)粉狀或膜狀化 合物的傾向，使回收復(fù)雜化，同時(shí)還有消散在空氣中的傾向。這種細(xì)粉是危害人 類健康的一些有毒產(chǎn)物，因此十分需要提供一種沒有上述缺點(diǎn)的、可以保障健康 的、和回收納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法。US6，889，945敘述了一種三維單壁碳納米管固塊材料，即所謂的巴基石材 料。報(bào)告說這種材料是很堅(jiān)實(shí)的，剛性的， 一般是不會(huì)折彎的，并已有效的適用 于盔甲。此文件說這種材料的密度為0. 7205g/cm3。US 6,979,709敘述了一種聚集碳纖維，它包含至少捆綁在一起的、通常是 平行取向的約106單壁碳納米管。單壁碳納米管排列形成規(guī)則的三角格子，即以 緊密包裝的結(jié)構(gòu)體的形式排列。這種聚集的碳纖維是通過一種生長技術(shù)獲得的。 該項(xiàng)技術(shù)中半球形的富勒烯帽先從陣列中管狀碳分子的上端除去，然后此管狀碳 分子的上端與一種催化的金屬接觸，再向陣列的端部供給氣相的碳源，同時(shí)向陣 列端部供給局部能量以便將端部加熱到溫度約50(TC至約130(TC的范圍。另一個(gè)至今已提出的碳納米管合成中的主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)方法的非連續(xù)性。事 實(shí)上，要得到一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)碳納米管的方法，其合成和沉積和/或回收都必須以 連續(xù)的方式進(jìn)行。 發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為克服上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法,使合成期間所 制備的結(jié)構(gòu)物能夠以令人滿意的比例方便的回收。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，使合成期間 所制備的結(jié)構(gòu)物能夠以令人滿意的比例方便的回收。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種連續(xù)的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備,使沉積納米纖 維結(jié)構(gòu)物可以連續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法，以便可以更好地，實(shí)時(shí)地測(cè)定合成過 程中產(chǎn)生的納米管的質(zhì)量和/或數(shù)量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種設(shè)備，以便可以更好地測(cè)定合成過程中產(chǎn) 生的納米管的質(zhì)量和/或數(shù)量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，以便可以減 少暴露于納米纖維結(jié)構(gòu)物的工作人員的危險(xiǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，以便可以減 少暴露于納米纖維結(jié)構(gòu)物的工作人員的危險(xiǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，使合成期間 所制備的結(jié)構(gòu)物能夠以令人滿意的比例方便地被回收。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種特別形式的納米纖維結(jié)構(gòu)物，以便避免生 產(chǎn)揮發(fā)性粉末或膜形式的納米纖維結(jié)構(gòu)物時(shí)所碰到的一些缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集體,這些聚集體可用 作催化劑支持物,用于鋰電池電極,燃料電池電極，Ni/MH電池電極，超容量膜，過 濾材料或用于散布在一種基質(zhì)材料如多聚物基質(zhì)中以制備組合材料。按照本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括-將包含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相或氣相混合物通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少 兩個(gè)電極間所限定的空間，以便在至少其中一個(gè)電極上沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物； -至少基本上防止沉積過程中沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極間搭橋； 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法 包括a) 提供包含至少兩個(gè)電極的一組電極，即在其間限定一個(gè)空間的第一電極 和第二電極；b) 在電極間施加電位差以產(chǎn)生電場(chǎng)；c) 含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過上述空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其 中至少一個(gè)電極上；以及d) 基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在沉積過程中在電極間搭橋。 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括-含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限定的 空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其中至少一個(gè)電極上；-在納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積過程中，通過從與納米纖維結(jié)構(gòu)物接觸的一個(gè)電極 上除去至少部分結(jié)構(gòu)物的方式,基本上從該處除去在至少兩個(gè)電極上搭橋的任何 結(jié)構(gòu)物。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括_含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限定的 空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其中至少一個(gè)電極上；-在納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積過程中，通過從與納米纖維結(jié)構(gòu)物接觸的一個(gè)電極 上除去至少部分結(jié)構(gòu)物的方式，基本上從該處除去同時(shí)與至少兩個(gè)電極接觸的 任何結(jié)構(gòu)物。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括a) 提供至少包含兩個(gè)電極的一組電極，即在其間限定一個(gè)空間的第一電極 和第二電極；b) 在電極間施加電位差以產(chǎn)生電場(chǎng)；c) 含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過上述空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其 中至少一個(gè)電極上； 此中，在納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積過程中，通過從與納米纖維結(jié)構(gòu)物接觸的一個(gè) 電極上除去至少部分結(jié)構(gòu)物的方式，將在至少兩個(gè)電極上搭橋的任何結(jié)構(gòu)物從 該處基本上去除。已發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明的后五種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，由于它們提供了 有效的沉積和簡單的回收，就能夠大大簡化這些結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)。事實(shí)上，使用這 些方法已證實(shí)，由于容許迅速地回收納米纖維結(jié)構(gòu)物并且可以用低的成本完成 此項(xiàng)工作,從而可提高所用方法和設(shè)備的生產(chǎn)能力。使用本發(fā)明的沉積納米纖 維結(jié)構(gòu)物的方法，與現(xiàn)有技術(shù)所提出的方法相比，可以在一個(gè)更長的時(shí)期內(nèi)進(jìn) 行結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)。特別是當(dāng)使用至少基本上可防止結(jié)構(gòu)物在電極間搭橋的方法 時(shí)，可以避免許多事件如短路，阻塞，擁堵等的發(fā)生，從而容許在更長的時(shí)期內(nèi) 進(jìn)行合成過程(納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)).這些方法的確能容許納米纖維結(jié)構(gòu)物 的合成以連續(xù)的方式進(jìn)行。因此生產(chǎn)這些結(jié)構(gòu)物的過程的效率得到明顯的提 高，而且顯著地降低了生產(chǎn)這些結(jié)構(gòu)物的成本。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的連續(xù)的方法， 該方法包括a) 提供一種設(shè)備,它包含 - 一個(gè)入口；-包含一個(gè)入口和至少兩個(gè)出口的閥門，設(shè)置的出口在流體流動(dòng)中可選擇 性地與閥門的入口相通，閥門的入口與設(shè)備的入口在流體流動(dòng)中通；-至少兩個(gè)沉積單元，每一個(gè)包含一組至少兩個(gè)電極，第一電極和第二電 極，這兩個(gè)電極限定了它們之間的空間，該空間在流體流動(dòng)中與閥門的出口之一 相連通并且其大小設(shè)定為可容納含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相；b) 使氣相通過設(shè)備的入口、閥門和選擇的一個(gè)沉積單元;在選擇的沉積單 元的電極間施加一電位差，從而使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其中至少一個(gè)電極 上；c) 選擇另一個(gè)沉積單元，重復(fù)步驟(b)。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種將納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在電極上的 連續(xù)的方法,該方法包括將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相3222通過所選擇的產(chǎn)生 電場(chǎng)的一組電極(即第一組)的至少兩個(gè)電極間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在該組的 至少一個(gè)電極上;然后,在所需要的時(shí)間點(diǎn)，選擇另一組電極(即第二組)，它包含
至少兩個(gè)電極，并將氣相物通過這兩電極間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在該另一組 的至少一個(gè)電極上。此方法優(yōu)選包含下述步驟在回收一組電極的沉積結(jié)構(gòu)物的 同時(shí)，另一組電極在進(jìn)行結(jié)構(gòu)物的沉積。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得,如果有至 少兩組電極時(shí)此種方法是可以進(jìn)行的。有利的方式是使用多個(gè)不同組的電極(優(yōu)選3至10個(gè),更優(yōu)選4至8個(gè))，這樣當(dāng)結(jié)構(gòu)物在另一組電極上沉積時(shí)就能及時(shí)地 從其它幾組電極上回收已沉積的物質(zhì)。也可以更有效地將不同樣品或不同批次的 沉積結(jié)構(gòu)物分開，這些結(jié)構(gòu)物可能會(huì)有不同水平的純度。事實(shí)上，在生產(chǎn)這種結(jié)構(gòu) 物的過程中，最好盡可能保持其恒定的質(zhì)量，尺寸，和其它特性；通過使用后兩種方法發(fā)現(xiàn)，以一種連續(xù)的方式沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物，如在氣 相合成過程中產(chǎn)生的那些結(jié)構(gòu)物，是可能的。使用這種方法可以在無需停止其生 產(chǎn)或無需關(guān)閉用氣相合成法進(jìn)行生產(chǎn)該結(jié)構(gòu)物的設(shè)備的同時(shí)，進(jìn)行沉積納米纖維 結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)和回收。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種回收納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括一將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限定的空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其中至少一個(gè)電極上；一在惰性氣體的氛圍中，從至少一個(gè)電極上收集沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物。此方法可進(jìn)一步包含納米纖維結(jié)構(gòu)物在惰性氣體氛圍中的包裝。此方法也 包括在進(jìn)行收集步驟前關(guān)掉電極之間的電位差。在納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積期間， 任何搭橋于至少兩個(gè)電極的結(jié)構(gòu)物可通過從與其接觸的其中一個(gè)電極上除去至 少部分結(jié)構(gòu)物的方式，基本上從該處將附著的結(jié)構(gòu)物去除。此外，此方法可進(jìn) 一步包含結(jié)構(gòu)物沉積過程中防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋的步驟。 此方法還能進(jìn)一步包含在預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)分析電流特征和/或分析納米纖維 結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小，密度或形狀。使用后一種方法發(fā)現(xiàn)，可以將納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在電極上，由此可以以 一個(gè)令人滿意的比例回收到氣相合成過程中產(chǎn)生的納米纖維結(jié)構(gòu)物。還發(fā)現(xiàn)這 種方法因極大地降低了暴露于氧或濕氣的危險(xiǎn)從而可避免所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的特 性發(fā)生改變。還發(fā)現(xiàn)這種方法減少了工作人員暴露于納米纖維結(jié)構(gòu)物的危險(xiǎn)， 這些結(jié)構(gòu)物可能是有毒的，會(huì)危害人類的健康。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè)
備包含一個(gè)箱室，最好是一個(gè)長形的部件，此長形的部件設(shè)置有一個(gè)內(nèi)腔， 一個(gè) 入口和一個(gè)出口，入口和出口與內(nèi)腔之間在流體流動(dòng)中是連通的，以及設(shè)置于內(nèi)腔的第一電極和第二電極，該第一和第二電極限定了兩者間的空 間，空間的體積能容納含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物。第一電極與長形的部件連 接，第二電極與鄰接長形部件的承載部件連接，設(shè)制這些電極使其適合于產(chǎn)生 一個(gè)電場(chǎng)，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上。使用后一種設(shè)備發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備可以以令人滿意的比例回收到氣相合成過程 中產(chǎn)生的納米纖維結(jié)構(gòu)物。按照本發(fā)明的還有一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè) 備包含一個(gè)箱室，該箱室設(shè)置了一個(gè)內(nèi)腔， 一個(gè)入口和一個(gè)出口，入口和出口與 內(nèi)腔之間在流體流動(dòng)中是連通的；設(shè)置于內(nèi)腔的第一電極和第二電極，該第一和第二電極限定了兩者間的空 間，空間的體積能容納下含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相。第一電極與箱室連接，第 二電極與鄰接箱室的承載部件連接，設(shè)置這些電極使其適合于產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)， 使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上。一個(gè)電離單元，它包含產(chǎn)生電流、感生電流或光致電離的裝置，并且在流 體流動(dòng)中與內(nèi)腔以及第一和第二電極上游之間是連通的，該單元能有效地將結(jié) 構(gòu)物在進(jìn)入空間和在空間內(nèi)極化前就發(fā)生電離。發(fā)現(xiàn)使用后一種設(shè)備，可以以令人滿意的比例回收到氣相合成過程中產(chǎn)生 的納米纖維結(jié)構(gòu)物，尤其發(fā)現(xiàn)這種電離單元可使納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集或沉積 變得更方便。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè) 備包含一個(gè)箱室，該箱室設(shè)有一個(gè)內(nèi)腔， 一個(gè)入口和一個(gè)出口，入口和出口與內(nèi) 腔之間在流體流動(dòng)中是連通的；以及設(shè)置于內(nèi)腔的第一電極和第二電極，這第一和第二電極限定了兩者間的空 間，空間的體積能容納下含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相。第一電極與箱室連接，第 二電極與一個(gè)鄰接箱室的承載部件連接，設(shè)制這些電極使其適合產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，
使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上；以及用于至少基本上能防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物物在電極上搭橋的裝置。 按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè)備包含至少兩個(gè)電極，它們限定了兩者間的空間，空間的體積能容納下含納米纖維 結(jié)構(gòu)物的氣相，設(shè)置這些電極使其適合產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上；用于至少基本上能防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋的器件。 按照本發(fā)明的進(jìn)一步方面,提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè)備包含一個(gè)箱室，該箱室設(shè)有一個(gè)內(nèi)腔， 一個(gè)入口和一個(gè)出口，入口和出口與內(nèi) 腔之間在流體流動(dòng)中是連通的；以及設(shè)置于內(nèi)腔的第一電極和第二電極，該第一和第二電極限定了兩者間的空 間，空間的體積能容納下含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相。第一電極與箱室連接，第 二電極與一個(gè)鄰接箱室的承載部件連接，電極相互間是相對(duì)旋轉(zhuǎn)的并使適合于 產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上；還發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比，使用后三種設(shè)備可以在一個(gè)更長的時(shí) 間內(nèi)運(yùn)行納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積。使用這些設(shè)備，由于可以將結(jié)構(gòu)物有效的沉 積和方便的回收，因而極大地便利了結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)。這些設(shè)備因?yàn)槿菰S迅速回 收納米纖維結(jié)構(gòu)物并以低成本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，因而提高了設(shè)備生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物 的生產(chǎn)能力。特別是當(dāng)使用至少基本上可防止結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋的方法時(shí),可 以避免許多事件如短路，阻塞，擁堵等的發(fā)生，從而容許在更長的時(shí)期內(nèi)進(jìn)行合 成過程(納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)).這樣，顯著降低了生產(chǎn)這些結(jié)構(gòu)物的成本。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，此設(shè) 備包含一至少一個(gè)入口，其尺寸容許含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相進(jìn)入；—至少一個(gè)選擇性的裝置，它包含一個(gè)入口和至少兩個(gè)出口，設(shè)置出口使之在流體流動(dòng)中適合于可選擇性地與該選擇性的裝置的入口之間相連通，選擇性裝置的入口在流體流動(dòng)中與設(shè)備的入口相通；以及_至少兩個(gè)沉積單元，每一個(gè)含有一組至少兩個(gè)的電極，第一電極和第二 電極，兩者間限定了一個(gè)空間，空間的體積可容納進(jìn)入的氣相，此空間與選擇 性器件中的一個(gè)出口在流體流動(dòng)中是相通的，這些電極則適合于產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)， 使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上。發(fā)現(xiàn)使用后種設(shè)備可以以連續(xù)的方式沉積和回收納米纖維結(jié)構(gòu)物。換句話 說，可以以連續(xù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。實(shí)際上，這些方法可以按連續(xù)的方法實(shí)施。 使用這些設(shè)備，由于容許結(jié)構(gòu)物有效地沉積和方便地回收，因而可以便于結(jié)構(gòu) 物的生產(chǎn)。這些設(shè)備由于容許迅速地回收納米纖維結(jié)構(gòu)物并且可以用低的成本 完成此項(xiàng)工作,從而可提高設(shè)備生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)能力。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面,提供了一種形成納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集體的 方法，該方法包括將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè) 電極間限定的空間，由此聚集在氣相中納米纖維結(jié)構(gòu)物。此方法可進(jìn)一步包含 凝結(jié)聚集體和/或?qū)⒕奂w沉積在一個(gè)表面上的步驟。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，此方 法包含將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相或氣相混合物通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩 個(gè)電極間限定的空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少其中一個(gè)電極上，其中， 在沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物之前，結(jié)構(gòu)物至少部分電離以便使之極化，由此方便它 們的聚集或沉積。電離作用優(yōu)先容許至少部分結(jié)構(gòu)物發(fā)生電離。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方 法包括至少部分的電離包含在氣相中的納米纖維結(jié)構(gòu)物以便極化結(jié)構(gòu)物，并將 氣相物通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限定的空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉 積在其中至少一個(gè)電極上。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，此方 法包括產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物、沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物、然后回收納米纖維結(jié)構(gòu)物 的步驟。其中的改進(jìn)之處即，沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物之前，電離結(jié)構(gòu)物，以便使 其極化，由此方便了結(jié)構(gòu)物的聚集或沉積。電離作用優(yōu)先容許至少部分結(jié)構(gòu)物 發(fā)生電離。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面,提供了一種生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，此方 法包括產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物、沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物、然后回收納米纖維結(jié)構(gòu)物 的步驟。其中的改進(jìn)即，當(dāng)需要時(shí)，在某個(gè)選定的時(shí)間期間，在沉積納米纖維 結(jié)構(gòu)物之前，可通過將部分產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物引入監(jiān)測(cè)室，借助電流特征和/或光探 針，以定量和/或定性方式進(jìn)行分析來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)生。分析可以通過檢 測(cè)電流特征和/或發(fā)射功率作為時(shí)間函數(shù)的變化情況分別進(jìn)行。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面,提供了一種生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的裝置，該裝 置包含一個(gè)沉積室，這是結(jié)構(gòu)物形成的地方，其中改進(jìn)之處是將沉積室與監(jiān)測(cè) 室相配合使用，監(jiān)測(cè)室包括(i)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)器件，按需要可容許或不容許結(jié)構(gòu)物進(jìn) 入監(jiān)測(cè)室進(jìn)行結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)，(ii)需要時(shí)，容許結(jié)構(gòu)物撤出監(jiān)測(cè)室的器件， 和(iii)檢測(cè)該結(jié)構(gòu)物的光探針。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面,提供了一種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的方法，此方法包括一將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限 定的空間，使引起電極間電流的增加；一分析在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)的電流特征和/或分析納米纖維結(jié)構(gòu)物的 及由其形成的聚集體的大小，密度或形狀。然后將分析得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的圖 像比較就可以測(cè)知產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和數(shù)量。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的方法， 此方法包括檢測(cè)含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相以定量分析氣相中攜帶的結(jié)構(gòu)物。 該項(xiàng)分析優(yōu)選分析氣相中懸浮的納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度的方法進(jìn)行。而納米纖 維結(jié)構(gòu)物的密度的分析則優(yōu)選分析存在于氣相中的納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收的 方法進(jìn)行。檢測(cè)優(yōu)選實(shí)時(shí)進(jìn)行，檢測(cè)步驟優(yōu)選采用光探針進(jìn)行。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生期間監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié) 構(gòu)物形成的方法。此方法包括采用光探針實(shí)時(shí)檢測(cè)產(chǎn)生的納米纖維結(jié)構(gòu)物的樣 品以便分析結(jié)構(gòu)物。此分析可以通過分析納米纖維結(jié)構(gòu)物密度的方法進(jìn)行。檢 測(cè)步驟可以在一個(gè)監(jiān)測(cè)室內(nèi)進(jìn)行，此監(jiān)測(cè)室與產(chǎn)生結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)室或生產(chǎn)裝置 不同。它也可以在生產(chǎn)室入口的上游處進(jìn)行，在該上游區(qū)域沒有電場(chǎng)，這樣就 可以檢測(cè)設(shè)備產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)效率。還發(fā)現(xiàn)使用后三種方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)氣相中存在的納米纖維結(jié)構(gòu) 物。這些方法是特別有用的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菰S實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和/或 數(shù)量，如果在這個(gè)選定的時(shí)間生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和/或數(shù)量不能滿足某些要求 時(shí)，容許在某個(gè)選定的時(shí)間停止生產(chǎn)。通過如此操作就可以迅速地檢測(cè)出合成 期間發(fā)生的問題并避免劣質(zhì)的結(jié)構(gòu)物污染沉積的結(jié)構(gòu)物。此外，這些方法容許
迅速地和有效地評(píng)價(jià)引入生產(chǎn)過程的某些改革對(duì)產(chǎn)生的納米纖維結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量 和/或數(shù)量的影響。按照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一個(gè)監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備， 該設(shè)備包括_設(shè)置了一個(gè)適合于容納結(jié)構(gòu)物的內(nèi)腔的箱室，并設(shè)有與內(nèi)腔相連通的 入口和出口；以及一在流體流動(dòng)中與內(nèi)腔相通的，可供在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)分析電流 特征的器件。分析電流行為的器件可包含含有至少兩個(gè)電極的一組電極。此設(shè)備可進(jìn) 一步包含供分析納米纖維結(jié)構(gòu)物的或其聚集體的大小，密度或形狀的器件，如一 個(gè)相機(jī)或一個(gè)光探針。此光探針可選自激光光束、紅外光束、可見光束或紫外光 束及其混合光束。分析結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密度或形狀的器件可以設(shè)置在 腔內(nèi)或鄰近腔的位置。分析結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密度或形狀的器件也可以 設(shè)置在設(shè)備的入口內(nèi)。當(dāng)需要時(shí)，此入口適合于在流體流動(dòng)中與生產(chǎn)納米纖維結(jié) 構(gòu)物的設(shè)備相通。此入口可包含一個(gè)閥門，該閥門可選擇性地使內(nèi)室與產(chǎn)生納米 纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備之間相通或不通。按照本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了一種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備包括一設(shè)置了一個(gè)適合于容納結(jié)構(gòu)物的內(nèi)腔的箱室，并設(shè)有與內(nèi)腔相連通的 入口和出口；一分析氣相中納米纖維結(jié)構(gòu)或其聚集體的大小、密度或形狀的器件。 供分析納米纖維結(jié)構(gòu)密度的器件可包含光探針。此光探針可選自激光光束、 紅外光束、可見光束或紫外光束及其混合的光束。當(dāng)需要時(shí)，入口能調(diào)至使其 在流體流動(dòng)時(shí)與生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)的設(shè)備相通。此入口可含有一個(gè)閥門，此閥門 可選擇性地使內(nèi)室與產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)的設(shè)備相通或不相通。分析結(jié)構(gòu)物或其 聚集體的器件可以安置在腔內(nèi)或鄰接腔的位置。分析結(jié)構(gòu)物或其聚集體的器件 也可以設(shè)置在設(shè)備的入口內(nèi)。此設(shè)備可進(jìn)一步包括含有至少兩個(gè)電極的一組電 極。按照本發(fā)明進(jìn)一步的方面，提供了一種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè) 備包括 一設(shè)置了一個(gè)適合于容納結(jié)構(gòu)物的內(nèi)腔的箱室，并設(shè)有與內(nèi)腔相連通的入口和出口；一分析氣相中納米纖維結(jié)構(gòu)或其聚集體的大小、密度或形狀的器件； 一在流體流動(dòng)中與內(nèi)腔相通的、可用于在預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)分析電流特 征的器件。還發(fā)現(xiàn)使用后三種設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)氣相中納米纖維結(jié)構(gòu)的存在。 這些設(shè)備是特別有用的，因?yàn)樗鼈內(nèi)菰S實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和/或數(shù) 量，而且，如果在某個(gè)選定的時(shí)間所生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和/或數(shù)量不能滿足某 些需要時(shí)，則容許在該選定的時(shí)間停止生產(chǎn)。它們也容許迅速地實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)引入 合成過程的那些改進(jìn)或變化所產(chǎn)生的影響。因此不再需要花時(shí)間去等待對(duì)某種 改進(jìn)或變化是否有利于結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)作出判斷，然后再?zèng)Q定是否回收納米纖維 結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)的方法，包括將含 有納米纖維結(jié)構(gòu)的氣相通過一個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè)電極間限定的空間，由此 使納米纖維結(jié)構(gòu)沉積在其中至少一個(gè)電極上。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種將納米纖維結(jié)構(gòu)沉積在電極上的的 方法，它包括以下步驟a) 提供至少包含兩個(gè)電極的一組電極，即限定其之間的空間的第一個(gè)電極和第二個(gè)電極；b) 在電極間施加電位差以產(chǎn)生電場(chǎng)；c) 含有納米纖維結(jié)構(gòu)的氣相通過上述空間，由此使納米纖維結(jié)構(gòu)沉積在其 中至少一個(gè)電極上。發(fā)現(xiàn)使用后兩種方法就能夠以回收到一份令人滿意的氣相合成過程中產(chǎn)生 的納米纖維結(jié)構(gòu)。還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中的方法和設(shè)備是適用于多方面的，因?yàn)樗鼈兛梢耘c很多方 法和設(shè)備組合來制備納米纖維結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，本發(fā)明中的方法和設(shè)備可使用于 等離子炬(射頻，或感應(yīng)等離子炬，轉(zhuǎn)移弧光等離子炬，直流電弧等離子炬， 微波等離子炬等)、HiPco、激光汽化、氣相化學(xué)蒸汽沉積、激光燒蝕和電弧等， 實(shí)際上，可使用于任何納米直徑結(jié)構(gòu)的氣相合成等。本發(fā)明中的方法和設(shè)備可 以與2005年3月25日注冊(cè)的US60/664, 592以及與2006年3月23日注冊(cè)的題 為"純化碳纖維結(jié)構(gòu)物的方法和設(shè)備"的一項(xiàng)國際申請(qǐng)(PCT/CA)中限定的純 化方法和設(shè)備結(jié)合使用，由此這些文件在此全部引入供參考。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了肉眼可見的納米纖維結(jié)構(gòu)的聚集體。肉眼 可見的聚集體包含大量納米纖維結(jié)構(gòu)以基本上同一個(gè)方向排列并連接或聚集在 一起的微觀集合體。每一個(gè)微觀集合體包含大量的成員，這些成員之間限定了很 多空間或空穴。每一個(gè)成員包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)或至少一束納米纖維結(jié) 構(gòu)。宏觀集合體的密度為低于約8mg/cm3。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了納米纖維結(jié)構(gòu)的宏觀集合體。此集合體包 含大量納米纖維結(jié)構(gòu)以基本上同一個(gè)方向排列并連接在一起的微觀集合體。每一 個(gè)微觀集合體包含大量的成員，這些成員之間限定了很多空間或空穴。每一個(gè)成 員包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)或至少一束納米纖維結(jié)構(gòu)。其中所述的宏觀集合體 是以泡沫體的形式存在。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了納米纖維結(jié)構(gòu)的合宏觀集合體。宏觀集合 體包含大量納米纖維結(jié)構(gòu)以基本上同一個(gè)方向排列并連接或聚集在一起的微觀 集合體。每一個(gè)微觀集合體包含大量的成員，這些成員之間限定了很多空間或空 穴。每一個(gè)成員包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)或至少一束納米纖維結(jié)構(gòu)。成束的納 米纖維結(jié)構(gòu)的直徑為小于約lOOnm.按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了包含大量納米纖維結(jié)構(gòu)的微觀集合體的宏 觀集合體，該宏觀集合是通過將包含納米纖維結(jié)構(gòu)的氣相物通過產(chǎn)生電場(chǎng)的至少 兩個(gè)電極間限定的空間獲得的，在該空間形成了納米纖維結(jié)構(gòu)的微觀集合體，該 微觀集合體基本上按電場(chǎng)方向排列，并集合在一起，沉積在至少一個(gè)電極上，由 此形成了宏觀集合體。優(yōu)選微觀集合體基本上沿著電場(chǎng)線聚集在一起。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的納米纖維結(jié)構(gòu)的宏觀集合體具有獨(dú)特的特性。這些宏觀集合 體的密度特別低，從而造成其泡沫狀的外觀。這些宏觀集合體也包含極大量的空 穴或空隙,這就使它們具有高的孔隙度和高的比面積。本發(fā)明的納米纖維結(jié)構(gòu)物 的宏觀集合體還具有高度的吸收性能。這些特點(diǎn)和特性使它們?cè)诶绱呋瘎┹d 體、鋰電池電極、燃料電池電極、Ni/願(yuàn)電池電極，以及將其分散于一種基質(zhì)材 料，如多聚物基質(zhì)中，以制備組合材料等方面的應(yīng)用特別受到關(guān)注。從其泡沫外觀的角度看，它們還能用于取代各種催化劑，例如用于電化學(xué)的催化劑。還發(fā)現(xiàn) 這種具有大體積的納米纖維結(jié)構(gòu)物聚集體能夠清楚地和迅速地與通常的納米纖
維結(jié)構(gòu)物相區(qū)別，后者通常是粉狀的或膜狀的，比如單-壁碳納米管。事實(shí)上本 發(fā)明的宏觀集合體是泡沫形式的，與粉狀或膜狀呈鮮明的對(duì)比。已知這種泡沫形 式能減少因操作產(chǎn)品而招致的對(duì)健康的危害，因?yàn)樗鼈兊膿]發(fā)趨勢(shì)較低。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包含納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體的 泡沫體。此宏觀集合體包含大量納米纖維結(jié)構(gòu)物以基本上同一個(gè)方向排列并連接 或聚集在一起的微觀集合體。每一個(gè)微觀集合體包含大量的成員，這些成員之間 限定了很多空間或空穴。每一個(gè)成員包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物或至少一束納 米纖維結(jié)構(gòu)物。成束納米纖維結(jié)構(gòu)的直徑為小于約lOOrnn。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體。該宏 觀集合體包括大量纏繞的納米纖維結(jié)構(gòu)物，及其基本上以相同的方向排列并結(jié)合 在一起的成束物，其中該宏觀集合體的密度為低于8mg/cm3。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包含至少一個(gè)本發(fā)明所定義的納米 纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體的細(xì)絲。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀 集合體細(xì)絲。此宏觀集合體包含大量彼此連接的納米纖維結(jié)構(gòu)物的微觀集合體。 每一個(gè)微觀集合體包含大量基本上以同一個(gè)方向排列的成員，這些成員之間限定 了很多空間或空穴內(nèi)。每一個(gè)成員包含至少一個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物或至少一束納米 纖維結(jié)構(gòu)物。成束納米纖維結(jié)構(gòu)的直徑為小于約100nm。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種纏繞的納米纖維結(jié)構(gòu)物及其形成的 結(jié)構(gòu)束，其中的纏繞物的密度低于約8mg/cm3。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種纏繞的納米纖維結(jié)構(gòu)物，它包含大量 本發(fā)明所敘述的細(xì)絲。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種細(xì)絲以和長形部件的組合物，該組 合物包含至少一條本發(fā)明所定義的細(xì)絲和一個(gè)長形部件。至少的一條細(xì)絲是繞 著長形部件巻起的。此組合物也可包含繞著長形部件巻起的纏繞的細(xì)絲。長形 部件優(yōu)選為電極。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制備納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體 的方法，該方法包括將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過產(chǎn)生電場(chǎng)的至少兩個(gè) 電極間限定的空間，在該空間形成了納米纖維結(jié)構(gòu)的微觀集合體，這些納米纖 維結(jié)構(gòu)的微觀集合體基本上依照與電場(chǎng)一致或沿電場(chǎng)方向排列，聚集在一起， 沉積在至少一個(gè)電極上，由此形成了肉眼可見的聚集體。優(yōu)選微觀集合體基本 上沿著電場(chǎng)線聚集在一起。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一個(gè)制備本發(fā)明定義的納米纖維結(jié)構(gòu)物 宏觀集合體的方法，此方法包括將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過產(chǎn)生電場(chǎng) 的至少兩個(gè)電極間限定的空間，在該空間形成了納米纖維結(jié)構(gòu)的微觀集合體， 這些納米纖維結(jié)構(gòu)物的微觀集合體基本上依照電場(chǎng)的方向排列，聚集在一起， 沉積在至少一個(gè)電極上，由此形成了肉眼可見的聚集體。優(yōu)選微觀集合體基本 上沿著電場(chǎng)線聚集在一起。發(fā)現(xiàn)后兩種方法容許制備具有非常重要的特性，比如低密度，高比表面積， 和高孔隙度的納米纖維結(jié)構(gòu)物宏觀集合體。這種方法顯著不同于通常用于制備 納米纖維結(jié)構(gòu)物的生長工藝。在碳納米管的生長工藝中，生長是在底物上或由 種子實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)上，納米管是從催化劑顆粒上生長或從已有納米管的聚集體 上繼續(xù)生長的。當(dāng)含碳的氣體與催化劑顆粒或納米管的聚集體一接觸，生長過 程隨即開始。于是，碳就加到顆?；蚓奂w上，以形成新的納米管。然后，更 多的碳被摻入到結(jié)構(gòu)物中，形成更長的納米管或其聚集體等。但在本發(fā)明的方 法中，氣相中的納米纖維結(jié)構(gòu)(優(yōu)選單一壁碳納米管)是已經(jīng)生長好的，隨后 它們依照電場(chǎng)方向排列，聚集或彼此連接，并沉積在電極上。因此這后兩種方 法不是一個(gè)生長過程。這種方法也容許產(chǎn)生一種具有可減少危害人類健康的形 態(tài)的納米纖維結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些宏觀聚集體的揮發(fā)趨勢(shì)較弱。其中使用的詞語"納米纖維結(jié)構(gòu)"指一維納米結(jié)構(gòu)。優(yōu)選這些結(jié)構(gòu)物在荷 電時(shí)有大的偶極距，因?yàn)檫@種納米結(jié)構(gòu)的外形比(長度/直徑)大，優(yōu)選比值在 10以上。優(yōu)選直徑小于約100nm，這樣可使結(jié)構(gòu)物的頂部或其表面上的局部電 場(chǎng)顯著增加，致使結(jié)構(gòu)物能容易地因電場(chǎng)作用或肖特基(Schottky)發(fā)射效應(yīng) 而發(fā)射電子。其中提到納米纖維結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的詞語"微觀的類網(wǎng)結(jié)構(gòu)"是指一個(gè)尺寸 大于lcm的類網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中的納米纖維結(jié)構(gòu)及其聚集體是纏繞并通過靜電力和/ 或極化作用力，如Van der Waals力，連接在一起的。其中提到納米纖維結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的詞語"宏觀的類網(wǎng)結(jié)構(gòu)"是指一個(gè)lcm 或更小尺寸的類網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中的納米纖維結(jié)構(gòu)及其聚集體是纏繞并通過靜電力 和/或極化作用力，如Van der Waals力，連接在一起的。
其中提到納米纖維結(jié)構(gòu)時(shí)所使用的詞語"聚集體"是指大量納米纖維結(jié)構(gòu) 和/或其結(jié)構(gòu)束的聚集體，它們可沿著一個(gè)優(yōu)勢(shì)的方向按某種排列纏繞而形成宏 觀細(xì)絲。優(yōu)選這種聚集體含有大比例的空穴，并且是在電場(chǎng)感應(yīng)的凝聚過程中 得到的。本發(fā)明的方法和設(shè)備中，納米纖維結(jié)構(gòu)可包含納米線、納米桿、納米纖維、 納米帶納米管或它們形成的束，或它們的混合物。優(yōu)選的納米纖維結(jié)構(gòu)是碳納 米纖維結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選的納米纖維結(jié)構(gòu)選自單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納 米纖維和它們的混合物。特別優(yōu)選單壁碳納米管。此外，納米纖維結(jié)構(gòu)可以是 某個(gè)成分涂覆的結(jié)構(gòu)物或其混合物的一維納米結(jié)構(gòu)物(如納米線、納米桿、納 米纖維納米帶、納米管或由它們形成的束)，該成分優(yōu)選自C、 BN、 B、 Si、 Ge、 Bi、 Sn、 Te、 Se、 Hg、 Si3N4、 V203、 MX2、 InP、 InAs、 GaN、 GaP、 GaAs、 Ca203' Zn0、 ln203、 Na2V307、 A1203、 B203、 Mg0、 CdO、 Si02, Sn02、 Cu0、 (SN)x、 Cu2S、 BxCyN2、 NiCh、InS、 ZnS、 ZnSe、 CdS、 CdSe、 Ag2Se、 SiC、 B4C、 M2MoX"其中，MX2中 的M是Ti、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Mo、 W或Re, X是S、 Se或Te; M2MoXe中的M是 Li或Na，X是Se或Te。本發(fā)明的方法和設(shè)備中使用的氣相物或氣相混合物可包含一種載體氣體 和納米纖維結(jié)構(gòu)。它的密度為約Ixl06-lxl012，優(yōu)選lxl()6-lx1012,更優(yōu)選 5xl()8-5xl(f納米纖維結(jié)構(gòu)物/cm3。載體氣體可選自He、 Ar、 H2、 H20、 H2S、 C02、 CO、 N2、 Kr、 Xe、 Ne及其混合物。優(yōu)選的載氣是Ar、 He或它們的混合物。優(yōu) 選將氣相或氣相混合物噴射注入或以基本上垂直于電場(chǎng)的方向通過空間。還可 以將另一種氣體噴射注入氣相，優(yōu)選以逆電的方向注入。另一種氣體可以噴射通 過空間(由電極之間限定)以降低納米纖維結(jié)構(gòu)物通過空間的速度和/或增加懸 浮顆粒的局部密度。優(yōu)選另一種氣體的密度低于氣相的密度。該另一種氣體優(yōu) 選為氬氣、氦氣或其混合物。在本發(fā)明的有關(guān)制備納米纖維結(jié)構(gòu)沉積物的方法和設(shè)備中，沉積物可包含 大量細(xì)絲。每一條細(xì)絲可包含大量本發(fā)明定義的納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集物的 宏觀聚集體。這些細(xì)絲可纏在一起形成微觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)。此外該細(xì)絲也能形成宏 觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)。沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物和納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集體可有很低的密度。例如， 碳納米纖維結(jié)構(gòu)物，如單壁碳納米管，其形成的宏觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)的密度的低限可為
約1.3rng/cm3,因?yàn)樗鼛缀跏秋h浮在空氣中的。沉積過程中，由于碳納米管間的范 德瓦爾力，沉積物易于壓緊。 一克原料沉積物操作后占據(jù)的體積約為125cm3,使 沉積物的密度可達(dá)到約8rag/cm3的上限。因此上述操作后沉積物的密度增加，達(dá) 到了約8mg/cn^的上限值。本發(fā)明的方法和設(shè)備中，當(dāng)使用電極時(shí),此電極可以是平板電極或是直角棱 柱形的電極。也可以是圓柱形的電極。優(yōu)選一種施加于電極的電流密度其強(qiáng)度 為約0.01-約500，更優(yōu)選約0.1-10uA/cm2。此電場(chǎng)可以是數(shù)值為約lxl04V/m-約lxl07V/m的宏觀電場(chǎng)，優(yōu)選lxl05V/m-5xl06V/m。施加于電極間的電位差可以 是直流(DC)電位。施加于電極間的電位差也可以是交流(AC)電位。此外還可以 同時(shí)使用直流和交流電位。在含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過空間之前,可對(duì) 氣相物進(jìn)行處理，使其中含有的納米纖維結(jié)構(gòu)物在極化前就發(fā)生電離。電離可使 用磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流進(jìn)行,或使用一組正有電流流通的電極進(jìn)行。它還可以通 過光致電離作用進(jìn)行。磁場(chǎng)可由線圈，永久性磁鐵，電磁鐵，或螺線管產(chǎn)生。電離 可使用交流電(優(yōu)選其頻率為lKHz以上)或直流電進(jìn)行。光電離可使用某種光源 如閃光燈、水銀燈、紫外燈或類似的燈進(jìn)行。進(jìn)一步還可將添加的氣體加至氣 相物中，用以改進(jìn)、抑制或幫助納米纖維結(jié)構(gòu)物的電離。納米纖維結(jié)構(gòu)也可以 摻入一種含有B、 F、 N、 K或其混合物的化合物，以便改變進(jìn)、抑制或幫助納米 纖維結(jié)構(gòu)的電離。添加的氣體可選自N2、 SF6、 02、 H20、 HF、貼、CH3SH、 CH線SH、 C02、 CO及其混合物。優(yōu)選的添加氣體是N2、 SF6、 02、 CO或&0。在本發(fā)明的方法和設(shè)備中，當(dāng)使用到電極時(shí)，這些電極可以是互相間相對(duì) 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的，以便防止納米纖維結(jié)構(gòu)的沉積物在電極間搭橋。事實(shí)上，因電極 處于相對(duì)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)致使部分沉積的結(jié)構(gòu)物會(huì)纏繞在某一個(gè)電極上，由此至少 基本上防止了沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極間搭橋。第一個(gè)電極包含一個(gè)限定 尺寸的內(nèi)腔、使之能容納第二個(gè)電極的長形部件。第一和第二個(gè)電極基本上是 互相平行的。第二個(gè)電極可以與第一個(gè)電極縱向排列。優(yōu)選第二個(gè)電極按基本 上同軸對(duì)準(zhǔn)的位置按置到內(nèi)腔內(nèi)?；蛘?，第二個(gè)電極可以按基本上垂直于長形 部件的方式安置到內(nèi)腔內(nèi)。優(yōu)選至少一個(gè)電極是適合于作旋轉(zhuǎn)的，由此納米纖 維結(jié)構(gòu)的沉積物可至少部分繞著這個(gè)電極巻起。第二個(gè)電極可以按預(yù)定的速度 旋轉(zhuǎn)，由此防止沉積物在電極間搭橋。電極可以以約10—2至約200rpm的速度旋 轉(zhuǎn)，優(yōu)選約0. 1至約100rpm，更優(yōu)選1至30rpm的旋轉(zhuǎn)速度。在本發(fā)明的方法和設(shè)備中，優(yōu)選對(duì)氣相物中存在的納米纖維結(jié)構(gòu)物進(jìn)行檢 測(cè)和監(jiān)測(cè)。這種檢測(cè)和監(jiān)測(cè)步驟可以在氣相被引入電極間的空間之前或在沉積 結(jié)構(gòu)物之前進(jìn)行。檢測(cè)和監(jiān)測(cè)步驟可以通過分析在預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)的電流特 征和/或分析納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密度或形狀進(jìn)行。檢測(cè)和監(jiān)測(cè) 步驟可以在一個(gè)鄰接并與空間連通的室內(nèi)進(jìn)行。優(yōu)選檢測(cè)和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)進(jìn)行，更優(yōu)選在少于ioo秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。電流特征的分析可以通過分析電流作為時(shí)間函數(shù)的導(dǎo)數(shù)來進(jìn)行。電流征也可以通過分析電流作為時(shí)間函數(shù)的電流平均強(qiáng)度 及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，或分析電流作為時(shí)間函數(shù)的電阻來進(jìn)行。納米纖維結(jié)構(gòu)物的密 度可以通過分析氣相中納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收進(jìn)行。優(yōu)選采用光探針來分析 納米纖維結(jié)構(gòu)物。光探針可選自激光光束、紅外光束、可見光束或紫外光束及 它們構(gòu)成的混合光束。沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)或其聚集體的大小、密度或形狀的 分析可通過采用相機(jī)監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)的沉積來進(jìn)行。優(yōu)選在氣相物通過空間 的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流的變化或電阻隨時(shí)間的變化來進(jìn)行分析。優(yōu)選實(shí)時(shí)分析在少于ioo秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。在分析過程中可將所得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線圖作比較以判斷納米纖維結(jié)構(gòu)存在于否。舉個(gè)例子，說明電流或電阻與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系 的曲線圖可用于判斷和證實(shí)所需結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)生。尤其是，該分析可以通過與經(jīng)此前分析所標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖比較的方法進(jìn)行。熱解重量分析(TGA)，透射電 子顯微鏡(TEM)，掃描電子顯微鏡(SEM)和拉曼光譜均可用于測(cè)定沉積物的質(zhì)量。 在實(shí)施沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法時(shí)，檢測(cè)步驟或分析可以在制備沉積物的主 室內(nèi)進(jìn)行，或在鄰接主室并在流體流動(dòng)中與其相通的副室進(jìn)行。副室的使用是 特別有好處，因?yàn)樗ㄟ^定期地檢測(cè)剛剛產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物，從而可以對(duì)新產(chǎn)生的 結(jié)構(gòu)物進(jìn)行分析。事實(shí)上，通過在副室中的采樣分析就可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu) 物的質(zhì)量和/或數(shù)量。在副室中所做的分析僅與在某個(gè)選定的時(shí)刻引入其內(nèi)的結(jié) 構(gòu)物有關(guān)，因此按要求的時(shí)間間隔重復(fù)進(jìn)行副室中的分析，就可以更準(zhǔn)確地測(cè) 知生產(chǎn)過程中什么時(shí)候產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量或數(shù)量發(fā)生了改變。這樣最終將容 許檢測(cè)出是否產(chǎn)生了質(zhì)量不夠要求的結(jié)構(gòu)物，使用者就能在已沉積的一定量的 結(jié)構(gòu)物進(jìn)一步被低質(zhì)量的結(jié)構(gòu)物污染之前停止生產(chǎn)。副室可選擇在某個(gè)需要的 時(shí)間，如在兩個(gè)批次的檢測(cè)之間，進(jìn)行清理。在本發(fā)明的方法和設(shè)備中，電極可以是互相之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)的。它們也可適 合于產(chǎn)生電場(chǎng)使納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在其中至少一個(gè)電極上。箱室是長形部件 的形式。此長形部件可以是第一電極。此長形部件可進(jìn)一步包含至少一個(gè)觀察 窗。第二電極與長形部件可縱向排列。優(yōu)選第二電極基本上平行于第一電極。 更優(yōu)選第二個(gè)電極按基本上與長形部件同軸對(duì)準(zhǔn)的位置安置?；蛘?，第二個(gè)電 極可以基本上以垂直于長形部件的方向安置到內(nèi)腔中。第二電極以可旋轉(zhuǎn)的方 式安置在支撐部件上。此支撐部件可包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)第二電極旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)，以及可 至少基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極間搭橋(或可基本上除去在至少 兩個(gè)電極間搭橋的結(jié)構(gòu)物)的器件,該器件包含至少一個(gè)適合于旋轉(zhuǎn)的電極，以 致結(jié)構(gòu)物可繞著這個(gè)電極巻起。可至少基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)在電極 上搭橋的器件，其特征在于至少一個(gè)電極是適合于作旋轉(zhuǎn)的，從而可繞著此電 極巻起至少部分納米纖維結(jié)構(gòu)物，由此至少基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物 在電極間搭橋。至少基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋的器件還 包括切割納米纖維結(jié)構(gòu)體的器件。通過切割沉積的結(jié)構(gòu)物就可防止沉積物在電 極上搭橋。切割納米纖維結(jié)構(gòu)物的器件可以是刀片、激光束等。至少其中一個(gè) 電極可適合于接受平移運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)的信號(hào)，由此容許至少基本上將在至少兩個(gè) 電極上搭橋的任何結(jié)構(gòu)物從該位置除去。事實(shí)上，平移運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳送至兩個(gè)電 極中的一個(gè)就可以切割搭橋的結(jié)構(gòu)物，或至少從與結(jié)構(gòu)物接觸的一個(gè)電極上將 它部分去除。這些電極可設(shè)置成信號(hào)互通，由此容許至少基本上防止結(jié)構(gòu)物在 電極上搭橋。本發(fā)明也包含了一個(gè)使至少一個(gè)電極旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。第一和第二個(gè)電極可以 是平板電極或直角棱柱形的電極，它們也可以是圓柱形的電極。本發(fā)明的設(shè)備中，優(yōu)選進(jìn)一步包含一個(gè)電離單元。優(yōu)選這個(gè)電離單元包含 產(chǎn)生電流的器件，產(chǎn)生磁場(chǎng)的器件或光電離器件，并且在流體流動(dòng)中可與內(nèi)腔 以及第一和第二電極的上游相通。此單元可安置在腔內(nèi)或鄰接腔的位置。此單 元能使結(jié)構(gòu)物在進(jìn)入空間并在其中極化前有效地電離。優(yōu)選產(chǎn)生磁場(chǎng)的器件包 括一對(duì)電極、線圈、永久性磁鐵、電磁鐵、或螺線管。優(yōu)選設(shè)備的出口包含一 個(gè)濾器。優(yōu)選電離單元包含至少一對(duì)電極，電荷從電極發(fā)出以便電離存在于氣 相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物。電離單元可包含交流電流(優(yōu)選的頻率為lKHz以上) 或直流電流。該設(shè)備可進(jìn)一步包含一監(jiān)測(cè)裝置或副室，在流體流動(dòng)中，當(dāng)需要 時(shí)，該副室可與空間連通以檢測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)的存在，監(jiān)測(cè)氣相物中納米纖維 結(jié)構(gòu)物的密度或入口的納米纖維結(jié)構(gòu)物供給速率。監(jiān)測(cè)裝置可包含至少兩個(gè)電
極，這些電極限定了其間的空間，使該空間的體積能容納下含有納米纖維結(jié)構(gòu) 物的氣相物，設(shè)置這些電極使產(chǎn)生電場(chǎng)供納米纖維結(jié)構(gòu)沉積在至少其中一個(gè)電 極上。監(jiān)測(cè)裝置還包括分析在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間范圍內(nèi)的電極間電流特征的器件 和/或分析沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)及其聚集體的大小，密度或形狀的器件。此監(jiān)測(cè) 裝置還包括分析氣相物中納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收的器件。分析光吸收的手段 包括一個(gè)光探針，此探針優(yōu)選自激光光束、紅外光束、可見光束或紫外光束及 其混合光束。優(yōu)選此監(jiān)測(cè)裝置可適合于檢測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)的存在，以監(jiān)測(cè)氣相 物中納米纖維結(jié)構(gòu)的密度或入口的納米纖維結(jié)構(gòu)供給速率。此監(jiān)測(cè)裝置可進(jìn)一 步包括收集沉積在其中至少一個(gè)電極上的納米纖維結(jié)構(gòu)物的手段。收集結(jié)構(gòu)物 的器件可包括一個(gè)適合于去除沉積在至少一個(gè)電極上的納米纖維結(jié)構(gòu)的刮具。 此刮具，在其銳利時(shí)，可以從至少一個(gè)電極上刮除沉積的結(jié)構(gòu)物。此刮具可以 是各種形狀的?？梢砸钥苫械姆绞桨仓迷谝粋€(gè)電極上或與其鄰接的構(gòu)件上， 當(dāng)需要時(shí)此刮具就可用來刮除電極上的結(jié)構(gòu)物。此設(shè)備可進(jìn)一步包括一個(gè)收集 室，需要時(shí)，在流體流動(dòng)中可與空間連通，用于收集從至少一個(gè)電極上去除的 納米纖維結(jié)構(gòu)物。優(yōu)選保持收集室在惰性氣體的氛圍中以防止或減少納米纖維 結(jié)構(gòu)物暴露于氧或濕氣會(huì)產(chǎn)生的危險(xiǎn)。在本發(fā)明的宏觀集合體及由其制備細(xì)絲、纏結(jié)體、泡沫體和細(xì)絲與長形部 件的組合件的方法中，納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體優(yōu)選泡沫的形式。用于氣 相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物優(yōu)選已經(jīng)生長的納米纖維結(jié)構(gòu)物。至少基本上以同一 方向排列的部分微觀集合體是基本上相平行的并且是隔開的。至少部分微觀集 合體可以是基本上纏在一起的或處于一種纏結(jié)體的形式。優(yōu)選使微觀集合體沿 著電場(chǎng)線集合在一起。宏觀集合體的密度可低于8mg/cm3，優(yōu)選低于約7mg/cm3， 更優(yōu)選低于約5mg/cm3,甚至更優(yōu)選低于約3mg/cm3?；蛘?，宏觀集合體的密度 為約0.8-6 mg/cm3，優(yōu)選為l.O至-5.8 mg/cm3 ，更優(yōu)選為1.3 -5.5 mg/cm3。 宏觀集合體的直徑可小于約100nm，優(yōu)選小于50nm，更優(yōu)選小于30nra?；蛘?， 直徑可以是lnm-100nm，優(yōu)選2nm-75nm，更優(yōu)選5nm-50nm。宏觀集合體能包含 至少104個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物。在宏觀集合體中，優(yōu)選的納米纖維結(jié)構(gòu)物是碳納米 管，更優(yōu)選單壁碳納米管。微觀集合體的長度為至少約10陶，優(yōu)選至少為50陶， 更優(yōu)選至少為IOO陶。連接在一起的微觀集合體可基本上形成某種圖案的形式。 優(yōu)選微觀集合體是連接在一起的并且基本上沿著縱軸排列。更優(yōu)選微觀集合體 是連接在一起并且基本上沿著縱軸以如下的方式排列，即至少一大部分兩個(gè)鄰 接的微觀集合體的成員是以同一個(gè)方向排列的。優(yōu)選每一個(gè)成員包含單個(gè)納米 纖維結(jié)構(gòu)物或單束納米纖維結(jié)構(gòu)物。納米纖維結(jié)構(gòu)的宏觀集合體的純度按重量 比為至少約25%，優(yōu)選至少為約40%，更優(yōu)選為至少約45%，甚至更優(yōu)選為至 少約50%，再進(jìn)一步優(yōu)選為約55%的純度。它們甚至可能有至少為約60%或至 少為約75%的純度。某些金屬顆粒和/或某種涂覆物質(zhì)(如無定形碳，石墨碳，富勒烯，或其混 合物)可置于兩個(gè)微觀集合體成員之間。其它的成員可以置于基本上垂直于微 觀集合體成員的位置。優(yōu)選宏觀集合體為細(xì)絲和/或泡沫狀。納米纖維結(jié)構(gòu)可以 是攙雜的單壁碳納米管。單壁碳納米管可含有一種攙雜的元素，這些元素選自由 B、 F、 N、 K、 Na、 Li、 Si及其混合物，并可以以納米顆粒的形式摻入.細(xì)絲的長度為至少約lcm，優(yōu)選至少約20cm，更優(yōu)選約100cm.優(yōu)選纏結(jié)體中， 細(xì)絲至少大部分是繞著一個(gè)長形的部件纏繞的。優(yōu)選的長形部件是一個(gè)電極。 制備納米纖維結(jié)構(gòu)物集合體的方法，優(yōu)選采用基本上防止在沉積過程中沉積的 納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋的方法。優(yōu)選細(xì)絲的纏結(jié)體形成一種宏觀的類網(wǎng) 結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中敘述的方法和設(shè)備優(yōu)選采用下游氣相合成過程，因?yàn)樗鼈冞m合于 在氣相中處理納米纖維結(jié)構(gòu)。如果生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備或方法不產(chǎn)生按 氣相合成法生成的那種結(jié)構(gòu)物，可收回納米纖維結(jié)構(gòu)物，再把它們加入到氣相中, 這樣就可以使用本發(fā)明敘述的方法和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。此外，可以通過將高質(zhì)量納 米纖維結(jié)構(gòu)物與載氣摻和在一起從而構(gòu)成一種氣相的方法來生產(chǎn)本發(fā)明所述的 宏觀集合體、泡沫體、細(xì)絲、纏結(jié)體及其混合物。隨后該氣相物可采用本發(fā)明 所述的方法進(jìn)行處理，從而獲得所要求的,本發(fā)明所述的宏觀集合體、泡沫體、 細(xì)絲、纏結(jié)體及其混合物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)懂得,所有此前給出的優(yōu)選的實(shí)施例，如果適合，都可 以使用本發(fā)明中的任一設(shè)備和方法。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面,提供了一種制備本發(fā)明所定義的納米纖維結(jié)構(gòu) 物宏觀集合體的方法。該方法包括將含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過一個(gè)產(chǎn) 生電場(chǎng)的至少由兩個(gè)電極間所限定的空間，使納米纖維結(jié)構(gòu)沉積在其中至少一 個(gè)電極上，由此形成納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種泡沫型的納米纖維結(jié)構(gòu)物。 附圖簡述從下述優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的敘述,本發(fā)明的進(jìn)一步的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)就變得 更容易明白了。這些實(shí)施方式是采用附圖中的例子來說明的,其中圖l是按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的一個(gè)系統(tǒng)的正面剖視圖的示意圖，該系 統(tǒng)包括一個(gè)產(chǎn)生碳納米管的設(shè)備和一個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備；圖2是按本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案的另一個(gè)系統(tǒng)的正面剖視圖的示意 圖，該系統(tǒng)包含一個(gè)產(chǎn)生碳納米管的設(shè)備和一個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備；圖3是按本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案的另一個(gè)系統(tǒng)的正面剖視圖的示意 圖，該系統(tǒng)包含一個(gè)產(chǎn)生碳納米管的設(shè)備和一個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備；圖4是一個(gè)系統(tǒng)的正面剖視圖的示意圖，詳細(xì)地示明

圖1一3所示意表明的 沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備；圖5是按照本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中的電極的示意正視圖； 圖6是按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備 的立視圖；圖7是圖6所示設(shè)備的側(cè)視圖；圖8是按照本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，使用沉積納米纖維結(jié)構(gòu)的方法和設(shè) 備得到的單壁碳納米管的微觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)的照片；圖9是展示按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的宏觀組裝納米纖維結(jié)構(gòu)物 細(xì)絲的照片，其中的細(xì)絲環(huán)繞著一個(gè)長形的部件巻起，以及其中的納米纖維結(jié)構(gòu) 物是按本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例中沉積納米纖維結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備制得的單一壁 碳納米管；圖10是圖9中所示的納米纖維結(jié)構(gòu)物(單壁碳納米管)的宏觀集合體中細(xì) 絲的更精細(xì)的視圖；圖11是按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行納米纖維結(jié)構(gòu)沉積時(shí)得到 的顯示電流隨時(shí)間變化的曲線圖，其中沉積的是單壁碳納米管；圖12是一個(gè)設(shè)備的截面視圖的示意圖，這是按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方案的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)的設(shè)備，其中的沉積設(shè)備包括一個(gè)按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu) 選的實(shí)施方案的監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備；
圖13是一正面剖視圖的示意圖，詳細(xì)地示明由圖12所示意表明的監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備；圖14是一個(gè)設(shè)備的正面剖視圖的示意圖，這是按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí) 施方案的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，其中的設(shè)備可包括各種類型的電離裝置；圖15是一正面剖視圖的示意圖，詳細(xì)地示明由圖14所示意表示的、按本 發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行電離納米纖維結(jié)構(gòu)物的電離裝置或設(shè)備；圖16是一正面剖視圖的示意圖，詳細(xì)地示明由圖14所示意表示的、按本 發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的一個(gè)電離裝置；圖17是按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的一種設(shè)備 的正面剖視圖的示意圖；圖18是一照片，顯示在按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的沉積納米纖維 結(jié)構(gòu)物的設(shè)備中，流動(dòng)于氣相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集體，其中的結(jié)構(gòu)物是 單壁碳納米管；圖19是一照片，顯示按本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的形成宏觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu) 的納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，這是在一個(gè)按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案 的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備中產(chǎn)生的，其中已故意使防止結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋 的器件失效，以便顯示設(shè)備中搭橋于兩電極上的結(jié)構(gòu)物，其中沉積的結(jié)構(gòu)物是單 壁碳納米管；圖20是沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，該結(jié)構(gòu)物是 用本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法和設(shè)備所制備的， 其中沉積的結(jié)構(gòu)物是單—壁碳納米管；圖21是納米纖維結(jié)構(gòu)物的拉曼光譜，該納米纖維結(jié)構(gòu)是按本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中沉積納米纖維結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備所回收到的，其中沉積的結(jié)構(gòu)物 是單壁碳納米管；圖22是圖21中分析的納米纖維結(jié)構(gòu)物的熱解重量分析(TGA)的曲線圖； 圖23是顯示電流隨時(shí)間變化的曲線圖，是實(shí)施按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方法中監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的方法時(shí)得到的，其中的結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管；圖24A是顯示電流隨時(shí)間變化的曲線圖，是實(shí)施按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施方案中監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的方法時(shí)得到的，其中的結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米
管，以及其中的曲線圖顯示在正常的和有效的生產(chǎn)單壁碳納米管期間的電流特 征；圖24B是顯示電流隨時(shí)間變化的曲線圖，是實(shí)施按本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施方案中監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的方法時(shí)得到的，其中的結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米 管，以及其中的曲線圖顯示在一個(gè)有問題的和無效的生產(chǎn)單壁碳納米管期間的電 流特征；圖25是顯示監(jiān)測(cè)設(shè)備的電阻隨時(shí)間變化的曲線圖，由圖24A和24B的曲線 圖得到；圖26是光吸收曲線圖，表示發(fā)射功率與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，這是按本發(fā)明的 另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生期間通過光學(xué)裝置得到的，其 中的光學(xué)裝置包括一個(gè)激光He-Ne632. 8nm，并其中的結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管；圖27是顯示按本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的納米纖維結(jié)構(gòu)物微觀集合體 的照片，其中的結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管；圖28是顯示按本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的納米纖維結(jié)構(gòu)宏觀集合體的 照片，其中的宏觀集合體包含大量示于圖27的微觀集合體。
具體實(shí)施方式
下述的例子是以非限定的方式說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案。 首先參看圖l，圖中展示了生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物物的系統(tǒng)9，該系統(tǒng)包括配 有等離子管14的等離子炬12，此等離子管14攜帶一等離子體放出端16。當(dāng)需 要的納米纖維結(jié)構(gòu)物是碳納米管時(shí)，等離子炬可產(chǎn)生比如包含一部分電離的惰性 氣體原子、含碳的物質(zhì)和金屬催化劑的等離子體18。該系統(tǒng)也包含一個(gè)石英管 20，在流體流動(dòng)中，此管與等離子體放出端16見是可連通的。管20置于烘爐 22上。沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備放置在管20的下游，在流體流動(dòng)中，此兩者 也是可連通的。包含在等離子體18中的已電離的顆粒進(jìn)入烘爐22。當(dāng)使用該系 統(tǒng)產(chǎn)生碳納米管時(shí)，在烘爐22中碳原子或分子與金屬催化劑原子凝縮，形成包含 納米纖維結(jié)構(gòu)物物如單壁碳納米管，多壁碳納米管或其混合物的氣相物。特別優(yōu) 選單壁納米管。隨后氣相或氣相混合物被引入設(shè)備24，在此設(shè)備中納米纖維結(jié) 構(gòu)物物發(fā)生沉積并進(jìn)一步被回收。正如從圖2和圖3可看到的，生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的系統(tǒng)10和11與系統(tǒng)9
是類似的，不同的是系統(tǒng)10和11每一個(gè)都包含兩個(gè)沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè) 備24 (或沉積單元)。此外系統(tǒng)10和11每一個(gè)都包含一個(gè)分配裝置或選擇裝置 26。系統(tǒng)10和系統(tǒng)11之間的不同在于它們選擇沉積單元的器件不同，或其它方 面，如其分別選用閥門28和29的不同。系統(tǒng)10和11兩者都可以藉助分配裝 置有選擇地供給其兩個(gè)設(shè)備或沉積單元中的任一個(gè)。圖4中詳示的設(shè)備24包含一個(gè)長形部件或限定內(nèi)腔的沉積室30，該室有一 個(gè)入口 32和一個(gè)出口 34。優(yōu)選長形部件起第一電極的作用，第二電極36通過 長形部件30插入。電極30和36在是隔開的，并界定了它們之間的空間38。電 極30和36基本上是相互平行的，優(yōu)選平行，更優(yōu)選基本上共軸排列。在電極 30和36間施加電位差以產(chǎn)生電場(chǎng)。電極36是可旋轉(zhuǎn)地安置在一個(gè)帶有馬達(dá)40 的支撐部件39上。圖5表示電極37，這是圖4所示的電極36的變體。圖6和7給出了設(shè)備109的圖片，它與圖4所示的設(shè)備24是類似的。設(shè)備 24和109之間的主要區(qū)別是后一設(shè)備設(shè)有觀察窗42， 44和46，這就容許使用者 觀察納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極37上的沉積。圖12呈現(xiàn)的是沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備124。該設(shè)備包含一個(gè)長形部件 或限定了一個(gè)內(nèi)腔并具有一個(gè)入口 132和一個(gè)出口 134的箱室。入口 132與用于 產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物物如碳納米管特別是單壁碳納米管的等離子炬(未示出)的 石英管120在流體流動(dòng)中是相通的。長形部件130起第一電極的作用，第二電極 136通過長形部件130插入。電極130和136在是隔開的并界定了它們之間的空 間138。入口 132與空間138以及出口 134在流體流動(dòng)中是相通的。電極130和 136基本上是相互平行的，優(yōu)選平行，更優(yōu)選基本上共軸排列。在電極130和 136間施加電位差。此設(shè)備還包含光探針121，光探針包括產(chǎn)生光束123的激光 122，和光檢測(cè)儀125。優(yōu)選將光探針121放置在管120和入口 132之間，并調(diào) 整使其發(fā)射的光束123與在管120中流動(dòng)的結(jié)構(gòu)物和入口 132的相通是可視的。 該設(shè)備也配備了一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置237，通過操作閥門229，此裝置在流體流動(dòng)中可 選擇性地與空間138和入口 132相通。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的懂得這樣一 種設(shè)備適合于沉積碳納米管以及此前定義的很多其它納米纖維結(jié)構(gòu)物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也會(huì)懂得設(shè)備124是適合于安置在任何類型的離子炬上 以及安置在用于產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物如HiPco、激光汽化、氣相化學(xué)蒸汽沉積、 電弧和火焰的任何設(shè)備的下游。事實(shí)上，它可以安裝于納米纖維結(jié)構(gòu)物的任何氣相合成中。正如圖13中詳示的，監(jiān)測(cè)裝置237包含一長形部件或限定了一個(gè)內(nèi)腔并具 有一個(gè)入口 232和一個(gè)出口 234的箱室。入口與閥門229在流體流動(dòng)中是相通的。 優(yōu)選長形部件230起第一電極的作用，第二電極236通過長形部件230插入。電 極230和236是隔開的并界定了它們之間的空間238。入口 232與空間238以及 出口 234之間在流體流動(dòng)中是相通的。電極230和236基本上是相互平行的， 優(yōu)選平行，更優(yōu)選基本上共軸排列。在電極230和236間施加電位差以產(chǎn)生一 個(gè)電場(chǎng)。電極236是可旋轉(zhuǎn)地安裝在一帶有馬達(dá)240的支撐部件239上。光探針 或裝置221安裝在鄰接入口 232的位置，入口 232與閥門229以及空間138之間 在流體流動(dòng)中是相通的。裝置221包含產(chǎn)生激光束223的激光222和光檢測(cè)儀 225。裝置221還設(shè)有窗227容許激光束223通過部件230。正如圖14所示，沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備324包含一個(gè)長形部件或限定了 一個(gè)內(nèi)腔并具有一個(gè)入口 332和一個(gè)出口 334的箱室。入口 332在流體流動(dòng)中與 電離單元335或335'的輸入口 337之間是相通的，此電離單元有一個(gè)適合于從 制備納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備接受該結(jié)構(gòu)物的入口 333。這個(gè)設(shè)備的納米纖維結(jié)構(gòu) 物合成過程與HiPco，激光汽化，氣相化學(xué)蒸汽沉積，電弧和火焰的不同。實(shí)際 上，它可以安裝于納米纖維結(jié)構(gòu)物的任何氣相合成中。事實(shí)上兩種型式的電離單 元335或335'都可使用(見圖15和16)。長形部件330起第一電極的作用，第 二電極336是通過長形部件330插入的。電極330和336是隔開的并界定了它 們之間的空間338。入口 332與空間338以及入口 334之間在流體流動(dòng)中是相通 的。電極330和336基本上是相互平行的，優(yōu)選平行，更優(yōu)選基本上共軸排列。 在電極330和336間施加電位差。電極336可旋轉(zhuǎn)地安裝在一帶有馬達(dá)340的 支撐部件339上。正如圖15詳示的，電離單元335包含有入口 333，出口 337和 一對(duì)電極342 和344.正如圖16詳示的，電離單元335'包含有入口 333，出口 337和一個(gè)產(chǎn) 生及時(shí)可變磁場(chǎng)的線圈.圖17顯示沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備424，它包含一個(gè)長形部件或限定一 內(nèi)腔，并有一個(gè)入口 432和一個(gè)出口 434的箱室430。優(yōu)選長形部件起第一電極 的作用，第二電極436插入長形部件430。電極430和436在是隔開的，并界 定了它們之間的空間438。入口 432在流體流動(dòng)中與空間438以及出口 434之間 相通。入口 432適合于容納來自產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備的含有該結(jié)構(gòu)物的 氣相物。入口包含一個(gè)閥門447，可選擇性的容許結(jié)構(gòu)物從生產(chǎn)結(jié)構(gòu)物的的設(shè)備(未顯示)通過并進(jìn)入到設(shè)備424。設(shè)備424還含有一個(gè)包括部件442和444 的刮具。部件442以可滑行的方式安裝在設(shè)備424中，并調(diào)整使之能引發(fā)部件 444刮除沉積在電極436上的結(jié)構(gòu)物。當(dāng)部件442向下移動(dòng)時(shí)就能有效地刮除沉 積在電極430上的結(jié)構(gòu)物。設(shè)備424進(jìn)一步包含收集單元439，此單元包括收 集室441和接收室443。在收集室441和接收室443之間有一閥門445，當(dāng)需要 時(shí)，閥門就容許結(jié)構(gòu)物通過并進(jìn)入室441。收集單元439還包含傳送結(jié)構(gòu)物進(jìn)入 室441的器件，如活塞449。這類器件也可以是以種氣流(優(yōu)選一種惰性氣流如 氬氣或氦氣)或是一種加壓系統(tǒng)。設(shè)備424還有幾個(gè)觀察窗。在系統(tǒng)9中(圖1)，含有納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物在通過空間38之前首先 被引入到設(shè)備24的入口 32中(圖4)。通過施加在電極30和36之間的電位差 在空間38內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng)。當(dāng)納米纖維結(jié)構(gòu)物被送入這樣一個(gè)電場(chǎng)時(shí)，便會(huì) 在自動(dòng)集合成大的纖維結(jié)構(gòu)之前就趨向于在氣相中聚集。過程開始時(shí)幾乎不存 在電流，因?yàn)闅庀嘀袥]有電離的顆粒懸浮。當(dāng)納米纖維結(jié)構(gòu)物被送入這樣一個(gè) 電場(chǎng)時(shí)，納米纖維結(jié)構(gòu)物便易于電離。隨后這些電離的顆粒將發(fā)生聚集，因?yàn)?這些高寬比很大的一維結(jié)構(gòu)物攜帶的電荷會(huì)誘導(dǎo)大的(或較大的)電偶極矩。 例如5陶長的由5—10個(gè)納米管組成的單壁碳納米管束，攜帶了總電荷為q的 4個(gè)電子，其偶極矩P的大小可以進(jìn)行計(jì)算。在這樣一個(gè)實(shí)例中發(fā)現(xiàn)其偶極矩值 比水的偶極矩(^=6.0x10-加Cm)大105—106倍:P=qL=4 x 1.6xl(T19C x 5Wn=5. 3 x IOV水 如此高的偶極矩是異常的；這是由于納米結(jié)構(gòu)物很大的外形比值(長/直徑)引 起的。如此的偶極容許不同碳納米管的聚集，因?yàn)榕紭O的相互作用能將能克服分 開一幾個(gè)微米數(shù)量級(jí)距離的熱能，這就解釋了為什么觀察納米管的聚集，臨界的 密度是必要的。因聚集過程發(fā)生于氣相就使聚集變得更易受庫侖相互作用的影 響，因?yàn)榕c庫侖相互作用(~l/r2)比較，偶極相互作用(~l/r3)的相對(duì)強(qiáng)度 隨聚集體之間的分開距離的增加而減小，產(chǎn)生的顆粒將擴(kuò)散并被引向電極或其它 相反極性的聚集體。此過程將持續(xù)直到碳納米管的聚集體集合成大的宏觀細(xì)絲(長于l厘米)，宏觀細(xì)絲將試圖在電極上搭橋。當(dāng)帶有永久的或誘導(dǎo)的電偶極 矩的顆粒懸浮氣相中時(shí)，可觀察到類似的現(xiàn)象，如在Abrahamson等在Journal of Electroststics 55, (2002), 43-63;Tang 等 在Science297, (2002)，237-240;Schleicher 等在 Journal of Colloid and Interface Science 180， (1996)， 15-21中所述。所有上述的這些文獻(xiàn)在此均被 引入供參考。因?yàn)榧{米纖維結(jié)構(gòu)物具有納米尺寸(即直徑小于約lOOnm)，這就容許在結(jié) 構(gòu)物頂部或表面的局部電場(chǎng)有顯著的增加，這樣由于電場(chǎng)效應(yīng)或肖特基發(fā)射效應(yīng) 使結(jié)構(gòu)物易于發(fā)射電子。即使納米纖維結(jié)構(gòu)物是絕緣體、半導(dǎo)體或?qū)w都存在這 種效應(yīng)。在設(shè)備24中，當(dāng)納米纖維顆粒逐漸沉積到電極36上時(shí)，鑒于場(chǎng)效應(yīng)或肖特 基效應(yīng)，電場(chǎng)和電流都會(huì)增大。同一現(xiàn)象也發(fā)生于設(shè)備24， 124， 237， 324，和 424。局部電場(chǎng)會(huì)大到足以使顆粒尖端崩裂，由此發(fā)生雪崩并擴(kuò)展至形成納米纖 維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，最終形成該宏觀集合體的細(xì)絲。隨后大量細(xì)絲形成細(xì)絲 纏結(jié)體，此纏結(jié)體具有如圖19所示的類網(wǎng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)型，這樣就得到了宏觀的類 網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這種纏結(jié)體或類網(wǎng)結(jié)構(gòu)包含納米纖維結(jié)構(gòu)物及其聚集體，聚集體是相互 纏結(jié)并通過靜電力和極化力連結(jié)在一起的。隨后的加熱也能形成更強(qiáng)的化學(xué)鍵。 由于電極間的放電，可以看到單壁碳納米管網(wǎng)；因此它與放電的電流光具有相同 的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，單壁碳納米管聚集體是按電場(chǎng)線排列的，類似于磁場(chǎng)線中的鐵 屑。這就得以產(chǎn)生本發(fā)明所述的宏觀集合體。大量的這種集合體構(gòu)成一種如網(wǎng)的 構(gòu)型的網(wǎng)絡(luò)(見圖8微觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)和圖19宏觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu))這種構(gòu)型物的形成指 示了碳納米管的存在，因?yàn)闊o定型碳不足以把局部電場(chǎng)增強(qiáng)到形成網(wǎng)的構(gòu)型，當(dāng) 僅有無定型碳存在時(shí)只能形成小薄片。包含在氣流中不沉積的顆粒從設(shè)備24通 過出口 34排出。這個(gè)出口也包含一個(gè)過濾器(未顯示)以阻止有害顆粒的逸出。因?yàn)槌练e的納米纖維結(jié)構(gòu)物的細(xì)絲有在電極30和36上搭橋的趨勢(shì)，經(jīng)過一 定的時(shí)間后最終會(huì)阻塞電極間(空間38)的通道，因此優(yōu)選電極36是旋轉(zhuǎn)式的 以便可以連續(xù)操作。電極36的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致細(xì)絲形成纏結(jié)體或環(huán)繞電極36纏繞的 類網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這就防止了沉積物在電極上搭橋并最終阻塞空間38。因此，沉積物 看上去不再像一個(gè)網(wǎng)。這樣一個(gè)纏繞的構(gòu)型類似于棉花糖的構(gòu)型，并已清楚地示 于圖9和10。示于圖5的電極37己具有優(yōu)選的構(gòu)型，最適于沉積物環(huán)繞電極纏 繞。用這種方法得到的纏結(jié)體與內(nèi)電極36或37—樣長。此外，所獲得的單壁碳 納米管宏觀集合體的細(xì)絲是高度排齊的。并有很低的密度，這就構(gòu)成了很重要的 特征。當(dāng)使用這些集合體體制備傳導(dǎo)材料時(shí)，這種特性是特別重要得的。沉積也 可以使用不旋轉(zhuǎn)的電極36或37迸行，但空間38在經(jīng)歷長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后易于被堵 塞。通過使用分別示于圖2和3的系統(tǒng)10或11，納米纖維結(jié)構(gòu)物的合成可以以 一種連續(xù)的方式進(jìn)行。當(dāng)氣相物從管20流出引入分配裝置26時(shí),可通過閥門28 或29選擇性地將它導(dǎo)至設(shè)備24中的任何一個(gè)。如把氣相物供給設(shè)備24中的某 一個(gè)，使其在此中沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物時(shí),就可關(guān)閉另一個(gè)設(shè)備24的電位差，以 便回收沉積在這些設(shè)備的電極36或37上的納米纖維結(jié)構(gòu)物。在這種情況下，可 將馬達(dá)40和電極36移出設(shè)備24。此步驟完成后，該設(shè)備24可再使用于沉積納 米纖維結(jié)構(gòu)物。因此沉積可在每個(gè)設(shè)備24中交替進(jìn)行.示于圖12的設(shè)備124與示于圖4的設(shè)備24是類似的，不同的是它帶有一個(gè) 光探針121和一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置237。這樣,此中的納米纖維結(jié)構(gòu)物可以與前面就設(shè) 備24所述的類似的方式沉積至監(jiān)測(cè)裝置237中(在長形部件或沉積室130中)。 就探針121和監(jiān)測(cè)裝置237而言，設(shè)備124工作如下產(chǎn)生的納米纖維結(jié)構(gòu)物先 通過管120和入口 132,進(jìn)入設(shè)備124，更具體的是進(jìn)入空間138，然后沉積在電 極上,特別優(yōu)選沉積在電極136上。在結(jié)構(gòu)物進(jìn)入空間138和暴露于電場(chǎng)之前， 使用激光光束選擇性地檢測(cè)結(jié)構(gòu)物以進(jìn)行對(duì)它們的分析。從該檢測(cè)步驟可獲得許 多信息，如結(jié)構(gòu)物的密度和結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)生速率。監(jiān)測(cè)裝置237 (見圖12和13)在需 要時(shí)，在流體流動(dòng)中可與空間138連通以便規(guī)律地檢測(cè)或探測(cè)從入口 132進(jìn)入的 氣相物。因此在一個(gè)選定的時(shí)間內(nèi)閥門229是開著的以便得到新鮮產(chǎn)生的含有所 需結(jié)構(gòu)物的氣相樣品。 一旦閥門229關(guān)閉，就對(duì)中心電極236施加電場(chǎng)以產(chǎn)生依 賴于納米纖維結(jié)構(gòu)物密度的電流-時(shí)間特征,其中的納米纖維結(jié)構(gòu)物例如是懸浮 于監(jiān)測(cè)室的碳納米管。從上述性質(zhì)的特征，通過與此前測(cè)定所標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖 相比較的方法，就可以監(jiān)測(cè)氣相中包含的碳納米管的密度和質(zhì)量，上面所說的測(cè) 定包括熱解重量分析(TGA)，掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)。通 過使用偏振的或非偏振的光探針檢測(cè)還可能獲得更多的關(guān)于氣相物的信息。得到 的其它信息可以是密度、生產(chǎn)速率、懸浮結(jié)構(gòu)物的特性和排列程度。于是就可用 監(jiān)測(cè)裝置產(chǎn)生如圖23至26所示的曲線圖。 一旦完成分析就可以關(guān)閉電場(chǎng);在重 新打開閥門得以進(jìn)行新鮮氣流樣品的取樣之前，可使中心電極236旋轉(zhuǎn)，使之巻 起搭橋于電極上的納米管細(xì)絲。在每次氣相探測(cè)間，可以清潔監(jiān)測(cè)裝置237。也 可以選擇使用多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置。監(jiān)測(cè)過程開始時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置或沉積設(shè)備的電極間的電流可以忽略不計(jì)，因懸 浮流中沒有顯著量的電離顆粒。當(dāng)含有碳納米管的氣相或氣相混合物進(jìn)入類似圖12的設(shè)備的入口時(shí)，由于這些碳顆粒可發(fā)射電子而更容易帶上電荷，電流便升 高了。于是隨著設(shè)備中碳納米管密度的增高，電流發(fā)生戲劇性的增強(qiáng)。例如，當(dāng)含 碳納米管的氣相物引入后，電流可從10uA增大至大于lmA。其他的碳顆粒也會(huì) 增高電流，但永不會(huì)到達(dá)納米管所到達(dá)的水平。需注意的重要點(diǎn)是,當(dāng)納米管達(dá)到臨界密度時(shí)會(huì)發(fā)生顯著的電流升高。在到 達(dá)此閾值的密度時(shí)，碳納米管聚集成大細(xì)絲的過程便發(fā)生了，而細(xì)絲會(huì)試圖在電 極上搭橋。當(dāng)這些大的納米管細(xì)絲懸浮在氣相中時(shí)電流就增大了。當(dāng)阻止這些結(jié) 構(gòu)物在電極130和136上搭橋時(shí)，比如使它們巻在中心電極上，則電流仍然保持高 的水平。顯然,如果讓細(xì)絲自由地在電極上搭橋，電流將極大地增加，甚至增加10 到20倍以上.這些有趣的效應(yīng)可用來檢測(cè)碳納米管的存在，也可以用于比較合成 實(shí)驗(yàn)中碳納米管的產(chǎn)生速率。的確，碳納米管的不同的產(chǎn)生速率將導(dǎo)致不同密度 的懸浮顆粒，這將影響電極間產(chǎn)生的電流。電流行為己試驗(yàn)性地應(yīng)用于等離子矩 合成過程條件的優(yōu)化。監(jiān)測(cè)裝置237中電流對(duì)時(shí)間關(guān)系的分析可通過定量參數(shù)進(jìn)行。平均電流，其 標(biāo)準(zhǔn)偏差，電極間電阻，以及納米管聚集過程中電流升高的導(dǎo)數(shù)都能用于監(jiān)測(cè)碳 納米管的產(chǎn)生。高的平均電流值是與監(jiān)測(cè)裝置的氣相中碳納米管的高密度相伴隨 的。電流標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)其平均值的比是與電極間形成的碳納米管細(xì)絲的纏繞相關(guān) 的。實(shí)際上，當(dāng)氣相中形成的細(xì)絲濃度高時(shí)它更容易巻起，因?yàn)榧?xì)絲更長。在低 濃度時(shí)，小的納米管細(xì)絲趨向于仍然懸浮在氣相中和兩個(gè)電極上，而不是纏繞。 通常這種情況將導(dǎo)致電極136旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生更多的電流峰值，即電流標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì) 電流平均值的比值較高。從電流特征也可以計(jì)算監(jiān)測(cè)室電極間的電阻。就現(xiàn)在的監(jiān)測(cè)裝置237，在沒 有生產(chǎn)納米管時(shí)會(huì)給出一個(gè)高于50MQ的電阻，然而在良好的納米管生產(chǎn)狀況下， 其電阻則低于50M!Q。如果不防止細(xì)絲在電極上搭橋的話，那么取決于監(jiān)測(cè)裝置 的大小，電阻甚至可能會(huì)達(dá)到很低的幾個(gè)k!Q的值。聚集過程開始后電流的急劇 升高可以通過求電流對(duì)時(shí)間的微分來度量。在監(jiān)測(cè)裝置中的顆粒產(chǎn)生速率相同的 情況下，對(duì)于純度更高的生產(chǎn)而言，電流升高，即導(dǎo)數(shù)將會(huì)更大，因?yàn)樗鼘?dǎo)致氣
相中產(chǎn)生更高密度的碳納米管。監(jiān)測(cè)裝置的響應(yīng)時(shí)間是由其體積和納米管產(chǎn)生速率決定的，因?yàn)樵谟^察其電 流特征的特征性"簽字"之前，需要達(dá)到臨界的密度。因此，如圖12所示那樣，至少有一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置在流體流動(dòng)中與沉積室相通，使之可規(guī)則地探測(cè)或檢測(cè)碳納 米管的產(chǎn)生是有很大的好處的。此外這樣的監(jiān)測(cè)裝置還可以避免電流分析中的人 為因素。在監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物的產(chǎn)生時(shí)，電流分析是很重要的。也可以同時(shí)使用光 探針作為補(bǔ)充，因?yàn)楣馕湛杀O(jiān)測(cè)產(chǎn)生速率或恰好在聚集過程發(fā)生前評(píng)價(jià)懸浮的納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度?？墒褂靡粋€(gè)或多個(gè)光探針。正如圖12所示， 一個(gè)光學(xué) 裝置可安裝在靠近沉積設(shè)備124的入口的沒有施加電場(chǎng)的區(qū)域。另一個(gè)光學(xué)裝置 可安裝在靠近監(jiān)測(cè)裝置的入口的位置，如圖13所示。在監(jiān)測(cè)裝置中光吸收隨顆 粒密度的增加而增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)時(shí)臨界密度時(shí)便突然下降。因此使用該最大吸收來 評(píng)價(jià)納米纖維結(jié)構(gòu)物，如碳納米管，的密度時(shí)，需要得到這些結(jié)構(gòu)物的聚集體。 這種測(cè)量法與在制備所需結(jié)構(gòu)物過程中注入的含碳物質(zhì)，以及與懸浮結(jié)構(gòu)物間的 偶極反應(yīng)能是相容的。如圖13所示，位于監(jiān)測(cè)室的施加電場(chǎng)區(qū)域的激光光束可 用來進(jìn)行光吸收的測(cè)量。由He-Ne激光和光探測(cè)器所獲得的代表性的透射功率示 于圖26。其它類型的激光如氬氣(488和514nm) , YAG(532和脇nm)，紅寶石 (694 nm)，染料激光器和激光二極管也能使用。事實(shí)上，任何在紫外的，可見 的和紅外光譜范圍的激光都能使用。激光光束也能在探測(cè)懸浮結(jié)構(gòu)物前偏振化。 從這些資料，使用如Beer-Lambert與透射功率I的關(guān)系式，可粗略地估算懸浮 結(jié)構(gòu)物，如碳納米管，的密度錄"贈(zèng) at在Beer-Lambert關(guān)系式中的參數(shù)有1。是初始傳送功率，n^t是懸浮碳納米 管的密度，N自t是每個(gè)納米管的碳原子數(shù)(約106個(gè)原子/陶納米管)，Na是 Avogadro數(shù)(6xl023/mole) ， o是光吸收截面，R是以cm表示的光徑。光吸收 截面值按Islam等發(fā)表在Physical Review Letters, 93, 2004, 037404中的方法 測(cè)定,該值取決于光能和懸浮碳納米管的取向分布，上文也已納入供參考。圖26
所示的結(jié)果相當(dāng)于納米管密度在107cm3的范圍。光吸收結(jié)果的確定可能需要標(biāo) 定才能給出準(zhǔn)確的絕對(duì)密度。無論如何，該技術(shù)是很靈敏的，對(duì)于相對(duì)比較納米 纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)中的不同樣品是很有用的。已觀察到聚集過程開始后透射功率緩 慢下降，這可能是由觀察窗有時(shí)會(huì)被碳層遮蓋這一事實(shí)引起的，為避免這種情況 的發(fā)生，可以使用氣流沖擊觀察窗來防止碳顆粒遮蓋，使光束得以通過。這些供 監(jiān)測(cè)的方法和設(shè)備可適用于很多納米纖維結(jié)構(gòu)物如等離子炬(射頻，或感應(yīng)電 弧，轉(zhuǎn)移電弧，DC，微波等)，HiPco，激光汽化，氣相化學(xué)蒸汽沉積，電弧和火焰 的合成方法和設(shè)備。事實(shí)上，它可以安裝于任何納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相合成.示于圖14的設(shè)備324與示于圖4的設(shè)備24類似，不同的是它包含一個(gè)電離 單元335或335'。納米纖維結(jié)構(gòu)物以前面就設(shè)備24所述的類似的方式沉積到 設(shè)備324中。對(duì)于電離單元335或335'(見圖15和16)，設(shè)備324是如下工作的 首先需指出就相同的電極長度和施加電壓，電離單元是用于增加其沉積設(shè)備效率 的。當(dāng)氣相物被引入電離單元335或335時(shí)，此中的結(jié)構(gòu)物就服從于電極342和 344(在單元335中)間的電流或由線圈346(在單元335'中)所產(chǎn)生磁場(chǎng)的感應(yīng)電 流。將電離和沉積步驟分開就更方便于同步荷電，因此可以在氣相進(jìn)入空間338 之前就極化懸浮于其中的結(jié)構(gòu)物。當(dāng)電流通過攜帶在氣相中的顆粒時(shí)就發(fā)生了電 離。因?yàn)榇蟛糠诸w粒荷電，隨著空間338中的氣體流向出口，加快了類網(wǎng)結(jié)構(gòu)的 納米管的集合速度。由于增加了電離單元，納米纖維結(jié)構(gòu)物也可以于沉積室中在 較低的電功率下沉積，因?yàn)殡婋x懸浮顆粒已消耗了所需的那部分功率。因此這也 有助于防止沉積期間損傷結(jié)構(gòu)物。示于圖17的設(shè)備424類似于圖4所示的設(shè)備24，不同的是它包含一個(gè)收集 室441， 一個(gè)接受元件443和一個(gè)活塞449.納米纖維結(jié)構(gòu)物以在設(shè)備24中所述 的類似的方式沉積在電極上(優(yōu)選電極436).當(dāng)結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)停止時(shí),使用刮具 440將沉積在電極436上的納米纖維結(jié)構(gòu)物刮除。部件442是下行的以便接觸部 件444并引發(fā)部件444刮除沉積在電極436上的結(jié)構(gòu)物。這種滑行也引發(fā)部件 442刮除沉積在電極430上的結(jié)構(gòu)物。從電極430和436除去的結(jié)構(gòu)物由接收室 443回收，然后借助活塞449輸送至收集室441。結(jié)構(gòu)物也可以包裝后進(jìn)入收集室 441。優(yōu)選保持收集單元處于惰性氛圍中以減少結(jié)構(gòu)物暴露于氧或濕氣中的危險(xiǎn).按本發(fā)明，納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體可形成細(xì)絲(見圖28)，尤其形成細(xì) 絲的纏結(jié)體。納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體是由大量示于圖27的微觀集合體組 成的。宏觀集合體可以是泡沫的形態(tài)?？梢哉f此結(jié)構(gòu)物是類似于類-氣凝膠結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)物，類-氣凝膠結(jié)構(gòu)是在氣溶膠-氣凝膠轉(zhuǎn)型過程中形成的(見Lushnikov et aU,.cs7 Ze"e/;s" 175， (1991)， 138-142: Schleicher et al./o"r朋J of 6b/7ojV朋c/ i/3Z^r/ace 5bie"ce 180, (1996)， 15-21)。 此結(jié)構(gòu)物 是單個(gè)的和/或成捆的納米管的集合體，成捆的納米管則是在宏觀網(wǎng)架中以一定 程度排齊的纏繞在一起的結(jié)構(gòu)物。此結(jié)構(gòu)物含顯著比例的空穴或孔隙，從而導(dǎo)致 材料具有很低的密度。例如，電極間形成的細(xì)絲可能有一種類似于閃電形式的分 形結(jié)構(gòu)，并且可能具有極其低的密度以至于可飄浮在氣流或空氣中，這表明其密 度已略低于1.3mg/cm3。當(dāng)細(xì)絲集合并纏繞在中心電極上時(shí)，由于通過非共價(jià)鍵 如Van der Waals力或氫鍵或這兩種力結(jié)合的交聯(lián)，它們被緊縮至低于5 mg/cm3 的密度。此后的操作也會(huì)使結(jié)構(gòu)緊縮但通常保持約8 mg/cm3或低于此的密度。 應(yīng)注意這些密度是對(duì)非純化樣品而言的，樣品中含有約15—20%重量的鐵催化 劑納米顆粒。這種具有泡沫形或類一氣凝膠結(jié)構(gòu)的集合體機(jī)械抗性低，容易變形 和被壓緊。不過經(jīng)過處理可以改變?nèi)踅宦?lián)鍵從而加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)。這些處理可以是退 火，歐姆加熱，紫外照射。納米纖維結(jié)構(gòu)物如碳納米管的宏觀集合體也可以末端 功能化或側(cè)壁功能化以形成共價(jià)的和離子的交聯(lián)。 以下實(shí)施例僅說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。實(shí)施例l:納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，采用沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該 實(shí)驗(yàn)中使用類似圖4所示意的設(shè)備。上述用來沉積絲狀結(jié)構(gòu)物的設(shè)備作為產(chǎn)生單 壁碳納米管的等離子炬的下游，以沉積該結(jié)構(gòu)物。該等離子炬類似于 US2003/0211030的圖1所示的等離子炬，該專利在此全部引入作為參考。有關(guān) 此等離子炬的全部參數(shù)都用計(jì)算機(jī)通過軟件LABVIE礦控制。該參數(shù)也可以用手工 控制。用于產(chǎn)生主要等離子體的惰性氣體是氬氣，金屬催化劑是二茂鐵，含碳的 氣體是乙稀，以及冷卻氣體是氦。另外還向排出等離子體的一端注入氦氣，以防 止碳的沉積。先將二茂鐵加熱至80-IOO'C，然后注入。氬氣流為約3200sccm (每 分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方分米)。兩種氦流均穩(wěn)定在約3250sccm，乙烯流為50-100sccm。爐 溫保持在約900-IOO(TC，并用高溫計(jì)進(jìn)行測(cè)定。電磁輻射(微波)源的功率為 1500W,反射的功率約為200W。耐熱管件由石英制成。等離子體管由黃銅制成。
進(jìn)料管由不銹鋼制成。金屬催化劑(二茂鐵)與含碳物質(zhì)(乙烯)的用量比按原 子比計(jì)，即金屬原子/碳原子，為0.02-0.06。實(shí)驗(yàn)在大氣壓及惰性的氣氛(氦 和氬)下進(jìn)行。內(nèi)電極以3-200rpm的速度旋轉(zhuǎn)。該內(nèi)電極的極性為1000-2000V。中心電極 周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度約為2.5xl()5V/rn。注入的逆流氦流約為1500sscm。通過使用這 種具有旋轉(zhuǎn)電極的沉積設(shè)備，可以觀察到包含單壁碳納米管宏觀集合體的細(xì)絲的 形成，而且電極的旋轉(zhuǎn)防止了單壁碳納米管細(xì)絲在兩個(gè)電極之間搭橋。因此，電 流保持在大約1-10mA的相對(duì)低的值。實(shí)際上這些細(xì)絲是圍繞著電極巻起來，其 沉積類似于圖9和10中所示的沉積。在1小時(shí)內(nèi)可以得到大約500g單壁碳納米 管，純度按重量計(jì)約為40-50%。所得的宏觀集合體的密度約為5mg/cm3 。沉積物 的形式是泡沫體。用上述等離子炬技術(shù)所得的單壁碳納米管的宏觀集合體的純度 (或按重量計(jì)的單壁碳納米管的含量)按重量計(jì)至少為25%,優(yōu)選按重量計(jì)至少 為40%，更優(yōu)選按重量計(jì)至少為45%，甚至更優(yōu)選按重量計(jì)至少為50%，還甚至 更優(yōu)選按重量計(jì)至少為55%。還甚至可以達(dá)到按重量計(jì)至少為60%或至少75%的 純度。采用在2005年3月25日提出申請(qǐng)的US60/664， 952以及在2006年3月 23日提出申請(qǐng)的題為"純化碳纖維結(jié)構(gòu)物的方法和設(shè)備"的國際申請(qǐng)(PCT/CA) 中所述的純化方法和/或設(shè)備，并結(jié)合本發(fā)明的方法和設(shè)備，所得單壁碳納米管 的宏觀集合體的純度至少為60%。實(shí)施例2:納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積本實(shí)施例采用類似于圖12所示的沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。更具 體地說，該沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備位于用來產(chǎn)生單壁 碳納米管(如圖1所示)的等離子炬的下游。所用的等離子炬類似于 US2003/0211030中的圖2所述的等離子炬。對(duì)該等離子炬的操作方式類似于實(shí) 施例1中所述。在等離子炬工藝中，單壁碳納米管的生產(chǎn)一開始，即將含有合成的顆?；?納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物送入沉積設(shè)備的入口管。該氣相物類似煙并積累在沉積 室，在沉積室的中心電極施加電壓，以便產(chǎn)生電場(chǎng)。在本實(shí)施例中，在直徑為 0. 3cm的內(nèi)電極和直徑為25cm的外電極之間施加了 3000V的負(fù)電勢(shì)差，該電勢(shì) 差相當(dāng)于約2. 3 x 105V/m的宏觀電場(chǎng)強(qiáng)度。沉積設(shè)備的電極之間的電流流動(dòng)與時(shí)
間的關(guān)系如圖ll所示。在懸浮碳納米管的密度達(dá)到臨界密度后的1或2分鐘之后，電流急驟升高， 這是因?yàn)閼腋〉奶技{米管在進(jìn)行聚集的過程，并形成小的碳納米管聚集體(長度 在厘米的范圍(參見圖18))。隨后，形成單壁碳納米管的宏觀集合體，從而獲 得大的細(xì)絲，該細(xì)絲具有在沉積設(shè)備的電極之間搭橋的能力。這些形成的細(xì)絲的 長度受到電極130和136之間空隙的限制(如圖19所示，約10cm)。由于中心 電極是在旋轉(zhuǎn)的，這些細(xì)絲然后就巻起在中心電極上，形成巻起的細(xì)絲的纏結(jié)體， 如在圖9和10中所示。納米纖維結(jié)構(gòu)物(在本實(shí)施例中為單壁碳納米管)的集 合體的外觀為泡沫狀。在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)速度約為30RPM。優(yōu)選足夠慢的旋轉(zhuǎn) 速度，以便使細(xì)絲巻起的條件最佳化，該細(xì)絲巻起形成的時(shí)間比例為秒的范圍。 該時(shí)間比例根據(jù)電極間的空隙、納米管在氣相物中和在長形部件或沉積室中的密 度、以及所施加的電壓而不同。上述過程的效率可以根據(jù)沉積室的長度、流動(dòng)的速率、納米管產(chǎn)生的速率、 納米管的純度、旋轉(zhuǎn)速度、以及施加的電場(chǎng)強(qiáng)度而改變。未沉積的顆粒在被過濾器(未示出)截留之前會(huì)流到排出口，從生產(chǎn)的觀點(diǎn)看， 會(huì)看作為損失。在本實(shí)施例中，沉積效率達(dá)到98%以上，沉積的長度為60cm，流 動(dòng)速率為IOSLM，以及生產(chǎn)率為0. 2g/hour。對(duì)所得的單壁碳納米管進(jìn)行了某些分析。事實(shí)上，透射電子顯微鏡(TEM) (圖20)、拉曼光譜(圖21)、熱解重量分析(TGA)(圖22)清楚地表明單壁碳 納米管的存在。這些分析也確認(rèn)了沉積在電極上的納米管的純度。實(shí)際上，巻繞 在電極上的纏繞細(xì)絲(參見圖9和10)的影像圖(參見圖20)表明單壁碳納米 管的直徑為lnm，并組成直徑約為5nm的小管束。在用碳納米管進(jìn)行合成的過程 中，也能看到所產(chǎn)生的無定形碳和鐵催化劑納米顆粒。用激光在785nm發(fā)射得到 的示于圖21的拉曼光譜也證實(shí)了單壁碳納米管的存在，因?yàn)樵谠搱D的后面部分， 可看到該納米管在低頻率范圍內(nèi)典型的徑向放氣模式(RBM)的特征。用圖22 的TGA評(píng)價(jià)單壁碳納米管沉積樣品的總純度，按重量計(jì)為50%以上，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如 下斜升率5°C/mjn，氣體流動(dòng)55sccm，樣品質(zhì)量4mg,氣體組分95%&和5%02。 如圖22所示，常用作表示沉積純度的灰分含量的值為27%。這樣得到的單壁碳 納米管的宏觀集合體的密度約為5mg/cm3。
實(shí)施例3:納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的監(jiān)測(cè)本實(shí)施例采用類似圖13所示的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。更具體地說，用來監(jiān)測(cè)納米纖 維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備安裝在類似于圖12所示的用于沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備之上。上述用于沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備位于生產(chǎn)單壁碳納米管的等離子炬的下游，該等離子炬如圖l所示、以及如在實(shí)施例2中所述。本實(shí)施例中，在受到電場(chǎng)作用時(shí)，利用懸浮在氣相物中的碳納米管的特定性能，以便檢測(cè)并監(jiān)測(cè)納米 管的生產(chǎn)。在對(duì)合成步驟所用的等離子體作了修改的情況下，合成單壁碳納米管的最 佳條件也要改變。例如，如果等離子炬的冷卻參數(shù)有較大的修改，則必須對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行迭代，以找出最佳的條件。通過使用類似圖13所示設(shè)備的監(jiān)測(cè)裝置， 在同一實(shí)驗(yàn)中的很多實(shí)驗(yàn)參數(shù)的迭代就能迅速完成，直至達(dá)到納米管合成的最佳 條件即，為達(dá)到同樣的生產(chǎn)率，此時(shí)在監(jiān)測(cè)裝置的電極之間的平均電流流動(dòng)最大，而且在氣相中形成了大的細(xì)絲。因此，所用的設(shè)備和方法能夠快速找出合成 納米管的合適條件。此外，在獲得合適的條件之前，不需進(jìn)行多次的試驗(yàn)即可實(shí)時(shí)進(jìn)行修改。由圖23可以看到，在合成條件太差以致不能形成碳納米管之前的 8分鐘，電流的水平非常低。由8分鐘至13分鐘，通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，例如惰 性氣體流和注入等離子炬的二茂鐵與乙烯的比率，改善了電流的狀況。在這階段， 出現(xiàn)低密度的小納米管細(xì)絲聚集體(如圖18),但就在13分鐘后即達(dá)到了最佳 條件，即形成大的細(xì)絲(如圖19)和監(jiān)測(cè)設(shè)備中的高電流。一旦合成納米管的參數(shù)達(dá)到最佳化，該生產(chǎn)即可用同樣的裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 以確保該生產(chǎn)在所有時(shí)間和每次新的實(shí)驗(yàn)中的質(zhì)量。對(duì)于正常的生產(chǎn)，通?？捎^ 察到較高的平均電流(參見圖24A),與有問題的生產(chǎn)(參見圖24B)相比，在正常的生產(chǎn)中，有高質(zhì)量的碳納米管沉積。在納米管的相對(duì)量較低時(shí)，平均電流的標(biāo) 準(zhǔn)偏差(圖24中的SD)的比率(在圖8中用百分?jǐn)?shù)表示)較大。根據(jù)電流的特征，還對(duì)監(jiān)測(cè)室的電極之間的電阻進(jìn)行了計(jì)算。在圖25中， 計(jì)算了圖24A和圖24B的碳納米管正常生產(chǎn)和有問題的生產(chǎn)的電阻，以表明在正 常生產(chǎn)中電阻達(dá)到低的水平。在聚集過程的開始，電流的急驟升高可通過求出電 流對(duì)時(shí)間的微分來測(cè)定。圖24A與圖24B相比，前者的斜率較高，可以認(rèn)為這是 因?yàn)樘技{米管的正常生產(chǎn)與有問題的生產(chǎn)的電流升高有差別的原因。 實(shí)施例4:用電離單元沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物在本實(shí)施例中，采用配備了電離單元的設(shè)備來沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物。為達(dá) 到本實(shí)施例的目的所采用的設(shè)備類似于圖14的示意圖所示的設(shè)備，該設(shè)備還配 備了與圖15的示意圖類似的電離單元。所用的電離單元包括一組電極，電流在 這組電極之間流動(dòng)(參見圖15)，以便使氣相中載有的納米管顆粒電離。如圖15 所示，對(duì)該電離單元中的電極供給低功率忒斯特線圈動(dòng)力源(〈30W)，該動(dòng)力源 給出高頻( 0.5MHz)和高壓(10-50kV)的信號(hào)?？梢钥吹?，在某種方法或裝置 中利用電離單元如實(shí)施例2所詳述來沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物，可以改進(jìn)這種方法或 設(shè)備沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的效率。實(shí)際上，對(duì)于與實(shí)施例2所述相同的生產(chǎn)參數(shù) (納米管生產(chǎn)率和純度)，即使施加在沉積設(shè)備的電極上的電壓已由3000V降低 至2000V，其沉積效率可由70%提高至90%以上。通過添加電離單元，在沉積設(shè) 備中，納米管可以在較低的電源功率下沉積。使電源的功率減到最小是十分有利 的，因?yàn)楦叩墓β蕰?huì)對(duì)產(chǎn)生的納米管造成破壞。 本案涉及的所有文件在此引入作為參考。雖然本發(fā)明已通過有詳細(xì)參考的實(shí)施方案的例子作了說明，但應(yīng)該知道， 在本領(lǐng)域的技術(shù)人員看來，對(duì)本發(fā)明會(huì)有很多修改之處，因此，以上的說明和附 圖應(yīng)看作對(duì)本發(fā)明的說明而不是限制的含義。
權(quán)利要求
1.一種宏觀納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，所說的宏觀集合體包含大量基本上以相同方向排列并結(jié)合在一起的微觀集合體，每個(gè)所說的微觀集合體包含大量成員，成員之間限定有很多空間，每個(gè)所說的成員包含納米纖維結(jié)構(gòu)物或成束的納米纖維結(jié)構(gòu)物，其中所說的宏觀集合體的密度為小于約8mg/cm3。
2. —種納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，所說的宏觀集合體包含/大量基本上 以相同方向排列并結(jié)合在一起的微觀集合體，每個(gè)所說的微觀集合體包含大量成 員，員之間限定有很多空間，其中每個(gè)所說的成員包含納米纖維結(jié)構(gòu)物或直徑 小于約lOOnm的成束的納米纖維結(jié)構(gòu)物，以及其中所說的宏觀集合體的形態(tài)為泡 沫體。
3. 權(quán)利要求2所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的密度為小于約8mg/cm3。
4. 權(quán)利要求1-3之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的束的直徑小于約 100咖，優(yōu)選小于約50nm。
5. 權(quán)利要求1-3之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的束的直徑小于約 30nm。
6. 權(quán)利要求1-3之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的束的直徑小于約 2nm-約25nm。
7. 權(quán)利要求1-6之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約10yra。
8. 權(quán)利要求1-6之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約50um。
9. 權(quán)利要求1-6之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約100iim。
10. 權(quán)利要求1-6之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中每個(gè)所說的微觀集合體 的長度為約10 li m-約100 u m。
11. 權(quán)利要求1-10之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中一些金屬顆粒和/或涂 覆物質(zhì)置于所說的成員之間。
12. 權(quán)利要求1-11之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的集合體還包含其 它的成員，這些成員位于基本上與所說的成員垂直的位置。
13. 權(quán)利要求1-12之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的形 態(tài)為細(xì)絲體。
14. 權(quán)利要求1-13之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的密 度為小于約5mg/cra3。
15. 權(quán)利要求1-13之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的密 度為小于約3mg/cm3。
16. 權(quán)利要求1-13之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的密 度為約0. 8 mg/cm3-約6mg/cm3。
17. 權(quán)利要求1-16之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體包含 至少104個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物。
18. 權(quán)利要求1-17之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合 在一起，基本上形成分形的型式。
19. 權(quán)利要求1-17之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合 在一起且基本上沿著縱軸的方向排列。
20. 權(quán)利要求1-20之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合 在一起且基本上沿著縱軸的方向按下述方式排列至少兩個(gè)鄰近的微觀成員的主 要部分基本上以相同的方向排列。
21. 權(quán)利要求1-20之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 是碳納米管。
22. 權(quán)利要求1-20之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 是單壁碳納米管。
23. —種包含納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體的泡沫體，所說的宏觀集合體包 含大量基本上以相同方向排列并結(jié)合在一起的微觀集合體，每個(gè)所說的微觀集合 體包含大量成員，成員之間限定有很多空間，其中每個(gè)所說的成員包含單個(gè)的納 米纖維結(jié)構(gòu)物或直徑小于約100nm的成束的納米纖維結(jié)構(gòu)物。
24. 權(quán)利要求23所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體的密度為小于約 8mg/cm3。
25. 權(quán)利要求23或24所述的泡沫體，其中所說的束的直徑小于約50ran。
26. 權(quán)利要求23或24所述的泡沫體，其中所說的束的直徑小于約30nm。
27. 權(quán)利要求23或24所述的泡沫體，其中所說的束的直徑小于約2rnn-約 25咖。
28. 權(quán)利要求23-27之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約10lim。
29. 權(quán)利要求23-27之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約50ixm。
30. 權(quán)利要求23-27之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度至少為約100 nm。
31. 權(quán)利要求23-27之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中每個(gè)所說的微觀集合體的 長度為約10um-約100 um。
32. 權(quán)利要求23-31之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中一些金屬顆粒和/或涂覆物 質(zhì)置于各成員之間。
33. 權(quán)利要求23-31之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的集合體還包含其它 的成員，這些成員位于基本上與所說的成員垂直的位置。
34. 權(quán)利要求23-33之任一項(xiàng)所述的泡沬體，其中所說的肉眼可 見的集合體的形態(tài)為細(xì)絲體。
35. 權(quán)利要求23-34之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體的密度 為小于約5mg/cm3。
36. 權(quán)利要求23-34之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體的密度 為小于約3mg/cm3。
37. 權(quán)利要求23-34之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體的密度 為約0. 8 rag/cm3-約6mg/cm3。
38. 權(quán)利要求23-37之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體包含至 少104個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物。
39. 權(quán)利要求23-38之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在 一起，基本上形成分形的型式。
40. 權(quán)利要求23-39之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在 一起且基本上沿著縱軸的方向排列。
41. 權(quán)利要求23-39之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在 一起且基本上沿著縱軸的方向按下述方式排列至少兩個(gè)鄰近的微觀集合體成員的主要部分基本上以相同的方向排列。
42. 權(quán)利要求23-39之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是 碳納米管。
43. 權(quán)利要求23-39之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是 單壁碳納米管。
44. 權(quán)利要求23-39之任一項(xiàng)所述的泡沫體，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是 攙雜的單壁碳納米管。
45. 權(quán)利要求44所述的泡沫體，其中的單壁碳納米管包含攙雜的元素，該元 素選自B、 F、 N、 K、 Na、 Li、 Si以及它們的混合物，所說的攙雜元素可選擇為 納米顆粒的形式。
46. —種包含納米纖維結(jié)構(gòu)物宏觀集合體的細(xì)絲，所說的宏觀集合體包含大 量基本上以相同方向排列并結(jié)合在一起的微觀集合體，每個(gè)所說的微觀集合體包 含大量成員，成員之間限定有很多空間，其中每個(gè)所說的成員包含納米纖維結(jié)構(gòu) 物或直徑小于約100nm的成束納米纖維結(jié)構(gòu)物。
47. 權(quán)利要求46所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體的密度為小于約 8mg/cm3o
48. 權(quán)利要求46或47所述的細(xì)絲，其中所說的束的直徑小于約50nm。
49. 權(quán)利要求46-48之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的束的直徑小于約30nm。
50. 權(quán)利要求46-48之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的束的直徑小于約2ran-約25nm。
51. 權(quán)利要求46-50之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中每個(gè)所說的微觀集合體的長 度至少為約10nm。
52. 權(quán)利要求46-50之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中每個(gè)所說的微觀集合體的長 度至少為約50ym。
53. 權(quán)利要求46-50之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中每個(gè)所說的微觀集合體的長 度至少為約100 um。
54. 權(quán)利要求46-50之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中每個(gè)所說的微觀集合體的長 度為約10um-約100 um。
55. 權(quán)利要求46-54之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中一些金屬顆粒和/或涂覆物質(zhì) 置于所說的成員之間。
56. 權(quán)利要求46-55之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的集合體還包含其它的 成員，這些成員位于基本上與所說的成員垂直的位置。
57. 權(quán)利要求46-56之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體的密度為 小于約5mg/cm3。
58. 權(quán)利要求46-56之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體的密度為 小于約3mg/cm3。
59. 權(quán)利要求46-56之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體的密度為 約0- 8 mg/cm3-約6mg/cm3o
60. 權(quán)利要求46-59之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體包含至少 104個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物。
61. 權(quán)利要求46-60之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在一 起，基本上形成分形的型式。
62. 權(quán)利要求46-60之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在一 起且基本上沿著縱軸的方向排列。
63. 權(quán)利要求46-60之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的宏觀集合體結(jié)合在一 起且基本上沿著縱軸的方向按下述方式排列至少兩個(gè)鄰近的微觀集合體成員的 主要部分基本上以相同的方向排列。
64. 權(quán)利要求46-63之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是碳 納米管。
65. 權(quán)利要求46-63之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是單 壁碳納米管。
66. 權(quán)利要求46-63之任一項(xiàng)所述的細(xì)絲，其中所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物是攙 雜的單壁碳納米管。
67. 權(quán)利要求66所述的細(xì)絲，其中的單壁碳納米管包含攙雜的元素，該元素 選自B、 F、 N、 K、 Na、 Li、 Si以及它們的混合物，所說的攙雜元素可選擇為納 米顆粒的形式。
68. —種包含大量纏繞的細(xì)絲的纏結(jié)體，所說的細(xì)絲如權(quán)利要求46-67之任 一項(xiàng)所述。
69. —種納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，所說的宏觀集合體包含大量纏繞的 納米纖維結(jié)構(gòu)物，和/或其基本上以相同的方向排列并結(jié)合在一起的成束體，其中所說的宏觀集合體的密度為小于約8mg/cm3。
70. 權(quán)利要求69所述的宏觀集合體，其中所說的成束體的直徑小于約100ran， 優(yōu)選小于約50nm。
71. 權(quán)利要求69所述的宏觀集合體，其中所說的成束體的直徑小于約30nm。
72. 權(quán)利要求69所述的宏觀集合體，其中所說的成束體的直徑小于約2mrr 約25nm。
73. 權(quán)利要求69-72之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中一些金屬顆粒和/或涂覆物質(zhì)置于所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物和/或其成束體之間。
74. 權(quán)利要求69-73之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的集合體還包含 其它的成員，這些成員位于基本上與所說的成員垂直的位置。
75. 權(quán)利要求69-74之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體為 細(xì)絲體。
76. 權(quán)利要求69-74之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的 密度為小于約5mg/cm3。
77. 權(quán)利要求69-74之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的 密度為小于約3mg/cm3。
78. 權(quán)利要求69-74之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體的 密度為約0. 8 mg/cm3-約6mg/cm3。
79. 權(quán)利要求69-74之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體包 含至少104個(gè)納米纖維結(jié)構(gòu)物。
80. 權(quán)利要求69-79之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體結(jié) 合在一起，基本上形成分形的型式。
81. 權(quán)利要求69-80之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集合體結(jié) 合在 一起且基本上沿著縱軸的方向排列。
82. 權(quán)利要求69-81之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu) 物是碳納米管。
83. 權(quán)利要求69-81之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu) 物是單壁碳納米管。
84. —種包含大量納米纖維結(jié)構(gòu)物微觀集合體的宏觀集合體，所說宏觀集合 體是由下述的方法得到的將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩 個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極之間所限定的空間，所說納米纖維結(jié)構(gòu)物的微觀集合體在此空 間形成、基本上與電場(chǎng)的方向一致地排列并集合在一起，然后沉積在至少一個(gè)所 說的電極上，由此而形成所說的宏觀集合體。
85. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體的純度按重量計(jì)至少為約 25%。
86. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體的純度按重量計(jì)至少為約 40% 。
87. 權(quán)利要求卜22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體的純度按重量計(jì)至少為約 50%。
88. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體的純度按重量計(jì)至少為約 75%。
89. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體中的單壁碳納米管的含量 按重量計(jì)至少為約25%。
90. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體中的單壁碳納米管的含量 按重量計(jì)至少為約40%。
91. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體中的單壁碳納米管的含量 按重量計(jì)至少為約50%。
92. 權(quán)利要求1-22和69-84之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的納米纖 維結(jié)構(gòu)物是單壁碳納米管，以及其中所說的宏觀集合體中的單壁碳納米管的含量 按重量計(jì)至少為約75%。
93. 權(quán)利要求1-22和69-92之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中在所說的宏觀 集合體中，至少一部分成員是基本上平行而且是隔開的成員。
94. 權(quán)利要求1-22和69-93之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中所說的宏觀集 合體和/或所說的成員的排列與電場(chǎng)一致。
95. 權(quán)利要求1-22和69-94之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體，其中在所說的氣相 中使用的納米絲狀結(jié)構(gòu)體是已經(jīng)長成的納米絲狀結(jié)構(gòu)體。
96. —種制備納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體的方法，包括將含有所說的納米 纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極之間所限定的空間，所說的 微觀納米纖維結(jié)構(gòu)物的集合體在此空間形成、基本上與電場(chǎng)的方向一致地排列、 集合在一起，并沉積在至少一個(gè)所說的電極上，由此而形成所說的宏觀集合體。
97. —種制備權(quán)利要求1-22和69-95之任一項(xiàng)所述的納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀 集合體的方法，包括將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩個(gè)產(chǎn)生 電場(chǎng)的電極之間所限定的空間，所說納米纖維結(jié)構(gòu)物的微觀集合體在此空間形 成、基本上與電場(chǎng)的方向一致地排列并集合在一起，然后沉積在至少一個(gè)所說的 電極上，由此而形成所說的宏觀集合體。
98. 權(quán)利要求96或97所述的方法，其中所說的微觀集合體是基本上沿著電 場(chǎng)的方向集合在一起的。
99. 權(quán)利要求96-97之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是單 壁碳納米管。
100. 權(quán)利要求96-99之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的方法通過下述的條件 實(shí)現(xiàn)在沉積過程中，基本上防止所說的沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在所說的電極間 搭橋。
101. 權(quán)利要求1-22和69-95之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體用作催化劑載體、 電極、超級(jí)電容器膜、過濾材料或用作組合材料的添加劑的用途。
102. 權(quán)利要求1-22和69-95之任一項(xiàng)所述的宏觀集合體在制備催化劑載體、 電極、超級(jí)電容器膜、過濾材料或組合材料的添加劑中的用途。
103. 權(quán)利要求23-45之任一項(xiàng)所述的泡沫體用作催化劑載體、電極、超級(jí)電容器膜、過濾材料或用作組合材料的添加劑的用途。
104. 權(quán)利要求23-45之任一項(xiàng)所述的泡沫體在制備催化劑載體、電極、超級(jí) 電容器膜、過濾材料或組合材料的添加劑中的用途。
105. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括-將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極 之間所限定的空間，以便將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)所說的電極之 上；以及-在所說的沉積期間，至少基本上防止所說的沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在所 說的電極之間搭橋。
106. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括 _將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電 極之間所限定的空間，以便將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)所說的電極 之上；以及-在所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積期間，通過從與其接觸的所說電極之一除 去這些結(jié)構(gòu)物的至少一部分，至少基本上從這些位置上除去了將所說的至少兩個(gè) 電極搭橋的任何結(jié)構(gòu)物。
107. —種連續(xù)將納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在電極上的方法，包括以下步驟 a)提供一種裝置，它包括 -入口-包含入口和至少兩個(gè)出口的閥門，所說的出口適合于選擇性地置于 在流體流動(dòng)中與閥門的入口相通的位置，所說的閥門的入口在流體流動(dòng)中與該裝 置的入口相通；_至少兩個(gè)沉積單元，每個(gè)所說的單元包含至少兩個(gè)的一組電極，第 一電極和第二電極之間所限定的空間，所說的空間在流體流動(dòng)中與該閥門的出口 之一相通，并且該空間的尺寸可容納含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物；b)將所說的氣相物通過所說裝置的入口、所說的閥門和選擇的沉積單 元；在選擇的沉積單元的電極之間施加電壓差，從而將納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至 少一個(gè)電極上；以及c)選擇另一沉積單元并重復(fù)步驟(b)。
108. —種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的方法，該方法包括- 將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過由至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng) 的電極之間所限定的空間，以便使所說的電極之間的電流升高；以及_ 分析預(yù)定時(shí)間內(nèi)的電流特征和/或所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集 體的大小、密度或形狀。
109. 權(quán)利要求108所述的方法，其中所說的電流特征的分析是通過分析電流 作為時(shí)間的函數(shù)的導(dǎo)數(shù)來進(jìn)行的。
110. 權(quán)利要求108或109所述的方法，其中所說的電流特征的分析是通過分 析電流作為時(shí)間的函數(shù)的平均趨勢(shì)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差來進(jìn)行的。
111. 權(quán)利要求108或109所述的方法，其中所說的電流特征的分析是通過分 析電流作為時(shí)間的函數(shù)的電阻來進(jìn)行的。
112. 權(quán)利要求108所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的大小、密度或 形狀，優(yōu)選其密度，的分析是通過分析在氣相中的納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收來進(jìn) 行的。
113. 權(quán)利要求112所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的分析是通過光 學(xué)探針來進(jìn)行的。
114. 權(quán)利要求113所述的方法，其中所說的光學(xué)探針選自激光光束、紅外光 束、可見光束或紫外光束及其混合光束。
115. 權(quán)利要求108所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大 小、密度或形狀的分析是通過用照相機(jī)監(jiān)測(cè)該納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積來進(jìn)行的。
116. 權(quán)利要求108-111之任一項(xiàng)所述的方法，其中的分析是在將所說的氣相 物通過所說的空間時(shí)，通過監(jiān)測(cè)所說的電流或電阻隨時(shí)間的變化在實(shí)時(shí)進(jìn)行的。
117. 權(quán)利要求116所述的方法，其中所說的分析是在小于約IOO秒的時(shí)間 范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行的。
118. 權(quán)利要求116或117所述的方法，其中所說的分析與標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行比較， 以確定所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是否存在和/或評(píng)價(jià)所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的質(zhì)
119. 權(quán)利要求96-100和105-118之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電極相 互之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，以防止所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積物在電極之間 搭橋。
120. 權(quán)利要求96-100和105-119之任一項(xiàng)所述的方法，其中的第一電極包 括一個(gè)限定的內(nèi)腔的長形部件，用以容納第二電極。
121. 權(quán)利要求120所述的方法，其中所說的第一和第二電極是基本上相互平 行的。
122. 權(quán)利要求120所述的方法，其中所說的第二電極與第一電極按縱向排列 在一起。
123. 權(quán)利要求120所述的方法，其中所說的第二電極以基本上同軸對(duì)準(zhǔn)的方 向放入所說的內(nèi)腔。
124. 權(quán)利要求109所述的方法，其中所說的第二電極基本上以垂直于所說的 長形部件的方式放入所說的內(nèi)腔。
125. 權(quán)利要求96-100和105-119之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電極之 一是適合于旋轉(zhuǎn)的，因此所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積至少部分地圍繞著所說的 電極巻起。
126. 權(quán)利要求96-100和119之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的第二電極以 預(yù)定的速度旋轉(zhuǎn)，由此防止了所說的沉積物在所說的電極間搭橋。
127. 權(quán)利要求96-100和105-119之任一項(xiàng)所述的方法，其中至少所說的電 極之一是適合于旋轉(zhuǎn)的，因此所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積至少部分地圍繞著所 說的電極巻起。
128. 權(quán)利要求96-100和105-119之任一項(xiàng)所述的方法，其中通過使至少所 說的電極之一旋轉(zhuǎn)而防止了所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極間搭橋，因此所說的納 米纖維結(jié)構(gòu)物的沉積至少部分地圍繞著所說的電極巻起。
129. 權(quán)利要求125-128之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電極以約10—2-約 200rpm的速度旋轉(zhuǎn)。
130. 權(quán)利要求129所述的方法，其中所說的電極以約0.卜約100rpm的速度 旋轉(zhuǎn)。
131. 權(quán)利要求130所述的方法，其中所說的電極以約1-約30rpm的速度旋轉(zhuǎn)。
132. 權(quán)利要求96-100和105-131之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電極是 平板電極或直角棱柱狀電極。
133. 權(quán)利要求96-100和105-132之任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)所說的電極 施加的電流密度的強(qiáng)度為約0. 01-約500u A/cm2。
134. 權(quán)利要求96-100和105-133之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電流密 度的強(qiáng)度為約0. 1-約10u A/cm2。
135. 權(quán)利要求96-100和105-134之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電場(chǎng)是 強(qiáng)度為約1 x 1()4V/m-約1 x 107V/m的宏觀電場(chǎng)。
136. 權(quán)利要求96-100和105-134之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電場(chǎng)是 強(qiáng)度為約1 x 105V/ra-@ 5 x 106V/m的宏觀電場(chǎng)。
137. 權(quán)利要求96-100和105-136之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的氣相物 包括載體氣。
138. 權(quán)利要求137所述的方法，其中所說的載氣選自He、 Ar、 H2、 H20、 H2S、 C02、 C0、 N2、 Kr、 Xe、 Ne或它們的混合物。
139. 權(quán)利要求138所述的方法，其中所說的載氣是Ai"、 He或它們的混合物。
140. 權(quán)利要求96-100和105-139之任一項(xiàng)所述的方法，其中在所說的氣相 物中，納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度為約1 x 106-約1 x 107 cm3。
141. 權(quán)利要求96-100和105-139之任一項(xiàng)所述的方法，其中在所說的氣相 物中，納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度為約1 x 107-約1 x 10Vcm3。
142. 權(quán)利要求96-100和105-139之任一項(xiàng)所述的方法，其中在所說的氣相 物中，納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度為約lxl()8-約1x107 cm3。
143. 權(quán)利要求105-142之任一項(xiàng)所述的方法，其中將另一種氣體注入所說的 空間，以減慢所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物在該空間中的通過和/或增加懸浮顆粒的局 部密度。
144. 權(quán)利要求143所述的方法，其中所說的另一種氣體以逆流的方式注入所 說的氣相物中。
145. 權(quán)利要求143或144所述的方法，其中所說的另一種氣體的密度低于所 說的氣相物的密度。
146. 權(quán)利要求143-145之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的氣體是氦。
147. 權(quán)利要求143-145之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的氣體包含氦和氬。
148. 權(quán)利要求96-100和105-147之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的施加到 所說電極之間的電壓差是DC電壓。
149. 權(quán)利要求96-100和105-147之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的施加到 所說電極之間的電壓差是AC電壓。
150. 權(quán)利要求96-100和105-147之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的方法同 時(shí)使用DC和AC電流。
151. 權(quán)利要求96-100和105-150之任一項(xiàng)所述的方法，其中在將包含所說 的納米纖維結(jié)構(gòu)物的所說氣相物通過所說的空間之前，對(duì)該氣相物進(jìn)行處理，使 含在其中的納米纖維結(jié)構(gòu)物在其極化之前電離。
152. 權(quán)利要求96-100和105-151之任一項(xiàng)所述的方法，其中在實(shí)施所說的方法的過程中，在氣相物中再加入添加的氣體，以改進(jìn)、抑制或有利于該納米纖 維結(jié)構(gòu)物的電離。
153. 權(quán)利要求96-100和105-152之任一項(xiàng)所述的方法，其中在實(shí)施所說的 方法的過程中，將含有B、 F、 N、 K或其混合物的化合物攙雜到納米纖維結(jié)構(gòu)物 中，以改進(jìn)、抑制或有利于該納米纖維結(jié)構(gòu)物的電離。
154. 權(quán)利要求152或153所述的方法，其中所說的添加氣體選自N2、 SF6、 02、 H20、 HF、 H2S、 C貼H、 CH3CH2SH、 C02、 CO及它們的混合物。
155. 權(quán)利要求152或153所述的方法，其中所說的氣體是N2、 SF6、 02、 CO 或H20。
156. 權(quán)利要求151-155之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電離是光致電離， 通過由磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流來完成，或用一組電流通過其間的電極來完成。
157. 權(quán)利要求151-156之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的電離是利用AC或 脈沖電流、DC電流或光子源來完成的。
158. 權(quán)利要求96-100和105-107之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的方法還 包括檢測(cè)或監(jiān)測(cè)存在于所說的氣相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物的步驟。
159. 權(quán)利要求158所述的方法，其中所說的檢測(cè)在所說的氣相物引入之前進(jìn)行。
160. 權(quán)利要求158或159所述的方法，其中所說的檢測(cè)是通過分析所說的電 流在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)的特征，和/或分析沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的 大小、密度或形狀來完成的。
161. 權(quán)利要求158-160之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的檢測(cè)或監(jiān)測(cè)步驟是 在鄰近而又與所說的空間相通的室內(nèi)完成的。
162. 權(quán)利要求158-161之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的監(jiān)測(cè)或檢測(cè)步驟是 在實(shí)時(shí)進(jìn)行的。
163. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的 沉積物中，包含了大量由所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物一起形成的似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微觀細(xì) 絲。
164. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的 沉積物中，包含了大量由所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物一起所形成的該結(jié)構(gòu)的宏觀集合 體，優(yōu)選該集合體的形式是細(xì)絲的纏結(jié)體。
165. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物包 括納米線、納米桿、納米纖維、納米帶、納米管或它們的成束體，或是它們的混 合物。
166. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是 單壁碳納米纖維結(jié)構(gòu)物。
167. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物選 自單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米纖維和它們的混合物。
168. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物選 自單壁碳納米管、多壁碳納米管和它們的混合物。
169. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是 單壁碳納米管。
170. 權(quán)利要求105-162之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是 一維的納米結(jié)構(gòu)物，例如納米線、納米桿、納米纖維、納米帶或納米管或它們的 成束體，該結(jié)構(gòu)物是用優(yōu)先選自C、 BN、 B、 Si、 Ge、 Bi、 Sn、 Te、 Se、 Hg、 Si3N4、 VA、 MX2、 InP、 InAs、 GaN、 GaP、 GaAs、 Ga203、 Zn0、 ln203、 Na2V307、 A1203、 B203、 Mg0、 CdO、 Si02、 Sn02、 Cu0、 (SN) " Cu2S、 BxCyNz、 NiCl2、 InS、 ZnSe、 CdS、 CdSe、 Ag2Se、 SiC、 B4C、 M2MoXe的成分涂覆的結(jié)構(gòu)物和它們的混合物；其中M&中的M 是Ti、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Mo、 W或Re，以及X是S、 Se或Te; M2MoXe中的M是Li 或Na， X是Se或Te。
171. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括至少部分地電離包含在氣 相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物，使其極化，并將此氣相物通過限定在至少兩個(gè)產(chǎn)生電 場(chǎng)的電極之間的空間，以便將該納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)電極上。
172. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，包括 限定一個(gè)內(nèi)腔的箱室，入口和出口，所說的入口和所說的出口在流體流動(dòng)中與所說的腔相通；放置在所說內(nèi)腔中的第一電極和第二電極，所說第一電極與第二電極之 間限定了一個(gè)空間，其尺寸能容納所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物，所說的第一電極與所 說的腔連接，所說的第二電極與鄰接于該腔的支撐部件連接，所說的電極適合于 產(chǎn)生電場(chǎng)以將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)所說的電極上；以及至少基本上防止所說的沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在所說的電極上搭橋的 器件。
173. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，包括 限定一個(gè)內(nèi)腔的箱室，入口和出口，所說的入口和所說的出口在流體流動(dòng)中與所說的腔相通；放置在所說內(nèi)孔中的第一電極和第二電極，所說第一電極與第二電極 之間限定了一個(gè)空間，其尺寸能容納所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物，所說的第一電極與 所說的腔連接，所說的第二電極與鄰接于該腔的支撐部件連接，所說的電極的相 互之間在相對(duì)旋轉(zhuǎn)，而且適合于產(chǎn)生電場(chǎng)以將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少 一個(gè)所說的電極上。
174. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，包括 限定一個(gè)內(nèi)腔的箱室，入口和出口，所說的入口和所說的出口在流體流動(dòng)中與所說的內(nèi)腔相通；放置在所說內(nèi)腔中的第一電極和第二電極，第一電極與第二電極之間限 定了一個(gè)空間，其尺寸能容納所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物，所說的第一電極與所說的 腔連接，所說的第二電極與鄰接于該腔的支撐部件連接，所說的電極適合于產(chǎn)生 電場(chǎng)以將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)所說的電極上；以及包含用來產(chǎn)生電流、感應(yīng)電流或光致電離的工具的電離單元，所說的電 離單元在流體流動(dòng)中與所說的腔和所說的第一和第二電極的上游相通，所說的單 元在所說的結(jié)構(gòu)物進(jìn)入所說的空間并極化之前，能夠有效地使該結(jié)構(gòu)物電離。
175. —種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備，包括-至少一個(gè)入口，其尺寸選定為可接收包含所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 的氣相物；-至少一個(gè)選擇的器件，它包括一個(gè)入口和至少兩個(gè)出口，所說的 出口適合置于在流體流動(dòng)中與選擇器件的入口相通的位置，所說的選擇器件 的入口在流體流動(dòng)中與設(shè)備的入口相通；以及-至少兩個(gè)沉積單元，每個(gè)所說的單元包含一組至少兩個(gè)的電極， 第一電極和第二電極之間限定了一個(gè)空間，其尺寸可接收所說的氣相物，所 說的空間在流體流動(dòng)中與選擇器件的一個(gè)出口相通，所說的電極適合于產(chǎn)生 電場(chǎng)以將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在該電極的至少一個(gè)上。
176. 權(quán)利要求172、 173或75所述的裝置還進(jìn)一步包括電離的單元，該單元包含用來產(chǎn)生電流、感應(yīng)電流或光致電離的器件，并且在流體流動(dòng)中與所說的腔、 所說的第一和第二電極的上游相通，所說的單元在所說的結(jié)構(gòu)物被接收入所說的 空間并極化之前，能夠有效地使該結(jié)構(gòu)物電離。
177. 權(quán)利要求172、 173或175所述的設(shè)備，其中所說的電極的相互之間是 相對(duì)旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)的，以至少基本上防止所述的結(jié)構(gòu)物在它們之間搭橋。
178. 權(quán)利要求172-177之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的箱室是長形的部件。
179. 權(quán)利要求178所述的設(shè)備，其中所說的長形的部件是所說的第一電極。
180. 權(quán)利要求178或179所述的設(shè)備，其中所說的第二電極與所說的長形部 件成縱向排列。
181. 權(quán)利要求178或179之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的第二電極基本上 平行于所說的第一電極。
182. 權(quán)利要求180所述的設(shè)備，其中所說的第二電極以基本上與長形的部件 同軸的直線方向放置。
183. 權(quán)利要求178或179所述的設(shè)備，其中所說的第二電極以基本上垂直于 所說的長形部件的直線方向放入所說的內(nèi)腔。
184. 權(quán)利要求181所述的設(shè)備，其中所說的第二電極可旋轉(zhuǎn)地安裝在所說的 支撐部件上。
185. 權(quán)利要求184所述的設(shè)備，其中所說的支撐部件包括用來使第二電極旋 轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。
186. 權(quán)利要求172所述的設(shè)備，其中所說的至少基本上防止所說的沉積的納 米纖維結(jié)構(gòu)物在所說的電極之間搭橋的器件包括使至少一個(gè)所說的電極相對(duì)于 另一電極旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，或切割在電極上搭橋的上述結(jié)構(gòu)物的器件。
187. 權(quán)利要求172-186之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的第一或第二電極是 平板電極或直角棱柱狀電極。
188. 權(quán)利要求178或187之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的長形的部件還包 括觀察窗。
189. 權(quán)利要求178或188之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的出口包含過濾器。
190. 權(quán)利要求176所述的設(shè)備，其中所說的產(chǎn)生電流的器件包括線圈或至少 一對(duì)電極，電荷由此發(fā)射，以便使存在于氣相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物電離。
191. 權(quán)利要求174或176所述的設(shè)備，其中所說的產(chǎn)生光致電離的器件包括 光子源。
192. 權(quán)利要求191所述的設(shè)備，其中所說的光子源是閃爍燈、汞燈或紫外燈。
193. 權(quán)利要求190所述的設(shè)備，其中所說的電離單元包括AC或脈沖電流或 DC電流。
194. 權(quán)利要求172-193之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的設(shè)備還包括監(jiān)測(cè)的 裝置，在需要時(shí)，該裝置適合于在流體流動(dòng)中與所說的空間相通，以檢測(cè)存在的 納米纖維結(jié)構(gòu)體，從而監(jiān)測(cè)所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物在氣相物中的密度或所說的納 米纖維結(jié)構(gòu)物的入口供入速度。
195. 權(quán)利要求172-194之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的裝置還包括分析在 所說的氣相物中的納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收的器件。
196. 權(quán)利要求195所述的設(shè)備，其中所說的分析光吸收的器件包括光學(xué)探針。
197. 權(quán)利要求196所述的設(shè)備，其中所說的光學(xué)探針選自激光光束、紅外光 束、可見光束或紫外光束以及它們的混合光束。
198. 權(quán)利要求172-193之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的設(shè)備還包括監(jiān)測(cè)的 儀器，該儀器適合于檢測(cè)存在的納米纖維結(jié)構(gòu)物，從而監(jiān)測(cè)所說的納米纖維結(jié)構(gòu) 物在氣相物中的密度或所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的入口供入速度。
199. 權(quán)利要求172-198之一項(xiàng)所述的設(shè)備還包括收集所說的沉積在至少一 個(gè)所說電極上的納米纖維結(jié)構(gòu)物的器件。
200. 權(quán)利要求199所述的設(shè)備，其中所說的器件包括適合于除去沉積在至少 一個(gè)所說電極上的納米纖維結(jié)構(gòu)物的刮具。
201. 權(quán)利要求199或200所述的設(shè)備還包括收集室，需要時(shí)，可選擇使其在 流體流動(dòng)中與所說的空間相通，用以收集從至少一個(gè)所說的電極上除去的納米纖 維結(jié)構(gòu)物。
202. 權(quán)利要求201所述的設(shè)備，其中所述的收集室維持在惰性氣氛之下， 以防止或減少所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物暴露在氧氣或濕氣之下的可能性。
203. 權(quán)利要求172所述的設(shè)備，其中的電極適合于相互之間相對(duì)地旋轉(zhuǎn)，以 便至少部分地使沉積的結(jié)構(gòu)物圍繞著至少一個(gè)所說的電極巻起，由此至少基本上 防止了沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋。
204. 利要求172所述的設(shè)備，其中所說的基本上防止沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物 在電極間搭橋的器件的特征在于，至少所說的電極之一適合于旋轉(zhuǎn)以便至少部分 地將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物巻起在該電極上，由此至少基本上防止了沉積的納米 纖維結(jié)構(gòu)物在電極上搭橋。
205. 權(quán)利要求172所述的設(shè)備，其中所說的設(shè)備還包括監(jiān)測(cè)的裝置，在需要 時(shí)，該裝置適合于在流體流動(dòng)中與所說的空間相通，以檢測(cè)存在的納米纖維結(jié)構(gòu) 體，從而監(jiān)測(cè)所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物在氣相物中的密度或所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 的入口供入速度。
206. 權(quán)利要求205所述的設(shè)備，其中所說的監(jiān)測(cè)裝置包括至少兩個(gè)電極，它 們之間所限定的空間可容納所說的包含納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物，該電極適合于 產(chǎn)生電場(chǎng)，用以將納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)電極上；以及用于分析電極之 間的電流在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)的特征。
207. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說沉積的納米纖維結(jié)構(gòu) 物包含大量由所說納米纖維結(jié)構(gòu)物在一起形成的微觀類網(wǎng)結(jié)構(gòu)的細(xì)絲。
208. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說沉積的納米纖維結(jié)構(gòu) 物包含大量所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物在一起形成的該結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體，優(yōu)選所 說的集合體形成細(xì)絲的纏結(jié)體。
209. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物包 括納米線、納米桿、納米纖維、納米帶、納米管或它們的成束體，或者它們的混 合物。
210. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是 碳納米纖維結(jié)構(gòu)物。
211. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物選 自單壁碳納米管或其成束體、多壁碳納米管、碳納米纖維，以及它們的混合物。
212. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物選 自單壁碳納米管或其成束體、多壁碳納米管，以及它們的混合物。
213. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物是 單壁碳納米管或其成束體。
214. 權(quán)利要求172-206之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 是一維的納米結(jié)構(gòu)物，例如納米線、納米桿、納米纖維、納米帶或納米管，或它們的成束體，該結(jié)構(gòu)物是用優(yōu)先選自C、 BN、 B、 Si、 Ge、 Bi、 Sn、 Te、 Se、 Hg、 Si3N4、 VA、 MX2、 InP、 InAs、 GaN、 GaP、 GaAs、 Ga203、 Zn0、 InA、 Na2V307、 A1203、 B203、 Mg0、 CdO、 Si02、 Sn02、 CuO、 (SN) x、 Cu2S、 B,CyN" NiCl2、 InS、 ZnSe、 CdS、 CdSe、 Ag2Se、 SiC、 B4C、 M2MoX6的成分涂覆的結(jié)構(gòu)物和它們的混合物；其中MX2 中的M是Ti、 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Mo、 W或Re,以及X是S、 Se或Te; M風(fēng)中的 M是Li或Na， X是Se或Te。
215. 權(quán)利要求174或176所述的設(shè)備，其中用以產(chǎn)生電流或感應(yīng)電流的器件 包括一對(duì)電極，線圈，電磁體，螺形線圈或永磁動(dòng)線圈。
216. —種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)的方法，該方法包括檢測(cè)包含所說納米 纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物，以定量和/或定性的方式分析在所說的氣相物中形成的該 結(jié)構(gòu)物。
217. 權(quán)利要求216所述的方法，其中所說的分析是通過分析納米纖維結(jié)構(gòu)物 聚集體的大小、密度或形狀而進(jìn)行的。
218. 權(quán)利要求216所述的方法，其中納米纖維結(jié)構(gòu)物的密度的分析是通過分 析存在于氣相物中的該納米纖維結(jié)構(gòu)物的光吸收來進(jìn)行的。
219. 權(quán)利要求216-218之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的檢測(cè)是在實(shí)時(shí)進(jìn)行的。
220. 權(quán)利要求216-219之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的檢測(cè)步驟是用光學(xué) 探針完成的。
221. 權(quán)利要求220所述的方法，其中所說的光學(xué)探針選自激光光束、紅外光 束、可見光束或紫外光束及其混合光束。
222. —種在納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)期間監(jiān)測(cè)該結(jié)構(gòu)物形成的方法，該方法包 括用光學(xué)探針實(shí)時(shí)檢測(cè)所說生產(chǎn)的納米纖維結(jié)構(gòu)物的樣品來分析所說的結(jié)構(gòu)物。
223. 權(quán)利要求222所述的方法，其中所說的分析是通過分析納米纖維結(jié)構(gòu)物 或其聚集體的大小、密度或形狀，優(yōu)選分析其密度，而進(jìn)行的。
224. 權(quán)利要求216-223之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的檢測(cè)步驟在監(jiān)測(cè)室 進(jìn)行，該監(jiān)測(cè)室與生產(chǎn)所說的結(jié)構(gòu)物的室或裝置不同。
225. —種生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，包括生產(chǎn)所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物、沉 積所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物，然后回收所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的步驟，其中改進(jìn)之 處是在沉積所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物之前，將該結(jié)構(gòu)物電離，以利于其極化，因此便于其聚集或沉積。
226. 權(quán)利要求225所述的方法，其中所說的電離能夠至少使部分所說的結(jié)構(gòu) 物電離。
227. —種生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，包括生產(chǎn)所說的納米絲狀結(jié)構(gòu)物、沉 積所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物，然后回收所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的步驟，其中改進(jìn)之 處是在沉積所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物之前，需要時(shí)，在選定的一段時(shí)間內(nèi)，將一份 所說生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物引入監(jiān)測(cè)室，以便用光學(xué)探針按定量和/或定性的方式分析所 說結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)，和/或分析電流的特征。
228. 權(quán)利要求227所述的方法，其中所說的分析通過檢驗(yàn)發(fā)射功率作為時(shí)間 的函數(shù)的變化來進(jìn)行。
229. 權(quán)利要求227或228所述的方法，其中所說的光學(xué)探針是激光光束、紅 外光束、可見光束或紫外光束及其混合光束。
230. —種用于生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的裝置，包括形成所說的結(jié)構(gòu)物的反應(yīng) 室，其中的改進(jìn)之處是將該反應(yīng)室與監(jiān)測(cè)室結(jié)合在一起，該監(jiān)測(cè)室包括(i)使 所說的結(jié)構(gòu)物可以或不可以通入所說的監(jiān)測(cè)室的器件，以便需要時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所說 結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)，(ii)需要時(shí)，可使所說的結(jié)構(gòu)物從所說的監(jiān)測(cè)室排出的器件， 以及(iii)用于檢測(cè)所說結(jié)構(gòu)物的光學(xué)探針。
231.—種回收納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法，該方法包括以下步驟 -將含有所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過限定在至 少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極之間的空間，以便將所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一 個(gè)所說的電極之上；以及-在惰性氣氛下，從至少一個(gè)所說的電極上收集所說的 沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物。
232. 權(quán)利要求231所述的方法，其中所述的方法還包括在所說的惰性氣氛下 包裝所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物。
233. 權(quán)利要求231或232所述的方法，該方法還包括在進(jìn)行所說的收集步驟 之前，中止所說電極之間的電壓差。
234. 權(quán)利要求231-233之任一項(xiàng)所述的方法，其中在所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物 的沉積期間，通過從與該結(jié)構(gòu)物接觸的所說電極之一除去這些結(jié)構(gòu)物的至少一部 分，至少基本上從這些位置上除去了在所說的至少兩個(gè)電極間搭橋的任何結(jié)構(gòu) 物。
235. 權(quán)利要求231-233之任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括下述步驟在 所說的沉積期間，至少基本上防止所說沉積的納米纖維結(jié)構(gòu)物在所說的電極之間 搭橋。
236. 權(quán)利要求231-233之任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括下述步驟分 析所說的電流在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)的特征，和/或分析納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集 體的大小、密度或形狀。
237. —種形成納米纖維結(jié)構(gòu)物的聚集體的方法，該方法包括將包含所說納米 纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過限定在至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極之間的空間，以便將該 氣相物中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物聚集。
238. 權(quán)利要求237所述的方法，該方法還包括將該聚集體沉積在表面上的步驟。
239. 權(quán)利要求238所述的方法，該方法還包括將所說的聚集體壓縮。
240. 權(quán)利要求96-100和94-171之任一項(xiàng)所述的方法，其中所說的氣相物通 過基本上垂直于電極產(chǎn)生的電場(chǎng)的所說空間。
241. —種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備包括- 一個(gè)箱室，它限定了可容納所說結(jié)構(gòu)物的內(nèi)腔，并有與所說的內(nèi)腔 相通的入口和出口；以及-在流體流動(dòng)中與所說的孔相通的器件，用以分析所說的電流在預(yù)定 的一段時(shí)間內(nèi)的特征。
242. 權(quán)利要求241所述的設(shè)備，其中所說的用以分析所說電流的特征的器件 包括一組至少兩個(gè)的電極。
243. —種監(jiān)測(cè)納米纖維結(jié)構(gòu)物生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備包括- 一個(gè)箱室，它限定了可容納所說結(jié)構(gòu)物的內(nèi)室的腔，并有與所說的 室相通的入口和出口；以及-用以分析在氣相物中所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密 度或形狀，優(yōu)選分析其密度，的器件。
244. 權(quán)利要求243所述的設(shè)備，其中所說的用于分析所述的納米纖維結(jié)構(gòu)物 的密度的器件包括光學(xué)探針。
245. 權(quán)利要求244所述的設(shè)備，其中所說的光學(xué)探針選自激光光束、紅外 光束、可見光束或紫外光束及其混合光束。
246. 權(quán)利要求243-245之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的設(shè)備還包括至少 兩個(gè)電極。
247. 權(quán)利要求243-246之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說用以分析所說的納米 纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密度或形狀，的器件放置在所說的室內(nèi)。
248. 權(quán)利要求243-246之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說用以分析所說的納 米纖維結(jié)構(gòu)物或其聚集體的大小、密度或形狀，的器件放置在所說的入口內(nèi)或鄰 近所說的入口。
249. 權(quán)利要求241-248之任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所說的入口在需要時(shí)，在 流體流動(dòng)中可與生產(chǎn)所說的納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備相通。
250. 權(quán)利要求249所述的設(shè)備，其中所說的入口包含一個(gè)閥門，該閥門能 夠選擇性地使所說的內(nèi)室與生產(chǎn)納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備之間相通，或不相通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的方法。該方法包括將含有該納米纖維結(jié)構(gòu)物的氣相物通過一個(gè)空間，該空間由至少兩個(gè)產(chǎn)生電場(chǎng)的電極之間所限定，以將上述的納米纖維結(jié)構(gòu)物沉積在至少一個(gè)電極之上；以及至少基本上防止了在沉積期間該納米纖維結(jié)構(gòu)物在所說的電極間搭橋。本發(fā)明還涉及用于沉積納米纖維結(jié)構(gòu)物的設(shè)備以及監(jiān)測(cè)該納米纖維結(jié)構(gòu)物的生產(chǎn)的方法和設(shè)備，以及涉及納米纖維結(jié)構(gòu)物的宏觀集合體。
文檔編號(hào)B82B1/00GK101155751SQ200680009655
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者奧利弗·史密爾詹妮克, 巴里·斯坦菲爾德, 福萊迪克·拉羅杰 申請(qǐng)人:國家科學(xué)研究所