Detenga las pérdidas de calor: una forma mejor de cultivar nanotubos de carbono
Si alguna vez ha trabajado con la fabricación de nanotubos de carbono, sabrá cuán difícil es controlar la temperatura. Se trata de un equilibrio delicado. El problema es que los calentadores convencionales son muy ineficientes: no solo calientan la muestra, sino que también convierten toda la cámara interna en un enorme radiador.
Es un verdadero desastre. Las paredes internas se calientan tanto que podrían quemar al operador, y una gran cantidad de energía se desperdicia simplemente.
La solución está en dejar de pensar en “calentar toda la habitación” y empezar a pensar en “dirigir el calor hacia donde se necesita”.
Por eso pasamos a usar lámparas infrarrojas de onda corta. En lugar de depender de la convección, que simplemente calienta todo lo que está en su camino, las lámparas infrarrojas utilizan radiación. Piénselo como una linterna, pero que emite calor. Los fotones se mueven en línea recta desde el filamento hasta el sustrato.
El resultado? El lugar donde se cultivan los nanotubos recibe el calor necesario, mientras que el aire y la carcasa metálica de la máquina permanecen relativamente fríos.
Para lograrlo, es necesario ajustar bien todo el sistema. Para poder cultivar nanotubos, se necesita una alta densidad de calor. Utilizamos lámparas de alta potencia y ajustamos sus longitudes focales para que funcione correctamente. Al ajustar la posición de las lámparas y agregar reflectores, podemos concentrar toda esa energía en una pequeña área del sustrato.
Pero aquí está el problema: no basta con conectarlas y dejarlas funcionar. Se necesita un controlador PID preciso. Las lámparas infrarrojas alcanzan su temperatura objetivo casi al instante. Si el sistema de control es lento o defectuoso, se superará rápidamente la temperatura deseada. Y una vez que esto ocurra, la estructura de los nanotubos quedará destruida.
¿Qué pasa en la planta de producción?
Lo mejor es que las paredes del equipo ya no se calientan excesivamente. Eso hace que toda la máquina sea mucho más segura de utilizar.
Pero no es una solución mágica. La radiación infrarroja de alta intensidad puede ser impredecible. Si los reflectores están mal ajustados, incluso por unos pocos milímetros, se crearán puntos calientes en el sustrato, lo cual arruinará todo el proceso de crecimiento de los nanotubos.
Debe asegurarse de que los soportes de montaje sean sólidos. Cualquier vibración o desplazamiento ligeramente del lugar donde se encuentra la lámpara afectará negativamente el perfil térmico. Además, no olvide el blindaje. No quiere que la radiación accidental dañe sus componentes electrónicos.