熱の漏れを防ぐ：より効果的なCNT成長の方法
もし、カーボンナノチューブの製造に携わったことがあるなら、温度制御の難しさはよくわかるでしょう。これはバランスを取るのが難しい問題です。問題は、従来の抵抗式ヒーターが使いにくいという点です。このヒーターは、サンプルだけでなく、チャンバー全体を巨大なラジエーターのようにしてしまいます。
これは悪夢のような状況です。内壁が非常に高温になり、作業員が火傷する恐れがあります。また、大量のエネルギーが無駄に消費されてしまいます。
解決策は、「部屋全体を温める」という考え方を捨て、「熱を特定の場所に集中させる」という考え方に切り替えることです。
そのため、私たちは短波赤外線ランプに切り替えました。対流に頼る代わりに、赤外線ランプは放射熱を利用します。まるで懐中電灯のようですが、熱を発するのです。光子はフィラメントから直接基板上に直進します。
その結果、CNTが成長する場所だけが適切な温度に保たれ、空気や機械の金属部分は比較的低温のままです。
適切な設定を行う
実際にナノチューブを成長させるには、高い熱密度が必要です。私たちは高ワット数のランプを使用し、焦点距離を調整して最適な状態を作り出しています。ランプの位置を調整したり、反射器を追加することで、そのエネルギーを基板のごく狭い範囲に集中させることができます。
しかし、注意点があります。単にランプを接続しておくだけでは不十分です。正確なPIDコントローラーが必要です。
赤外線ランプはほぼ即座に目標温度に到達します。もし制御回路が遅かったり、反応が鈍かったりすると、すぐに温度が上昇しすぎてしまいます。そして、一度温度が上昇しすぎると、ナノチューブの構造は破壊されてしまいます。
実際の現場での状況
一番良い点は、装置の壁面がもう過度に熱くならないことです。これにより、機械全体がより安全になります。
しかし、これは魔法のような解決策ではありません。高出力の赤外線は、扱いにくい性質を持っています。反射器の位置が数ミリだけずれても、基板上に「ホットスポット」ができてしまい、成果が台無しになります。
そのため、取り付けブラケットをしっかり固定する必要があります。ランプの位置が少しでも変動すると、熱分布が乱れてしまいます。また、遮蔽も忘れてはいけません。不要な放射熱が電子機器を損傷させないようにする必要があります。