لماذا اخترنا استخدام التسخين بالأشعة تحت الحمراء لتصنيع الأنابيب النانوية الكربونية؟
عند تصنيع الأنابيب النانوية الكربونية، فإن كل شيء يعتمد على درجة الحرارة. إذا لم يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل صحيح، فإن العامل المحفز لن يعمل، وبالتالي سيفشل عملية ترسيب الكربون. هذا هو الأمر ببساطة.
لفترة طويلة، استخدم الجميع أفرانًا تقليدية للتسخين. لكن هذه الأفران في الحقيقة مجرد أفران ضخمة تستهلك كميات هائلة من الطاقة لتسخين الهواء الذي لا نحتاجه أصلاً. لذلك قررنا استخدام أنظمة التسخين بالأشعة تحت الحمراء بدلاً منها.
السرعة هي كل شيء.
جودة الأنابيب النانوية تعتمد على سرعة رفع درجة الحرارة. باستخدام أضواء الأشعة تحت الحمراء، يتم تسخين الهدف مباشرةً. لقد قمنا بضبط هذه الأنظمة لتوفير كثافة طاقة عالية، مما يعني أننا نصل إلى درجات الحرارة المطلوبة في ثوانٍ، وليس دقائق. هذا يجعل العملية أسرع، ويقلل من استهلاك الطاقة لكل وحدة من المواد المستخدمة في التصنيع.
اختيار النطاق المناسب للأشعة
نستخدم تقنية الكوارتز-الهالوجين لالتحكم في الطاقة ضمن النطاق المناسب من الأشعة تحت الحمراء. لماذا؟ لأن الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة تخترق السطح المستخدم في التصنيع، بينما الأشعة طويلة الموجة تنعكس أو تظل على السطح فقط. هذا يسمح لطبقة العامل المحفز بالتسخين بشكل كافٍ دون أن يتحول الفرن بأكمله إلى فرن حقيقي. أحيانًا نستخدم الكوارتز المغطى لضبط الإشعاع بدقة. هذا يكلف المزيد من المال، ويجب الحرص على عدم خدش السطح، لكن ذلك يستحق العناء من أجل الحصول على دقة عالية في النتائج.
التحديات العملية
ليس الأمر بهذه البساطة. يجب إعادة التفكير في طريقة التبريد. نظرًا لأن أضواء الأشعة تحت الحمراء تولد حرارة عالية جدًا، فإن أنظمة التبريد يجب أن تكون قادرة على التعامل مع هذه الحرارة. إذا لم يتم التبريد بشكل صحيح، فإن درجة الحرارة سترتفع، وهذا سيؤدي إلى مشاكل كبيرة.
لكن بمجرد تحسين أنظمة التبريد، يمكن استخدام هذه الأنظمة في خطوط التصنيع الحالية. بهذه الطريقة، لا نضيع وقتًا في انتظار أن يسخن الفرن.
إنها مجرد قواعد فيزيائية بسيطة: كلما قلت الحرارة المهدرة، كان المصنع أكثر نظافة واستدامة.