Stop de warmtestraling: een betere manier om CNT’s te produceren
Als je ooit met de productie van koolstofnanobuizen hebt gewerkt, weet je hoe lastig het is om de juiste temperatuur te behouden. Het gaat om een balans tussen verschillende factoren. Het probleem is dat ouderwetse resistieve verwarmer erg onhandig zijn. Ze verwarmen niet alleen het onderzoeksmateriaal, maar zorgen er ook voor dat de hele binnenkant van de kamer wordt opgewarmd tot een hoge temperatuur.
Het is een nachtmerrie. De binnenmuren worden zo heet dat ze iemand kunnen branden, en er wordt veel energie verspild aan het opwarmen van de rest van de kamer.
Het trucje is om te stoppen met denken aan ‘het opwarmen van de hele ruimte’ en in plaats daarvan te focussen op ‘het richten van de warmte’.
Daarom zijn we overgestapt op kortgolf-infraroodlampen. In plaats van te rekenen op convectie – waardoor alles in de buurt wordt opgewarmd – maken infraroodlampen gebruik van straling. Stel je het voor als een zaklamp, maar dan met warmte. De fotonen gaan rechtstreeks van de gloeidraad naar het substraat.
Het resultaat? Het gebied waar de CNT’s worden geproduceerd, krijgt de nodige warmte, terwijl de lucht en het metalen frame van de machine relatief koel blijven.
Het perfect regelen van de instellingen
Om nanobuizen te kunnen produceren, is er veel warmte nodig. We gebruiken lampen met hoge vermogens en passen de brandpuntsafstanden aan om dit te bereiken. Door de positie van de lampen aan te passen en reflectoren toe te voegen, kan al die energie worden gericht op een klein stukje van het substraat.
Maar er is één probleem: je kunt deze lampen niet zomaar aansluiten en weglopen. Je hebt een nauwkeurige PID-controller nodig.
Infraroodlampen bereiken hun doeltemperatuur bijna meteen. Als je controlemechanisme traag is, zal de temperatuur te hoog worden. En zodra de temperatuur te hoog wordt, zijn je nanobuizen verloren.
Wat gebeurt er in de praktijk?
Het goede nieuws is dat de wanden van je apparatuur niet meer te heet worden. Hierdoor is het veiliger om in de buurt van de machine te werken.
Maar het is geen magische oplossing. Hoge-intensiteitstraling is gevoelig voor kleine afwijkingen. Als de reflectoren zelfs maar een paar millimeter niet op de goede plek zitten, ontstaan er ‘hot spots’ op het substraat, waardoor de productie mislukt.
Je moet ervoor zorgen dat de bevestigingsmiddelen stevig zijn. Elke trilling of kleine verschuiving in de positie van de lamp kan het thermische profiel verstoren. Vergeet ook niet om de apparatuur te beschermen tegen ongewenste straling.