Waarom we geforceerde lucht vervangen door infraroodstraling bij de productie van koolstofnanobuizen
Bij het maken van koolstofnanobuizen komt het erop neer hoe je omgaat met de warmte. Als de activatie van de katalysator niet goed verloopt, is het hele proces verpest.
Veel fabrieken maken nog steeds gebruik van geforceerde luchtcirculatie. Eerlijk gezegd is dit een groot nadeel. Geforceerde luchtcirculatie werkt op basis van convectie: eerst moet de lucht heet worden, voordat deze het materiaal langzaam kan opwarmen. Het duurt eeuwen voordat het materiaal stabiel is.
Infraroodverwarming werkt anders. Hierbij worden stralingsenergie en warmte rechtstreeks in het materiaal gebracht.
Het wachten
Denk eens na over de tijd die je verspilt. Met geforceerde luchtcirculatie moet je eerst de hele lucht in de kamer opwarmen, voordat het materiaal zelfs maar begint te reageren. Dit veroorzaakt vertragingen die het proces vertragen.
IR-lampen werken niet zo. Ze sturen fotonen uit die direct worden opgenomen door het materiaal. Hierdoor hoef je geen tussenliggende lagen meer te gebruiken. In de diepe halfgeleiderfabricage hebben we gezien dat de tijd die nodig is om het proces te starten, van minuten naar seconden is gedaald.
Dat is een enorme verbetering. Snellere cycli betekenen dat je meer wanden per shift kunt produceren, zonder dat je veel moeite hoeft te doen.
Meer vermogen in minder ruimte
Om de benodigde warmte te behalen, gebruiken we IR-emitters met hoge vermogens. Dit zijn geen gewone huishoudelijke verwarmers. Ze leveren veel warmte in een klein gebied.
Dankzij dit kunnen we geen enorme, zware oven meer gebruiken om de lucht warm te houden. De benodigde ruimte wordt kleiner. Bovendien kunnen deze apparaten in verschillende zones worden geplaatst. Dit is het beste deel: als één deel van het materiaal wat kouder is, hoef je de warmte voor het hele systeem niet te verhogen. Je kunt gewoon de intensiteit van die ene lamp verhogen. Dat is precies wat nodig is.
De nadelen
Infrarood is echter geen magische oplossing voor alles. Omdat de warmte direct op het oppervlak terechtkomt, moet je controleren hoe diep de warmte zich echt verspreidt. Als het materiaal te dik is of de lichtstralen worden gereflecteerd, kan het binnenste nog steeds koud blijven, terwijl het oppervlak al heet is.
Je moet dus een evenwicht vinden tussen de intensiteit van het infraroodlicht en de emissiviteit van het materiaal. Anders riskeer je dat het buitenste deel van het materiaal verbrandt, terwijl het binnenste nog steeds koud is.