Почему мы заменяем использование принудительной циркуляции воздуха на инфракрасное нагревание при производстве углеродных нанотрубок
При производстве углеродных нанотрубок всё сводится к тому, как обеспечить правильную температуру. Если процесс активации катализатора не будет эффективным, весь объем готовой продукции будет бесполезным.
Многие заводы до сих пор используют систему принудительной циркуляции горячего воздуха. Честно говоря, это серьезная проблема. Принудительная циркуляция основана на конвекции – нужно дождаться, пока воздух нагреется, а затем позволить ему постепенно нагреть подложку. Этот процесс занимает много времени.
Инфракрасное нагревание работает иначе: оно использует излучение для прямого нагрева материала.
Время ожидания
Подумайте о времени, которое тратится впустую. При использовании горячего воздуха необходимо сначала нагреть всю атмосферу в камере, прежде чем заготовка начнет нагреваться. Это задержка, которая мешает эффективной работе.
Инфракрасные лампы не имеют такой проблемы. Они излучают фотоны, которые мгновенно поглощаются материалом. Таким образом, не нужен посредник в процессе нагрева. В процессе обработки полупроводников время нагрева сокращается с минут до секунд.
Это огромный преимущество: более быстрые циклы позволяют обрабатывать больше пластин за одну смену без лишних усилий.
Большая мощность в меньшем объеме
Чтобы достичь необходимой температуры для производства углеродных нанотрубок, мы используем инфракрасные излучатели высокой мощности. Это не обычные домашние обогреватели. Они обеспечивают высокую тепловую плотность в небольшом объеме.
Благодаря этому не нужны огромные, громоздкие изолированные печи для поддержания температуры воздуха. Габариты оборудования сокращаются.
К тому же можно разделить оборудование на отдельные зоны. Это самое лучшее. Если одна часть трубки остается холодной, не нужно повышать температуру во всей системе. Достаточно увеличить мощность только для этой лампы. Это позволяет точно контролировать процесс нагрева.
Недостатки
Инфракрасное нагревание не является решением всех проблем. Поскольку тепло достигает поверхности мгновенно, необходимо контролировать глубину проникновения тепла в материал. Если подложка слишком толстая или материал отражает свет, то внутренняя часть может оставаться холодной, в то время как поверхность уже нагрета.
Необходимо найти оптимальный баланс между интенсивностью инфракрасного излучения и способностью материала поглощать тепло. В противном случае можно повредить поверхность материала, в то время как его внутренняя часть останется холодной.