ES2933953T3 - Reactor for the manufacture of graphene - Google Patents

Reactor for the manufacture of graphene Download PDF

Info

Publication number
ES2933953T3
ES2933953T3 ES19183490T ES19183490T ES2933953T3 ES 2933953 T3 ES2933953 T3 ES 2933953T3 ES 19183490 T ES19183490 T ES 19183490T ES 19183490 T ES19183490 T ES 19183490T ES 2933953 T3 ES2933953 T3 ES 2933953T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
reactor
plasma
plasma reactor
graphene
nucleation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES19183490T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Tatarova Elena Stefanova
Santos Duarte Vieira Henriques Júlio Paulo Dos
Mota Capitão Lemos Alves Luís Paulo Da
Gonsalves Bruno Miguel Soares
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidade de Lisboa
Original Assignee
Universidade de Lisboa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidade de Lisboa filed Critical Universidade de Lisboa
Application granted granted Critical
Publication of ES2933953T3 publication Critical patent/ES2933953T3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso, un reactor y un sistema para producir nanoestructuras bidimensionales independientes, utilizando un entorno de plasma excitado por microondas. El proceso se basa en inyectar en un reactor una mezcla (9) de gases y precursores en régimen de corriente. La corriente se somete a un campo eléctrico de onda superficial (5), excitado por el uso de energía de microondas (7) que se introduce en un aplicador de campo (6), generando plasmas de alta densidad de energía (2,3,4), que rompen los precursores en sus constituyentes atómicos y/o moleculares. El sistema comprende un reactor de plasma con una zona de lanzamiento de ondas superficiales, una zona transitoria con un área de sección transversal progresivamente creciente y una zona de nucleación. El reactor de plasma junto con una fuente de radiación infrarroja (11) proporciona un ajuste controlado de los gradientes espaciales, de la temperatura y la velocidad de la corriente de gas. La mayoría de las muestras de nanoestructuras bidimensionales obtenidas tienen un espesor de una sola capa atómica, además el proceso y sistema permiten obtener tasas de producción de grafeno del orden de un gramo por hora y superiores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to a process, a reactor and a system for producing freestanding two-dimensional nanostructures, using a microwave excited plasma environment. The process is based on injecting a mixture (9) of gases and precursors in a current regime into a reactor. The current is subjected to a surface wave electric field (5), excited by the use of microwave energy (7) that is introduced into a field applicator (6), generating high energy density plasmas (2,3, 4), which break the precursors into their atomic and/or molecular constituents. The system comprises a plasma reactor with a surface wave launch zone, a transient zone with a progressively increasing cross-sectional area and a nucleation zone. The plasma reactor together with an infrared radiation source (11) provides a controlled adjustment of the spatial gradients, temperature and speed of the gas stream. Most of the two-dimensional nanostructure samples obtained have a thickness of a single atomic layer, and the process and system allow obtaining graphene production rates of the order of one gram per hour and higher. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Reactor para fabricación de grafenoReactor for the manufacture of graphene

Campo de la invenciónfield of invention

La presente invención se refiere, en general, a un reactor para la fabricación selectiva de nanoestructuras bidimensionales autónomas usando tecnología de plasma, en particular, plasma de microondas.The present invention relates generally to a reactor for the selective fabrication of autonomous two-dimensional nanostructures using plasma technology, in particular microwave plasma.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la actualidad, el desarrollo de nuevas nanoestructuras bidimensionales se considera una de las áreas de investigación en ciencia y tecnología que presenta mayor demanda y, por tanto, con mayor valor estratégico.Currently, the development of new two-dimensional nanostructures is considered one of the research areas in science and technology that presents the greatest demand and, therefore, with the greatest strategic value.

El grafeno es el ejemplo más eminente de una nanoestructura bidimensional (a base de carbono) con una demanda creciente, ya que posee muchas propiedades extraordinarias, con aplicaciones potenciales en numerosas disciplinas científicas y de ingeniería.Graphene is the most eminent example of a two-dimensional (carbon-based) nanostructure that is in increasing demand as it possesses many extraordinary properties, with potential applications in numerous scientific and engineering disciplines.

Sin embargo, el rendimiento mecánico, óptico y eléctrico del grafeno depende de manera crucial de sus características estructurales, es decir, el número de monocapas (cuyo crecimiento limita las propiedades mecánicas cuánticas deseables), la presencia de carbonos sp3, defectos, etc...However, the mechanical, optical, and electrical performance of graphene crucially depends on its structural characteristics, i.e., the number of monolayers (whose growth limits desirable quantum mechanical properties), the presence of sp3 carbons, defects, etc. .

Actualmente, los procedimientos usados para la producción de grafeno se basan en uno de dos enfoques diferentes, en lo sucesivo denominados «descendentes» o «ascendentes».Currently, the procedures used for the production of graphene are based on one of two different approaches, hereinafter referred to as 'top-down' or 'bottom-up'.

El grafeno de la más alta calidad se puede obtener exfoliando mecánicamente el grafito pirolítico altamente orientado, este procedimiento puede considerarse el ejemplo más común del enfoque «descendente». Sin embargo, este procedimiento conduce a tasas de producción relativamente bajas (alrededor de 1 mg/h), en comparación con la cantidad de referencia para aplicaciones industriales (aproximadamente 1 g/h).The highest quality graphene can be obtained by mechanically exfoliating highly oriented pyrolytic graphite, this procedure can be considered the most common example of the "top-down" approach. However, this procedure leads to relatively low production rates (about 1 mg/h), compared to the reference amount for industrial applications (about 1 g/h).

La producción de óxido de grafeno a partir de grafito, seguida de la reducción térmica del óxido de grafeno, es un segundo ejemplo de una estrategia de producción «descendente», que a pesar de tener tasas de producción mucho más altas (mayores que 1 g/h), conduce a un producto altamente defectuoso (S. Mao, H. Pu, J. Chen, «Graphene oxide and its reduction: modeling and experimental progress» 2012 RSC Adv. progress 22643).The production of graphene oxide from graphite, followed by thermal reduction of graphene oxide, is a second example of a "top-down" production strategy, which despite having much higher production rates (greater than 1 g /h), leads to a highly defective product (S. Mao, H. Pu, J. Chen, «Graphene oxide and its reduction: modeling and experimental progress» 2012 RSC Adv. progress 22643).

Los enfoques «ascendentes» incluyen el crecimiento epitaxial, la deposición química de vapor (CVD, por sus siglas en inglés) y la grafitización al vacío de sustratos de carburo de silicio, entre otros. Estas técnicas presentan varios inconvenientes, como la degradación de las propiedades de la nanoestructura debido a la interferencia de los metales de transición, la necesidad de usar catalizadores costosos (Fe, Co, Cu, Ni, etc.), las altísimas temperaturas de procesamiento, la duración y complejidad de los procedimientos de producción, el uso de productos químicos peligrosos y, sobre todo, el control muy limitado sobre el procedimiento de ensamblaje de nanoestructuras (E. Tatarova et al, «Plasmas for environmental issues: from hydrogen production to 2D materials assembly» 2014 Plasma Sources Sci. Technol. 23063002-063054).“Bottom up” approaches include epitaxial growth, chemical vapor deposition (CVD), and vacuum graphitization of silicon carbide substrates, among others. These techniques have several drawbacks, such as the degradation of the properties of the nanostructure due to the interference of transition metals, the need to use expensive catalysts (Fe, Co, Cu, Ni, etc.), the very high processing temperatures, the length and complexity of the production procedures, the use of dangerous chemicals and, above all, the very limited control over the nanostructure assembly procedure (E. Tatarova et al, «Plasmas for environmental issues: from hydrogen production to 2D materials assembly» 2014 Plasma Sources Sci. Technol. 23063002-063054).

Por lo tanto, las técnicas existentes aún no pueden proporcionar nanoestructuras bidimensionales con propiedades fisicoquímicas y estructurales predefinidas y bien controladas, si bien al mismo tiempo garantizan tasas de producción adecuadas a las aplicaciones industriales.Therefore, existing techniques cannot yet provide two-dimensional nanostructures with predefined and well-controlled structural and physicochemical properties, while at the same time guaranteeing production rates suitable for industrial applications.

A las restricciones anteriores, debe añadirse que los enfoques de «ascendente» del estado de la técnica generalmente requieren el uso de un sustrato, que consiste en una superficie sólida, lo que puede limitar el éxito de las aplicaciones previstas.To the above restrictions, it should be added that state-of-the-art "bottom-up" approaches generally require the use of a substrate, consisting of a solid surface, which may limit the success of intended applications.

Por ejemplo, cuando el objetivo es crear dispositivos de conversión y almacenamiento de energía, o el desarrollo de nuevos materiales compuestos, el uso de estructuras de grafeno autónomas (es decir, sin sustratos de soporte) es una alternativa más atractiva a dichos grafenos horizontales y grafenos soportados por sustratos, donde un lado de la lámina de grafeno se implanta sobre una superficie de sustrato sólido.For example, when the goal is to create energy storage and conversion devices, or the development of new composite materials, the use of autonomous graphene structures (i.e., without supporting substrates) is a more attractive alternative to such horizontal graphenes and substrate-supported graphenes, where one side of the graphene sheet is implanted onto a solid substrate surface.

De hecho, en términos de aplicaciones, los grafenos autónomas tienen la ventaja obvia de poder usar ambas superficies y al menos tres bordes abiertos, mientras que los grafenos unidos a un sustrato usan solo una superficie. In fact, in terms of applications, autonomous graphenes have the obvious advantage of being able to use both surfaces and at least three open edges, while substrate-bound graphenes use only one surface.

Recientemente, los plasmas de microondas se han usado en la técnica de «aerosol a través del plasma» (un enfoque «ascendente») para producir una multitud de nanoestructuras autónomas que son de interés en muchos campos (J. Phillips, D. Mendoza, C. K. Chen, «Method for producing metal oxide nanoparticles» 2008 Patente de EE. UU.Recently, microwave plasmas have been used in the "spray through plasma" technique (a "bottom-up" approach) to produce a multitude of autonomous nanostructures that are of interest in many fields (J. Phillips, D. Mendoza, C. K. Chen, “Method for producing metal oxide nanoparticles” 2008 US Pat.

7,357,910 B2), incluido el grafeno (J. Phillips, C. C. Luhrse, M. Richard 2009 IEEE Trans. Plasma Sci. 37726). 7,357,910 B2), including graphene (J. Phillips, CC Luhrse, M. Richard 2009 IEEE Trans. Plasma Sci. 37726).

En el trabajo de Dato et al, «Substrate-free gas-phase synthesis of graphene sheets» 2008 Nano Letters 82012 se ha demostrado que es posible producir grafeno de forma autónoma, sin necesidad de usar materiales o sustratos tridimensionales. In the work by Dato et al, «Substrate-free gas-phase synthesis of graphene sheets» 2008 Nano Letters 82012, it has been shown that it is possible to produce graphene autonomously, without the need to use three-dimensional materials or substrates.

Sin embargo, cabe destacar que este trabajo mantiene otras limitaciones mencionadas anteriormente, a saber, la baja pureza de las nanoestructuras producidas, de las cuales solo algunas son láminas de grafeno constituidas por dos o tres capas de carbono (las restantes corresponden a otros alótropos de carbono), y las bajas tasas de producción alcanzadas (aproximadamente 1 mg/h).However, it should be noted that this work maintains other limitations mentioned above, namely the low purity of the nanostructures produced, only some of which are graphene sheets made up of two or three layers of carbon (the rest correspond to other allotropes of carbon), and the low production rates achieved (approximately 1 mg/h).

Para controlar el número de monocapas atómicas y la calidad estructural (defectos, impurezas, etc.) de las nanoestructuras bidimensionales producidas, se propuso un novedoso procedimiento asistido por plasma de microondas que permite seleccionar el producto final de forma determinante.In order to control the number of atomic monolayers and the structural quality (defects, impurities, etc.) of the two-dimensional nanostructures produced, a novel microwave plasma-assisted procedure was proposed, which enables the final product to be decisively selected.

Este procedimiento, que se usó para producir láminas de grafeno autónomas, se basa en inyectar un precursor líquido, como etanol, a través de un plasma de argón de microondas, donde se produce la descomposición del etanol. Los átomos y moléculas de carbono, producidos por el plasma en fase gaseosa, se difunden hacia zonas más frías del sistema, donde se añaden a núcleos de carbono sólido.This procedure, which was used to produce autonomous graphene sheets, is based on injecting a liquid precursor, such as ethanol, through a microwave argon plasma, where the ethanol decomposition occurs. The carbon atoms and molecules, produced by the gas phase plasma, diffuse towards colder parts of the system, where they are added to solid carbon nuclei.

Este procedimiento se describe en los siguientes trabajos: E. Tatarova, J. Henriques, C. C. Luhrs, A. Dias, J. Phillips, M. V. Abrashev, C. M. Ferreira, «Microwave plasma based single step method for free standing graphene synthesis at atmospheric conditions» 2013 Appl. Phys. Lett. 103 134101-5; E. Tatarova, A. Dias, J. Henriques, A. M. Botelho do Rego, A. M. Ferraria, M. V. Abrashev, C. C. Luhrs, J. Phillips, F. M. Dias, C. M. Ferreira, «Microwave plasma applied for the synthesis of free standing graphene sheets» 2014 J. Phys D: Appl. Phys. 47385501-512.This procedure is described in the following papers: E. Tatarova, J. Henriques, CC Luhrs, A. Dias, J. Phillips, MV Abrashev, CM Ferreira, «Microwave plasma based single step method for free standing graphene synthesis at atmospheric conditions» 2013 appl. Phys. Lett. 103 134101-5; E. Tatarova, A. Dias, J. Henriques, AM Botelho do Rego, AM Ferraria, MV Abrashev, CC Luhrs, J. Phillips, FM Dias, CM Ferreira, «Microwave plasma applied for the synthesis of free standing graphene sheets» 2014 J. Phys D: Appl. Phys. 47385501-512.

Estos trabajos resuelven parcialmente el problema de la producción simultánea de diferentes alótropos de carbono (limitado a aproximadamente el 30 % del total de nanoestructuras producidas), lo que permite producir láminas de grafeno con una alta calidad estructural (1 -3 capas atómicas) comparable a la de los materiales de grafeno disponibles en el mercado, pero con la ventaja de ser autónomas, es decir, con la ventaja de no tener sustrato de soporte, como se mencionó anteriormente.These works partially solve the problem of the simultaneous production of different carbon allotropes (limited to approximately 30% of the total nanostructures produced), allowing graphene sheets to be produced with a high structural quality (1-3 atomic layers) comparable to that of the graphene materials available on the market, but with the advantage of being autonomous, that is, with the advantage of not having a support substrate, as mentioned above.

En la Solicitud de Patente de EE. UU. 2010/301212 A1, titulada «Substrate-free gas-phase synthesis of graphene sheets» se describe un aparato y método de síntesis en fase gaseosa sin sustrato que puede producir grafeno rápida y continuamente en condiciones ambientales sin el uso de grafito o sustratos. Las láminas de grafeno se sintetizan continuamente en fracciones de segundo enviando un aerosol que consiste en gas argón y gotitas de etanol líquido a un campo de plasma de argón generado por microondas a presión atmosférica. Las gotitas de etanol se evaporan y se disocian en el plasma, formando láminas de grafeno que se recogen. El aparato se puede escalar para la producción a gran escala de grafeno limpio y altamente ordenado y sus múltiples aplicaciones. El grafeno que se produce es limpio y altamente ordenado con pocas imperfecciones de red y funciones oxígeno y, por lo tanto, tiene mejores características sobre el grafeno producido por los métodos actuales en la técnica. Se demostró que el grafeno producido por el aparato y los métodos es particularmente útil como sustrato de soporte que permite obtener imágenes de resolución atómica directa de moléculas orgánicas e interfases con nanopartículas en un grado previamente inalcanzable.US Patent Application 2010/301212 A1, entitled "Substrate-free gas-phase synthesis of graphene sheets" describes a substrate-free gas-phase synthesis apparatus and method that can rapidly and continuously produce graphene under conditions environmental conditions without the use of graphite or substrates. Graphene sheets are continuously synthesized in fractions of a second by sending an aerosol consisting of argon gas and liquid ethanol droplets into a microwave-generated argon plasma field at atmospheric pressure. The ethanol droplets evaporate and dissociate in the plasma, forming sheets of graphene that are collected. The apparatus is scalable for large-scale production of clean and highly ordered graphene and its multiple applications. The graphene that is produced is clean and highly ordered with few lattice imperfections and oxygen functions, and therefore has better characteristics over graphene produced by current methods in the art. The graphene produced by the apparatus and methods was shown to be particularly useful as a supporting substrate allowing direct atomic resolution imaging of organic molecules and interfaces with nanoparticles to a degree previously unattainable.

En la Solicitud de Patente GB 2527209 A, titulada «Apparatus and method for plasma synthesis of graphitic products including graphene» se describe un aparato para formar productos grafíticos que incluyen grafeno que comprende una boquilla 19 de plasma acoplada a una cámara 7 de reacción, medios 14 para suministrar un gas de procedimiento que contiene carbono a la boquilla 19 y el medio 1 para suministrar radiación de radiofrecuencia o microondas al gas de proceso dentro de la boquilla 19. La boquilla 19 está dispuesta de modo que la luminiscencia de plasma se extienda hacia la cámara 7 de reacción. En uso, el gas de proceso es craqueado por el plasma en la boquilla 19 y pasa a la cámara 7 de reacción donde se recombina para formar productos grafíticos en la luminiscencia de plasma. La boquilla 19 está conformada para formar al menos uno y preferiblemente tres vórtices en el gas de proceso dentro de la boquilla 19. La cámara 7 de reacción puede ser cilíndrica con una abertura 9 en uno o ambos extremos para retirar el producto. La luminiscencia pierde calor rápidamente al salir de la boquilla 19, por ejemplo, debido al diámetro de la cámara 7 de reacción o los medios para enfriar la luminiscencia que se encuentra en la cámara.In GB Patent Application 2527209 A, entitled "Apparatus and method for plasma synthesis of graphitic products including graphene" there is disclosed an apparatus for forming graphitic products including graphene comprising a plasma nozzle 19 coupled to a reaction chamber 7, media 14 for supplying a carbon-containing process gas to the nozzle 19 and means 1 for supplying radio frequency or microwave radiation to the process gas within the nozzle 19. The nozzle 19 is arranged so that the plasma luminescence extends towards reaction chamber 7. In use, the process gas is cracked by the plasma in nozzle 19 and passes into reaction chamber 7 where it recombines to form graphitic products in plasma luminescence. The nozzle 19 is shaped to form at least one and preferably three vortices in the process gas within the nozzle 19. The reaction chamber 7 may be cylindrical with an opening 9 at one or both ends for product removal. The luminescence quickly loses heat when leaving the nozzle 19, for example due to the diameter of the reaction chamber 7 or the means for cooling the luminescence in the chamber.

Sin embargo, estas propuestas no han resuelto otros problemas mencionados anteriormente, como la baja tasa de producción de grafeno, de aproximadamente 0,5 mg/h, y el grado de pureza relativamente bajo del producto obtenido, que se produce con oxígeno incorporado.However, these proposals have not solved other problems mentioned above, such as the low production rate of graphene, of approximately 0.5 mg/h, and the relatively low degree of purity of the product obtained, which is produced with incorporated oxygen.

Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de un reactor para la producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas que resuelvan los problemas mencionados anteriormente de la técnica anterior.Therefore, there is a need in the art for a reactor for the production of autonomous two-dimensional nanostructures that solve the aforementioned problems of the prior art.

En particular, es necesario un reactor que pueda proporcionar mayores grados de pureza de las nanoestructuras resultantes del mismo, así como mejores tasas de producción industrial.In particular, a reactor is needed that can provide higher degrees of purity of the resulting nanostructures, as well as better industrial production rates.

Los objetivos, ventajas y funciones adicionales de la presente invención se propondrán en la siguiente descripción, y pueden desarrollarse y mejorarse naturalmente con el uso práctico.Additional objects, advantages and functions of the present invention will be proposed in the following description, and they can be naturally developed and improved with practical use.

Los objetivos de la presente invención se logran mediante el reactor reivindicado en las reivindicaciones independientes anexas, siendo las reivindicaciones dependientes usadas para definir realizaciones particulares de la presente invención. The objects of the present invention are achieved by the reactor claimed in the appended independent claims, the dependent claims being used to define particular embodiments of the present invention.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

La invención se refiere a un reactor de plasma de microondas para la fabricación de nanoestructuras bidimensionales autónomas, teniendo el reactor un cuerpo (1) hueco que comprende:The invention relates to a microwave plasma reactor for manufacturing autonomous two-dimensional nanostructures, the reactor having a hollow body (1) comprising:

• una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales de creación de plasma,• a part (19) for launching surface waves of plasma creation,

• una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores y• a part (21) of nucleation of precursor constituents and

• una parte (20) transitoria que tiene el primer y el segundo extremos conectados, respectivamente, a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales y a la parte (21) de nucleación, proporcionando una comunicación fluida entre estas partes (19, 21), en donde dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el cuerpo (1) tres zonas interiores de funcionamiento (19', 20', 21'),• a transitory part (20) having the first and second ends connected, respectively, to the surface wave launching part (19) and to the nucleation part (21), providing fluid communication between these parts (19, 21). ), wherein said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the body (1) three interior operating zones (19', 20', 21'),

caracterizado por que el primer extremo de la parte (20) transitoria tiene un área de sección transversal que es menor que un área de sección transversal del segundo extremo.characterized in that the first end of the transitional part (20) has a cross-sectional area that is less than a cross-sectional area of the second end.

Preferiblemente, el área de la sección transversal de la parte (20) transitoria va aumentando progresivamente desde su primer hasta su segundo extremo.Preferably, the cross-sectional area of the transitory part (20) increases progressively from its first to its second end.

En una realización, dichas partes (19, 20, 21) están unidas entre sí de manera integral, formando una sola pieza. In one embodiment, said parts (19, 20, 21) are integrally joined together, forming a single piece.

El cuerpo (1) hueco del reactor está formado por un material dieléctrico seleccionado del grupo que consiste en cuarzo, zafiro, alúmina y combinaciones de estos.The hollow body (1) of the reactor is formed by a dielectric material selected from the group consisting of quartz, sapphire, alumina and combinations thereof.

En otra realización, el cuerpo (1) hueco del reactor comprende además una parte (8) de admisión de una mezcla de al menos un gas inerte y al menos un precursor, estando la parte (8) de admisión integrada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales o acoplada a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales a través de conexiones.In another embodiment, the hollow body (1) of the reactor also comprises a part (8) for admitting a mixture of at least one inert gas and at least one precursor, the part (8) being integrated into the part (19 ) for launching surface waves or coupled to the part (19) for launching surface waves through connections.

Además, la invención se refiere a un sistema de producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas, comprendiendo el sistema:In addition, the invention refers to a system for the production of autonomous two-dimensional nanostructures, the system comprising:

• un reactor de plasma de microondas que tiene un cuerpo (1) hueco que comprende, al menos, una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales, una parte (20) transitoria de formación de plasma y una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores; dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el reactor tres zonas (19', 20', 21') interiores de funcionamiento que se conectan secuencialmente en comunicación fluida entre sí,• a microwave plasma reactor having a hollow body (1) comprising at least a surface wave launching part (19), a transient plasma formation part (20) and a nucleation part (21). of precursor constituents; Said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the reactor three interior operating zones (19', 20', 21') that are sequentially connected in fluid communication with each other,

caracterizado por que comprende, además,characterized in that it also includes

• al menos, una fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dispuesta para irradiar la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor.• At least one source (11) of infrared radiation on the outside of the hollow body (1) of the plasma reactor, arranged to irradiate the inner area (21') defined by the nucleation part (21) of said body (1). ) from the reactor.

En una realización, el sistema comprende además un dispositivo (10) de refrigeración en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, en donde el dispositivo (10) de refrigeración está dispuesto para enfriar, al menos, la zona (20') interior definida por la parte (20) transitoria de dicho cuerpo (1) del reactor.In one embodiment, the system further comprises a cooling device (10) outside the hollow body (1) of the plasma reactor, wherein the cooling device (10) is arranged to cool at least the area (20 ') interior defined by the transitory part (20) of said body (1) of the reactor.

Dicho dispositivo (10) de enfriamiento es operable en un intervalo de temperatura entre 40 °C y 220 °C, preferiblemente entre 40 °C y 200 °C, más preferiblemente entre 40 y 180°C, lo más preferiblemente entre 40 °C y 150 °C.Said cooling device (10) is operable in a temperature range between 40°C and 220°C, preferably between 40°C and 200°C, more preferably between 40 and 180°C, most preferably between 40°C and 150°C

En otra realización, el sistema comprende además una fuente de radiación ultravioleta en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dispuesta para irradiar, al menos, la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor.In another embodiment, the system also comprises a source of ultraviolet radiation outside the hollow body (1) of the plasma reactor, arranged to irradiate at least the interior area (21') defined by the nucleation part (21). of said body (1) of the reactor.

En otra realización más, dichas partes (19, 20, 21) del cuerpo (1) del reactor están unidas entre sí integralmente formando una sola pieza.In yet another embodiment, said parts (19, 20, 21) of the body (1) of the reactor are integrally joined together, forming a single piece.

Dicho cuerpo (1) del reactor está formado por un material dieléctrico seleccionado del grupo que consiste en cuarzo, zafiro, alúmina y combinaciones de estos.Said body (1) of the reactor is formed by a dielectric material selected from the group consisting of quartz, sapphire, alumina and combinations thereof.

En una realización muy preferida, el sistema para la producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas se caracteriza por comprender:In a highly preferred embodiment, the system for the production of autonomous two-dimensional nanostructures is characterized by comprising:

• un reactor de plasma de microondas que tiene un cuerpo (1) hueco que comprende al menos:• a microwave plasma reactor that has a hollow body (1) comprising at least:

una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales de creación de plasma, a part (19) for launching surface waves of plasma creation,

una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores ya part (21) of nucleation of precursor constituents and

una parte (20) transitoria que tiene el primer y el segundo extremos conectados, respectivamente, a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales y a la parte (21) de nucleación, proporcionando una comunicación fluida entre estas partes (19, 21),a transitory part (20) having the first and second ends connected, respectively, to the surface wave launching part (19) and the nucleation part (21), providing seamless communication between these parts (19, 21) ,

en donde dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el cuerpo (1) del reactor tres zonas (19', 20', 21') interiores de funcionamiento; y dicho primer extremo de la parte (20) transitoria tiene un área de sección transversal menor que el área de sección transversal de dicho segundo extremo de la parte (20) transitoria, ywherein said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the body (1) of the reactor three interior operating zones (19', 20', 21'); and said first end of the transitional part (20) has a cross-sectional area less than the cross-sectional area of said second end of the transitional part (20), and

• al menos, una fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior de dicho cuerpo (1) hueco del reactor, dispuesta para irradiar la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor. • at least one source (11) of infrared radiation outside said hollow body (1) of the reactor, arranged to irradiate the interior area (21') defined by the nucleation part (21) of said body (1). of the reactor.

Preferiblemente, el sistema de la realización anterior comprende además un dispositivo (10) de enfriamiento en el exterior del cuerpo (1) del reactor, en donde el dispositivo (10) de enfriamiento está dispuesto para enfriar, al menos, la zona (20') interior definida por la parte (20) transitoria de dicho cuerpo (1) del reactor, siendo dicho dispositivo (10) de enfriamiento operable en un intervalo de temperatura entre 40 °C y 220 °C, preferiblemente entre 40 °C y 200 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 180 °C, lo más preferiblemente entre 40 °C y 150 °C.Preferably, the system of the previous embodiment also comprises a cooling device (10) outside the body (1) of the reactor, wherein the cooling device (10) is arranged to cool at least the area (20' ) interior defined by the transitory part (20) of said body (1) of the reactor, said cooling device (10) being operable in a temperature range between 40 °C and 220 °C, preferably between 40 °C and 200 °C C, more preferably between 40°C and 180°C, most preferably between 40°C and 150°C.

Preferiblemente, el sistema de la realización anterior comprende además una fuente de radiación ultravioleta en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dispuesta para irradiar al menos la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor.Preferably, the system of the previous embodiment also comprises a source of ultraviolet radiation outside the hollow body (1) of the plasma reactor, arranged to irradiate at least the interior zone (21') defined by the nucleation part (21). of said body (1) of the reactor.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Los dibujos y fotografías adjuntos ilustran realizaciones ejemplares y resultados típicos de la presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.The accompanying drawings and photographs illustrate exemplary embodiments and typical results of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

Las figuras 1 a 3 muestran dibujos de la sección transversal longitudinal de un sistema preferido de la invención, mostrando también algunas características físicas relacionadas con el procedimiento de producción de nanoestructuras autónomas, como los gradientes (13, 15, 16) de temperatura del gas dentro del reactor (figura 2) también denominadas (T1, T2 y T3); y gradientes (17, 18) de velocidad del gas (figura 3), cuyo control permite seleccionar la producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas según la invención.Figures 1 to 3 show drawings of the longitudinal cross section of a preferred system of the invention, also showing some physical characteristics related to the production process of autonomous nanostructures, such as the gradients (13, 15, 16) of gas temperature within of the reactor (figure 2) also called (T1, T2 and T3); and gas velocity gradients (17, 18) (Figure 3), the control of which allows selecting the production of autonomous two-dimensional nanostructures according to the invention.

La figura 4 muestra una representación esquemática de una unidad de inyección ejemplar del reactor de plasma.Figure 4 shows a schematic representation of an exemplary plasma reactor injection unit.

La figura 5 muestra un ejemplo de imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), obtenida a partir del resultado de la síntesis selectiva de láminas de grafeno, con una barra de escala de 100 nm, controlada con fuertes gradientes axiales de temperatura y velocidad. Esta imagen con un aumento de 40000x se obtuvo en modo SEI con electrones secundarios y con un voltaje de trabajo aplicado de 15,0 kV.Figure 5 shows an example of a scanning electron microscopy (SEM) image, obtained from the result of the selective synthesis of graphene sheets, with a scale bar of 100 nm, controlled with strong gradients. temperature and velocity axials. This image at 40,000x magnification was obtained in SEI mode with secondary electrons and an applied working voltage of 15.0 kV.

La figura 6 muestra una imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM, por sus siglas en inglés), obtenida usando láminas de grafeno sintetizadas por el sistema de la presente invención. Como se ve en la imagen, con una barra de escala de 10 nm, estas láminas de grafeno tienen ventajosamente solo unas pocas capas, muchas de ellas son monocapas identificadas por las flechas. Figure 6 shows a High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) image, obtained using graphene sheets synthesized by the system of the present invention. As seen in the image, with a scale bar of 10 nm, these graphene sheets advantageously have only a few layers, many of them being monolayers identified by the arrows.

La figura 7 muestra un ejemplo de imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM), con una barra de escala de 100 nm, obtenida a partir del resultado de la síntesis no selectiva del estado de la técnica de nanoestructuras de carbono (nanopartículas de carbono, nanoláminas de grafeno y nanodiamantes), adoptando condiciones de gradientes axiales de temperatura/velocidad reducidos y/o no controlados. La imagen tiene un aumento de 40000x y se obtuvo en modo SEI con electrones secundarios y un voltaje de trabajo aplicado de 15,0 kV.Figure 7 shows an example of a scanning electron microscopy (SEM) image, with a scale bar of 100 nm, obtained from the result of the state-of-the-art non-selective synthesis of carbon nanostructures (carbon nanoparticles, graphene nanosheets and nanodiamonds), adopting conditions of reduced and/or uncontrolled axial temperature/velocity gradients. The image is at 40,000x magnification and was obtained in SEI mode with secondary electrons and an applied working voltage of 15.0 kV.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La presente invención se refiere a un reactor en que se usan plasmas de microondas para producir selectivamente nanoestructuras bidimensionales autónomas, que están ventajosamente constituidas por unas pocas capas atómicas solamente y creadas en forma de escamas en suspensión, con tasas de producción del orden de un gramo por hora (1 g/h).The present invention relates to a reactor in which microwave plasmas are used to selectively produce autonomous two-dimensional nanostructures, which are advantageously made up of only a few atomic layers and created in the form of suspended flakes, with production rates of the order of one gram. per hour (1g/h).

El reactor y sistema de la invención permite, mediante el seguimiento de las condiciones de funcionamiento, la producción selectiva de nanoestructuras, es decir, la generación de un único alótropo atómico monocapa bidimensional. The reactor and system of the invention allow, by monitoring the operating conditions, the selective production of nanostructures, that is, the generation of a single two-dimensional monolayer atomic allotrope.

Las figuras 5 y 6 muestran ejemplos de nanoestructuras producidas de acuerdo con la presente invención, la figura 5 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de nanoláminas de grafeno en forma de escamas, y la figura 6 muestra una imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) de nanoláminas de grafeno con solo unas pocas monocapas. Los resultados presentados en estas figuras se lograron mediante la aplicación del procedimiento de invención, el cual permitió seleccionar el producto final de manera determinante.Figures 5 and 6 show examples of nanostructures produced in accordance with the present invention, Figure 5 shows a scanning electron microscopy (SEM) image of flake-shaped graphene nanosheets, and Figure 6 shows an electron microscopy image High-resolution transmission analysis (HRTEM) of graphene nanosheets with only a few monolayers. The results presented in these figures were achieved by applying the procedure of the invention, which made it possible to select the final product in a decisive manner.

Por otro lado, la figura 7 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM), obtenida en condiciones de producción no selectivas según un procedimiento de la técnica anterior, donde se pueden distinguir varias nanoestructuras de carbono, como nanopartículas de carbono, nanoláminas de grafeno y nanodiamantes.On the other hand, Figure 7 shows a scanning electron microscopy (SEM) image, obtained under non-selective production conditions according to a prior art procedure, where various carbon nanostructures can be distinguished, such as carbon nanoparticles, carbon nanosheets, graphene and nanodiamonds.

Téngase en cuenta que, si bien los ejemplos presentados en la presente memoria se relacionan con la producción de grafeno, el reactor de la presente invención puede usarse para producir otras nanoestructuras bidimensionales, como derivados de grafeno (por ejemplo, N-grafeno, F-grafeno), germaneno (el homólogo bidimensional de germanio), nitruro de boro hexagonal, entre otros.Note that while the examples presented herein relate to the production of graphene, the reactor of the present invention can be used to produce other two-dimensional nanostructures, such as graphene derivatives (for example, N-graphene, F- graphene), germanene (the two-dimensional homologue of germanium), hexagonal boron nitride, among others.

En el contexto de la presente invención, el término «nanoestructuras bidimensionales» se refiere a láminas de espesor nanométrico que consisten en un número limitado (típicamente entre 1 y 3) de capas atómicas.In the context of the present invention, the term "two-dimensional nanostructures" refers to nanometer-thick sheets consisting of a limited number (typically between 1 and 3) of atomic layers.

El término «nanoestructuras autónomas» se refiere a nanoestructuras independientes capaces de soportar su propio peso sin deteriorarse, y que se crean en forma de escamas en suspensión, sin necesidad de usar sustratos de soporte. The term "autonomous nanostructures" refers to independent nanostructures capable of supporting their own weight without deteriorating, and which are created in the form of suspended flakes, without the need to use support substrates.

El término «corriente» se refiere a un fluido en movimiento.The term "current" refers to a fluid in motion.

La expresión «plasma de microondas» se refiere a un gas ionizado, generado mediante la aplicación de un campo eléctrico de una onda superficial excitada por energía de microondas. La onda superficial se propaga en la interfaz entre el plasma y un medio dieléctrico, donde el campo eléctrico tiene la máxima intensidad. Al propagarse, la onda superficial crea un plasma y genera de forma autoconsistente su propia estructura de propagación.The term "microwave plasma" refers to an ionized gas, generated by applying an electric field from a surface wave excited by microwave energy. The surface wave propagates at the interface between the plasma and a dielectric medium, where the electric field is strongest. When propagating, the surface wave creates a plasma and self-consistently generates its own propagation structure.

Por «precursor» se entiende un producto atómico o molecular que constituye la materia prima para la construcción de nanoestructuras.By "precursor" is meant an atomic or molecular product that constitutes the raw material for the construction of nanostructures.

Por «constituyentes del precursor» se entiende los elementos químicos de los que está hecho el precursor, es decir, uno o más de los siguientes elementos químicos: carbono, boro, germanio, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y flúor. By “precursor constituents” is meant the chemical elements from which the precursor is made, ie one or more of the following chemical elements: carbon, boron, germanium, nitrogen, oxygen, hydrogen and fluorine.

Por «nucleación de constituyentes precursores» o simplemente «nucleación» se entiende el paso en el que conjuntos de uno o más constituyentes precursores dispersos en el gas inerte se unen en aglomerados, a escala nanométrica. By "nucleation of precursor constituents" or simply "nucleation" is meant the step in which assemblies of one or more precursor constituents dispersed in the inert gas are brought together into agglomerates, on a nanometer scale.

Por producción «selectiva» se entiende la selección determinante del producto final deseado, por ejemplo, evitando la aparición de variantes alotrópicas. Es decir, la producción controlada de un solo tipo de alótropo para el cual se han definido los respectivos parámetros de operación, a saber, caudal, potencia de microondas y potencia de la fuente de radiación infrarroja.By "selective" production is meant the decisive selection of the desired final product, for example, avoiding the appearance of allotropic variants. That is, the controlled production of a single type of allotrope for which the respective operating parameters have been defined, namely flow rate, microwave power and power of the infrared radiation source.

Téngase en cuenta que, independientemente de la presentación explícita de la expresión cuantitativa «aproximadamente X», cualquier valor de X presentado en el curso de la presente descripción debe interpretarse como un valor aproximado del valor real de X, ya que tal aproximación al valor real se esperaría razonablemente debido a condiciones experimentales y/o de medición que introducen desviaciones del valor real.Note that, regardless of the explicit presentation of the quantitative expression "about X", any value of X presented in the course of the present description must be interpreted as an approximate value of the real value of X, since such an approximation to the real value would be reasonably expected due to experimental and/or measurement conditions that introduce deviations from the true value.

En el contexto de la presente descripción, el término «que comprende» y sus variaciones verbales deben entenderse como «que incluye, entre otros». Como tal, el término no debe interpretarse como «que consiste solamente en». In the context of the present description, the term "comprising" and its verbal variations should be understood as "including, among others". As such, the term should not be construed as "consisting solely of".

En el contexto de la presente solicitud, el uso de la expresión «y/o» significa que se cumplen ambas condiciones o que solo se produce una de ellas. Por ejemplo, el término «dispositivo de enfriamiento y/o fuente de radiación ultravioleta» significa «dispositivo de enfriamiento y fuente de radiación ultravioleta» o «dispositivo de enfriamiento» o «fuente de radiación ultravioleta».In the context of this application, the use of the expression "and/or" means that both conditions are met or that only one of them occurs. For example, the term "cooling device and/or ultraviolet radiation source" means "cooling device and ultraviolet radiation source" or "cooling device" or "ultraviolet radiation source".

El procedimiento para la producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas usando tecnología de plasma comprende los siguientes pasos:The procedure for the production of autonomous two-dimensional nanostructures using plasma technology comprises the following steps:

(a) producir una corriente de una mezcla de al menos un gas inerte y al menos un precursor,(a) producing a stream of a mixture of at least one inert gas and at least one precursor,

(b) descomponer el precursor en sus constituyentes atómicos y moleculares mediante un plasma de microondas, creándose dicho plasma a partir de la corriente de la mezcla del paso anterior,(b) breaking down the precursor into its atomic and molecular constituents by means of a microwave plasma, said plasma being created from the stream of the mixture from the previous step,

(c) exponer los constituyentes precursores formados en el paso anterior a la radiación infrarroja y, posteriormente,(c) exposing the precursor constituents formed in the previous step to infrared radiation and, subsequently,

(d) recoger las nanoestructuras resultantes de la nucleación de constituyentes precursores. (d) collecting the nanostructures resulting from the nucleation of precursor constituents.

En el paso a) de producción de una corriente, el gas inerte se selecciona del grupo que comprende helio, neón, argón, criptón, xenón o una mezcla de estos, y el precursor puede tener una composición química que contenga uno o más de los siguientes elementos: carbono, boro, germanio, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y flúor. A modo de ejemplo, se pueden usar precursores gaseosos, tales como metano, etileno, acetileno o diborano; o precursores líquidos, como etanol, propanol, butanol o metanol, o precursores sólidos como, por ejemplo, monóxido de germanio o dióxido de germanio.In step a) of production of a current, the inert gas is selected from the group comprising helium, neon, argon, krypton, xenon or a mixture of these, and the precursor can have a chemical composition that contains one or more of the following elements: carbon, boron, germanium, nitrogen, oxygen, hydrogen and fluorine. By way of example, gaseous precursors can be used, such as methane, ethylene, acetylene or diborane; or liquid precursors, such as ethanol, propanol, butanol, or methanol, or solid precursors, such as germanium monoxide or germanium dioxide.

La mezcla de gases y precursores se puede inyectar en régimen de corriente, por ejemplo, en una parte (8) de admisión de un reactor, con caudal comprendido entre 4,2 x 10'6 y 8,3 x 10-4 metros cúbicos estándar por segundo (m3/s), preferiblemente entre 8,3x10-6 m3/s y 3,3x10-4 m3/s, más preferiblemente entre 1,7x10-5 m3/s y 1,7x10-4 m3/s. The mixture of gases and precursors can be injected in a flow regime, for example, in a part (8) of admission of a reactor, with a flow rate between 4.2 x 10.6 and 8.3 x 10-4 cubic meters. standard per second (m3/s), preferably between 8.3x10-6 m3/s and 3.3x10-4 m3/s, more preferably between 1.7x10-5 m3/s and 1.7x10-4 m3/s.

Dicha corriente está expuesta a un campo eléctrico de alta frecuencia, con una frecuencia que se encuentra entre 10 MHz y 28 GHz, preferiblemente entre 100 MHz y 14 GHz, más preferiblemente entre 500 MHz y 3 GHz, lo más preferiblemente 2,45 GHz, perteneciente a una onda (5) superficial, excitado por potencia (7) de microondas, con una potencia que se encuentra entre 100 W y 60000 W, preferiblemente entre 500 W y 10000 W, más preferiblemente entre 1000 W y 6000 W, lo más preferiblemente entre 2000 W y 6000 W.Said current is exposed to a high frequency electric field, with a frequency that is between 10 MHz and 28 GHz, preferably between 100 MHz and 14 GHz, more preferably between 500 MHz and 3 GHz, most preferably 2.45 GHz, belonging to a surface wave (5), excited by microwave power (7), with a power that is between 100 W and 60000 W, preferably between 500 W and 10000 W, more preferably between 1000 W and 6000 W, the most preferably between 2000 W and 6000 W.

Esta potencia (7) de microondas se aplica, por ejemplo, mediante un aplicador (6) de campo, para generar un plasma (2, 3, 4) de alta densidad de energía (entre 0,1 GW/m3 y 1 GW/m3) que descompone el precursor o precursores presentes en la corriente en sus constituyentes atómicos y moleculares.This microwave power (7) is applied, for example, by means of a field applicator (6), to generate a plasma (2, 3, 4) of high energy density (between 0.1 GW/m3 and 1 GW/ m3) that breaks down the precursor or precursors present in the stream into its atomic and molecular constituents.

Los constituyentes atómicos y moleculares de los precursores fluyen desde la zona (20') de plasma caliente, donde se produjeron en fase gaseosa, a una zona (21') de nucleación, más fría, donde las nanoestructuras bidimensionales se producen y crecen de forma autónoma.The atomic and molecular constituents of the precursors flow from the zone (20') of hot plasma, where they were produced in the gas phase, to a colder nucleation zone (21'), where the two-dimensional nanostructures are produced and grow independently. autonomous.

El control de los gradientes espaciales, de la temperatura y de la velocidad de la corriente de la mezcla de gases, permite producir selectivamente las nanoestructuras bidimensionales deseadas.The control of the spatial gradients, of the temperature and of the velocity of the flow of the gas mixture, allows to selectively produce the desired two-dimensional nanostructures.

El ajuste de estos gradientes espaciales se consigue aplicando, por ejemplo, alrededor del reactor, una fuente (11) de radiación infrarroja y, opcionalmente, un dispositivo (10) de refrigeración y/o una fuente de radiación ultravioleta. The adjustment of these spatial gradients is achieved by applying, for example, around the reactor, a source (11) of infrared radiation and, optionally, a cooling device (10) and/or a source of ultraviolet radiation.

En una realización del procedimiento, los constituyentes precursores se someten además a radiación ultravioleta en el paso (c). La radiación ultravioleta es generada por una fuente de radiación ultravioleta que opera en un intervalo de potencia comprendido entre 50 W y 3000 W, preferiblemente entre 100 W y 2500 W, más preferiblemente entre 150 W y 2000 W, lo más preferiblemente entre 200 W y 1500 W.In one embodiment of the process, the precursor constituents are further subjected to ultraviolet radiation in step (c). The ultraviolet radiation is generated by a source of ultraviolet radiation operating in a power range between 50 W and 3000 W, preferably between 100 W and 2500 W, more preferably between 150 W and 2000 W, most preferably between 200 W and 1500W

Además, la corriente puede ser sometida, entre el paso (a) y el paso (b), a un enfriamiento por medio de un dispositivo de enfriamiento que opere en un intervalo de temperatura comprendido entre 40 °C y 220 °C, preferiblemente entre 40 °C y 200 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 180 °C, lo más preferiblemente entre 40 °C y 150 °C.In addition, the current can be subjected, between step (a) and step (b), to cooling by means of a cooling device that operates in a temperature range between 40 °C and 220 °C, preferably between 40°C to 200°C, more preferably between 40°C and 180°C, most preferably between 40°C and 150°C.

En una realización preferida del procedimiento, en el paso (c) se aplica tanto radiación infrarroja como ultravioleta, así como el enfriamiento de la corriente entre el paso (a) y el paso (b).In a preferred embodiment of the method, in step (c) both infrared and ultraviolet radiation are applied, as well as current cooling between step (a) and step (b).

Sorprendentemente, la aplicación de la radiación infrarroja proporciona nanoestructuras de gran calidad, claramente por encima del estado de la técnica. Sin pretender teorizar, la radiación infrarroja parece intervenir favorablemente en el control del número de monocapas por lámina y el porcentaje de enlaces sp3 de carbono.Surprisingly, the application of infrared radiation provides high quality nanostructures, clearly above the state of the art. Without pretending to be a theory, infrared radiation seems to intervene favorably in controlling the number of monolayers per sheet and the percentage of carbon sp3 bonds.

La radiación infrarroja requerida para el procedimiento es generada por una fuente (11) de radiación infrarroja que opera en un intervalo de potencia comprendido entre 50 W y 3000 W, preferiblemente entre 100 W y 2500 W, más preferiblemente entre 150 W y 2000 W, lo más preferiblemente entre 200 W y 1500 W.The infrared radiation required for the procedure is generated by a source (11) of infrared radiation that operates in a power range between 50 W and 3000 W, preferably between 100 W and 2500 W, more preferably between 150 W and 2000 W, most preferably between 200 W and 1500 W.

La combinación de la radiación ultravioleta con la radiación infrarroja proporciona resultados aún mejores, tal combinación parece intervenir para mejorar la eficiencia de eliminación de los grupos de oxígeno que se encuentran unidos a la estructura del grafeno, lo que contribuye a mejorar aún más la calidad del producto final.The combination of ultraviolet radiation with infrared radiation provides even better results, such a combination seems to intervene to improve the efficiency of removal of the oxygen groups that are attached to the graphene structure, which contributes to further improve the quality of the graphene. Final product.

El gradiente espacial de temperatura del gas se encuentra entre 15 000 K/m y 75000 K/m, y la temperatura de la pared del reactor se encuentra entre 300 K y 1200 K.The spatial temperature gradient of the gas is between 15,000 K/m and 75,000 K/m, and the reactor wall temperature is between 300 K and 1,200 K.

Después de la nucleación de los constituyentes precursores, las nanoestructuras sólidas se recogen, por ejemplo, en un dispositivo (22) de filtración de membrana.After nucleation of the precursor constituents, the solid nanostructures are collected, for example, in a membrane filtration device (22).

En resumen, el procedimiento se basa en inyectar, en un reactor de plasma de microondas, una mezcla (9) de al menos un gas inerte y al menos un precursor en régimen de corriente.In summary, the procedure is based on injecting, into a microwave plasma reactor, a mixture (9) of at least one inert gas and at least one precursor under current.

La corriente se somete a un campo eléctrico de ondas (5) superficiales, excitado por el uso de energía (7) de microondas que se introduce, por ejemplo, en un aplicador (6) de campo, generando plasmas (2, 3, 4) de alta densidad de energía que rompen el precursor en sus constituyentes atómicos y/o moleculares. Estos constituyentes precursores producidos en fase gaseosa por el plasma en las zonas (19', 20') del reactor (ver la figura 2) se difunden a una zona (21') de nucleación del reactor, donde se añaden en nanoestructuras sólidas, que luego se recogen, por ejemplo, en un dispositivo (22) de filtrado de membrana.The current is subjected to an electric field of surface waves (5), excited by the use of microwave energy (7), which is introduced, for example, into a field applicator (6), generating plasmas (2, 3, 4 ) of high energy density that break the precursor into its atomic and/or molecular constituents. These precursor constituents produced in the gas phase by the plasma in the zones (19', 20') of the reactor (see figure 2) diffuse to a zone (21') reactor nucleation, where they are added into solid nanostructures, which are then collected, for example, in a membrane filtration device (22).

Sorprendentemente, el uso de una fuente (11) de radiación infrarroja dispuesta en la referida zona (21') de nucleación del reactor proporciona nanoestructuras de alta calidad, permitiendo controlar el número de monocapas por lámina y el porcentaje de enlaces sp3 de carbono.Surprisingly, the use of an infrared radiation source (11) arranged in the referred nucleation zone (21') of the reactor provides high-quality nanostructures, allowing control of the number of monolayers per sheet and the percentage of carbon sp3 bonds.

El uso opcional de un dispositivo (10) de refrigeración y/o de una fuente de radiación ultravioleta, proporciona un ajuste aún más controlado, de los gradientes espaciales, de la temperatura y de la velocidad de la corriente de la mezcla de gas y precursor, lo que contribuye favorablemente a la selección determinante del producto final deseado.The optional use of a cooling device (10) and/or a source of ultraviolet radiation, provides an even more controlled adjustment of the spatial gradients, of the temperature and of the velocity of the flow of the mixture of gas and precursor. , which favorably contributes to the decisive selection of the desired final product.

La presente invención se refiere a un reactor de plasma de microondas para la fabricación de nanoestructuras bidimensionales autónomas.The present invention relates to a microwave plasma reactor for the fabrication of autonomous two-dimensional nanostructures.

Con referencia a la figura 2, el reactor de la invención para la producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas tiene un cuerpo (1) hueco, cuyo cuerpo (1) comprende:With reference to figure 2, the reactor of the invention for the production of autonomous two-dimensional nanostructures has a hollow body (1), which body (1) comprises:

• una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales de creación de plasma,• a part (19) for launching surface waves of plasma creation,

• una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores y• a part (21) of nucleation of precursor constituents and

• una parte (20) transitoria que tiene el primer y el segundo extremos conectados, respectivamente, a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales y a la parte (21) de nucleación, proporcionando una comunicación fluida entre estas partes (19, 21),• a transitory part (20) having the first and second ends connected, respectively, to the surface wave launching part (19) and to the nucleation part (21), providing fluid communication between these parts (19, 21). ),

en donde dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el reactor tres zonas (19', 20', 21') interiores de operación, el reactor se caracteriza por que tiene un área transversal en el primer extremo de dicha parte (20) transitoria menor que en el segundo extremo.wherein said parts (19, 20, 21) define, respectively, three interior operating zones (19', 20', 21') in the reactor, the reactor is characterized in that it has a cross-sectional area at the first end of said transitory part (20) smaller than in the second extreme.

En una realización preferida de la invención, el área de la sección transversal de la parte (20) transitoria va aumentando progresivamente desde su primer hasta su segundo extremo.In a preferred embodiment of the invention, the cross-sectional area of the transitory part (20) increases progressively from its first to its second end.

En un aspecto del reactor de la invención, dichas partes (19, 20, 21) están conectadas integralmente entre sí, formando una sola pieza.In one aspect of the reactor of the invention, said parts (19, 20, 21) are integrally connected to each other, forming a single piece.

En otra realización preferida del reactor de la invención, su cuerpo (1) hueco comprende además una parte (8) de admisión, para admitir una mezcla de al menos un gas inerte y al menos un precursor, estando la parte (8) de admisión integrada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales o acoplada a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales a través de conexiones.In another preferred embodiment of the reactor of the invention, its hollow body (1) also comprises an intake part (8), to admit a mixture of at least one inert gas and at least one precursor, the intake part (8) being integrated into the part (19) for launching surface waves or coupled to the part (19) for launching surface waves through connections.

El cuerpo (1) hueco del reactor está formado por un material dieléctrico seleccionado del grupo que consiste en cuarzo, zafiro, alúmina y combinaciones de estos.The hollow body (1) of the reactor is formed by a dielectric material selected from the group consisting of quartz, sapphire, alumina and combinations thereof.

En funcionamiento, dicha corriente de una mezcla de un gas y un precursor atraviesa varias zonas (19', 20', 21') del reactor, cuyo cuerpo (1) hueco tiene un área de sección transversal hueca creciente.In operation, said stream of a mixture of a gas and a precursor passes through various zones (19', 20', 21') of the reactor, the hollow body (1) of which has an increasing hollow cross-sectional area.

El procedimiento para producir nanoestructuras bidimensionales autónomas comienza en la zona (19') de menor sección (a) transversal, donde se lanzan ondas superficiales; siguiendo a una zona (20') transitoria, con un área de sección transversal que aumenta gradualmente, por ejemplo, según la expresión matemática A = na (donde n representa la relación A/a con valores entre 1 y 20) (ver las figuras 2 y 3); y finalmente a una zona (21') de nucleación, con un área de sección (A) transversal mayor que el área de sección (a) transversal de la zona (19').The procedure to produce autonomous two-dimensional nanostructures begins in the area (19') of smallest cross section (a), where surface waves are launched; following a transitory zone (20'), with a cross-sectional area that gradually increases, for example, according to the mathematical expression A = na (where n represents the ratio A/a with values between 1 and 20) (see figures 2 and 3); and finally to a nucleation zone (21'), with a cross-sectional area (A) greater than the cross-sectional area (a) of the zone (19').

Esta geometría del cuerpo (1) del reactor proporciona una reducción controlada de la velocidad y la temperatura de la corriente con un impacto positivo en la producción selectiva de las nanoestructuras bidimensionales deseadas, en particular, en el aumento significativo de su tasa de producción.This geometry of the body (1) of the reactor provides a controlled reduction of the speed and temperature of the current with a positive impact on the selective production of the desired two-dimensional nanostructures, in particular, on the significant increase in their production rate.

La presente invención se refiere además a un sistema de producción de nanoestructuras bidimensionales autónomas. The present invention also relates to a system for the production of autonomous two-dimensional nanostructures.

Un sistema descrito comprende:A described system comprises:

• un reactor de plasma de microondas que tiene un cuerpo (1) hueco que comprende, al menos, una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales, una parte (20) transitoria de formación de plasma y una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores; dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el reactor tres zonas (19', 20', 21') interiores de funcionamiento que se conectan secuencialmente en comunicación fluida entre sí,• a microwave plasma reactor having a hollow body (1) comprising at least a surface wave launching part (19), a transient plasma formation part (20) and a nucleation part (21). of precursor constituents; Said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the reactor three interior operating zones (19', 20', 21') that are sequentially connected in fluid communication with each other,

en donde el sistema comprende, además, wherein the system further comprises

• al menos, una fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dispuesta para irradiar dicha zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación del referido cuerpo (1) del reactor.• at least one source (11) of infrared radiation outside the hollow body (1) of the plasma reactor, arranged to irradiate said interior zone (21') defined by the nucleation part (21) of said body (1). ) from the reactor.

La fuente de radiación (11) infrarroja opera en un intervalo de potencia comprendido entre 50 W y 3000 W, preferiblemente entre 100 W y 2500 W, más preferiblemente entre 150 W y 2000 W, lo más preferiblemente entre 200 W y 1500 W.The infrared radiation source (11) operates in a power range between 50 W and 3000 W, preferably between 100 W and 2500 W, more preferably between 150 W and 2000 W, most preferably between 200 W and 1500 W.

En una realización del sistema, comprende además un dispositivo (10) de enfriamiento en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, en donde el dispositivo (10) de enfriamiento está dispuesto para enfriar, al menos, la zona (20') interior definida por la parte (20) transitoria de dicho cuerpo (1) del reactor.In an embodiment of the system, it also comprises a cooling device (10) outside the hollow body (1) of the plasma reactor, wherein the cooling device (10) is arranged to cool, at least, the area (20 ') interior defined by the transitory part (20) of said body (1) of the reactor.

El dispositivo (10) de enfriamiento funciona en un intervalo de temperatura comprendido entre 40 °C y 220 °C, preferiblemente entre 40 °C y 200 °C, más preferiblemente entre 40 °C y 180 °C, lo más preferiblemente entre 40 °C y 150 °C.The cooling device (10) operates in a temperature range between 40°C and 220°C, preferably between 40°C and 200°C, more preferably between 40°C and 180°C, most preferably between 40°C C and 150°C.

En otra realización más, el sistema comprende, además, una fuente de radiación ultravioleta en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dispuesta para irradiar, al menos, la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor. La fuente de radiación ultravioleta opera en un intervalo de potencia comprendido entre 50 W y 3000 W, preferiblemente entre 100 W y 2500 W, más preferiblemente entre 150 W y 2000 W, lo más preferiblemente entre 200 W y 1500 W.In yet another embodiment, the system also comprises a source of ultraviolet radiation on the outside of the hollow body (1) of the plasma reactor, arranged to irradiate, at least, the interior zone (21') defined by the part (21 ) for nucleation of said body (1) of the reactor. The ultraviolet radiation source operates in a power range between 50 W and 3000 W, preferably between 100 W and 2500 W, more preferably between 150 W and 2000 W, most preferably between 200 W and 1500 W.

Las partes (19, 20, 21) del cuerpo (1) del reactor pueden estar unidas entre sí integralmente para formar una sola pieza. The parts (19, 20, 21) of the body (1) of the reactor can be integrally joined together to form a single piece.

Dicho cuerpo (1) de reactor de plasma de microondas está construido a partir de un material dieléctrico seleccionado del grupo que comprende cuarzo, zafiro, alúmina y materiales similares y combinaciones de estos.Said microwave plasma reactor body (1) is constructed from a dielectric material selected from the group comprising quartz, sapphire, alumina and similar materials and combinations thereof.

El sistema descrito podría comprender:The system described could comprise:

• Un reactor de plasma de microondas que tiene un cuerpo (1) hueco que comprende al menos:• A microwave plasma reactor that has a hollow body (1) comprising at least:

una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales de creación de plasma,a part (19) for launching surface waves of plasma creation,

una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores ya part (21) of nucleation of precursor constituents and

una parte (20) transitoria que tiene el primer y el segundo extremos conectados, respectivamente, a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales y a la parte (21) de nucleación, proporcionando una comunicación fluida entre estas partes (19, 21),a transitory part (20) having the first and second ends connected, respectively, to the surface wave launching part (19) and the nucleation part (21), providing seamless communication between these parts (19, 21) ,

en donde dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el cuerpo (1) del reactor tres zonas (19', 20', 21') interiores de funcionamiento; y dicho primer extremo de la parte (20) transitoria tiene un área de sección transversal menor que el área de sección transversal de dicho segundo extremo de la parte (20) transitoria, ywherein said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the body (1) of the reactor three interior operating zones (19', 20', 21'); and said first end of the transitional part (20) has a cross-sectional area less than the cross-sectional area of said second end of the transitional part (20), and

• al menos, una fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior de dicho cuerpo (1) hueco del reactor, dispuesta para irradiar la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor. • at least one source (11) of infrared radiation outside said hollow body (1) of the reactor, arranged to irradiate the interior area (21') defined by the nucleation part (21) of said body (1). of the reactor.

En una variante de la realización anterior, además de la fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior del cuerpo (1) hueco, también se puede disponer un dispositivo (10) de refrigeración en el exterior del cuerpo (1) del reactor, enfriar, al menos, la zona (20') interior definida por la parte (20) transitoria de dicho cuerpo (1) del reactor. Además del dispositivo (10) de refrigeración, o como alternativa a este, también se puede disponer en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma una fuente de radiación ultravioleta, para irradiar, al menos, la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) del reactor.In a variant of the previous embodiment, in addition to the source (11) of infrared radiation outside the hollow body (1), a cooling device (10) can also be arranged outside the body (1) of the reactor, cooling at least the interior zone (20') defined by the temporary part (20) of said body (1) of the reactor. In addition to the cooling device (10), or as an alternative to it, a source of ultraviolet radiation can also be arranged outside the hollow body (1) of the plasma reactor, to irradiate at least the zone (21'). interior defined by the nucleation part (21) of said body (1) of the reactor.

En otra variante de la realización anterior, dichas partes (19, 20, 21) del cuerpo (1) del reactor están solidarizadas entre sí formando una sola pieza de material dieléctrico. Opcionalmente, las partes (19, 20, 21) del cuerpo (1) del reactor se conectan entre sí mediante medios de conexión adecuados conocidos por el experto en la materia.In another variant of the previous embodiment, said parts (19, 20, 21) of the body (1) of the reactor are integral with each other, forming a single piece of dielectric material. Optionally, the parts (19, 20, 21) of the body (1) of the reactor are connected to one another by means of suitable connection means known to the person skilled in the art.

Los siguientes son varios ejemplos de producción selectiva de nanoestructuras bidimensionales autónomas usando tecnología de plasma según la presente invención. Por supuesto, los ejemplos que se describen a continuación no deben interpretarse como que constituyen ningún tipo de limitación al alcance de la presente invención, que se define en las reivindicaciones independientes.The following are several examples of selective production of autonomous two-dimensional nanostructures using plasma technology according to the present invention. Of course, the examples described below should not be construed as constituting any kind of limitation on the scope of the present invention, which is defined by the independent claims.

Ejemplosexamples

1. Para la producción de grafeno con una tasa de producción mayor que 1 gramo por hora, se usó un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 18,0 mm, una parte (20) transitoria, con un radio interno creciente, de 18,0 mm a 75,0 mm; y se usó una parte (21) de nucleación, con un radio interno de 75,0 mm. Primero, se produjo una mezcla compuesta por etileno o acetileno como precursores, con una tasa de incorporación en la mezcla de 8,3 x 10'6 m3/s y argón como gas portador, con un caudal de 8,3 x 10-4 m3/s. Los caudales fueron monitorizados por un controlador acoplado a dos medidores de flujo. A continuación, dicha mezcla formada por etileno o acetileno y argón se introdujo en régimen (12) de corriente a través de una conexión (14), usando una unidad de inyección (ver la figura 4), en una parte (8) de admisión del reactor, constituida por un tubo de cuarzo e instalada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales. Opcionalmente, se podría usar cualquier otro sistema de inyección de gas capaz de realizar esta función. Posteriormente, la corriente de dicha mezcla se hizo avanzar por la parte (20) de una antorcha (5) de plasma de microondas inducido por una onda superficial a presión atmosférica. Esta antorcha de plasma comprendía un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un sistema (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 60 kW. La corriente es sometió a radiación infrarroja (IR), a través de una fuente (11) de radiación infrarroja operando con una potencia aplicada de 3000 W, junto con radiación ultravioleta (UV), operando también con una potencia aplicada de 3000 W. La radiación IR y UV fue generada por una matriz de lámparas eléctricas. Las nanoestructuras de grafeno bidimensionales así formadas se recogieron mediante un dispositivo (22) de filtrado de membrana acoplado a una bomba de vacío.1. For the production of graphene with a production rate greater than 1 gram per hour, a plasma reactor consisting of a quartz tube was used, comprising a part (19) for launching surface waves with an internal radius of 18, 0mm, a transitional part (20), with an increasing internal radius, from 18.0mm to 75.0mm; and a nucleation part (21) was used, with an internal radius of 75.0 mm. First, a mixture composed of ethylene or acetylene as precursors, with a rate of incorporation into the mixture of 8.3 x 10.6 m3/s and argon as carrier gas, with a flow rate of 8.3 x 10-4 m3/s. Flow rates were monitored by a controller coupled to two flow meters. Next, said mixture formed by ethylene or acetylene and argon was introduced in current regime (12) through a connection (14), using an injection unit (see figure 4), in an intake part (8). of the reactor, made up of a quartz tube and installed in the part (19) for launching surface waves. Optionally, any other gas injection system capable of performing this function could be used. Subsequently, the stream of said mixture was advanced through the part (20) of a microwave plasma torch (5) induced by a surface wave at atmospheric pressure. This plasma torch comprised a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide system (7) including an isolator, directional couplers, and a tuner, and a type field applicator (6). surfatron. The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power provided to the plasma was 60 kW. The current is subjected to infrared radiation (IR), through a source (11) of infrared radiation operating with an applied power of 3000 W, together with ultraviolet radiation (UV), also operating with an applied power of 3000 W. IR and UV radiation was generated by an array of electric lamps. The thus formed two-dimensional graphene nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

2. Para la producción de germaneno, con una tasa de producción de más de 2 miligramos por hora, se usó un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 18,0 mm, una parte (20) transitoria, con un radio interno creciente, de 18,0 mm a 32,0 mm, y una parte (21) de nucleación, con un radio interno de 32,0 mm. La mezcla usada estaba compuesta por un precursor sólido, en este caso monóxido de germanio, con una tasa de incorporación en la mezcla de 8,0 miligramos/hora y se usó argón como gas portador, con un caudal de 8,3 x 10-5 m3/s. Dicha mezcla se inyectó, en régimen (12) de corriente, en una parte (8) de admisión del reactor, situada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales, pasando luego por la zona (20') caliente de una antorcha de plasma de microondas, siendo el plasma generado por una onda (5) superficial a presión atmosférica. La antorcha de plasma comprendía un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un sistema (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 6 kW. La temperatura de la pared del tubo de cuarzo se mantuvo a 220 °C usando un dispositivo (10) de criostato. La corriente se sometió a la radiación infrarroja (IR) generada por una matriz de lámparas eléctricas, con una potencia aplicada de 1000 W. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) de filtrado de membrana acoplado a una bomba de vacío.2. For the production of germanene, with a production rate of more than 2 milligrams per hour, a plasma reactor made up of a quartz tube was used, comprising a part (19) for launching surface waves with an internal radius of 18.0 mm, a transitory part (20), with an increasing internal radius, from 18.0 mm to 32.0 mm, and a nucleation part (21), with an internal radius of 32.0 mm. The mixture used was composed of a solid precursor, in this case germanium monoxide, with a rate of incorporation into the mixture of 8.0 milligrams/hour, and argon was used as carrier gas, with a flow rate of 8.3 x 10- 5m3/s. Said mixture was injected, under current (12), into an inlet part (8) of the reactor, located in the part (19) for launching surface waves, then passing through the hot area (20') of a torch. of microwave plasma, the plasma being generated by a surface wave (5) at atmospheric pressure. The plasma torch comprised a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide system (7) including an isolator, directional couplers and a tuner, and a type field applicator (6). surfatron. The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power provided to the plasma was 6 kW. The quartz tube wall temperature was maintained at 220 °C using a cryostat device (10). The current was subjected to infrared radiation (IR) generated by an array of electric lamps, with an applied power of 1000 W. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump. .

3. Para la producción alternativa de germaneno con una tasa de producción de más de 2 miligramos por hora, en el sistema se usó el conjunto descrito anteriormente (ejemplo 2) con el radio más pequeño de 18,0 mm y el más grande de 32,0 mm. La mezcla usada estaba compuesta por un precursor sólido, en este caso dióxido de germanio, con una tasa de incorporación en la mezcla de 8,0 miligramos/hora, y como gas portador se usó argón, con un caudal de 8,3 x 10'5 m3/s. La antorcha de plasma usada fue la misma que la descrita anteriormente (ejemplo 2), operando a la misma frecuencia de 2,45 GHz, y con el mismo tipo de aplicador (6) de campo. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 6 kW. La corriente se sometió a radiación infrarroja (IR), generada por una matriz de lámparas eléctricas con una potencia aplicada de 1500 W. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) filtrante de membrana acoplado a una bomba de vacío.3. For alternative production of germanene with a production rate of more than 2 milligrams per hour, the system described above (example 2) with the smallest radius of 18.0 mm and the largest of 32 was used in the system. .0mm. The mixture used was made up of a solid precursor, in this case germanium dioxide, with a rate of incorporation into the mixture of 8.0 milligrams/hour, and argon was used as the carrier gas, with a flow rate of 8.3 x 10 '5 m3/s. The plasma torch used was the same as the one described above (example 2), operating at the same frequency of 2.45 GHz, and with the same type of field applicator (6). The microwave power provided to the plasma was 6 kW. The stream was subjected to infrared (IR) radiation, generated by an array of electric lamps with an applied power of 1500 W. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

4. Para la producción de grafeno con una tasa de producción de aproximadamente 0,1 gramos por hora, el sistema estaba compuesto por un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 7,5 mm, una parte (20) transitoria, con un radio interno creciente, de 7,5 mm a 21,0 mm; y se usó una parte (21) de nucleación, con un radio interno de 21,0 mm. El sistema funcionaba con una mezcla compuesta por un precursor gaseoso, en este caso metano, con una tasa de incorporación en la mezcla de 3,3 x 10-7 m3/s y se usó argón como gas portador, con un caudal de 6,7 x 10-5 m3/s. Los caudales fueron monitorizados por un controlador acoplado a dos medidores de flujo. Dicha mezcla se inyectó, en régimen de corriente, en una parte (8) de admisión del reactor situada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales, pasando luego por la zona (20') caliente de una antorcha de plasma de microondas, generada por un onda (5) superficial a presión atmosférica. La antorcha de plasma comprendía un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un dispositivo (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 4 kW. La corriente se sometió a radiación infrarroja (IR) generada por una matriz de lámparas eléctricas, con una potencia aplicada de 500 W. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) de filtrado de membrana acoplado a una bomba de vacío.4. For the production of graphene with a production rate of approximately 0.1 grams per hour, the system consisted of a plasma reactor formed by a quartz tube that included a part (19) for launching surface waves with a 7.5mm internal radius, a transitional part (20), with increasing internal radius, from 7.5mm to 21.0mm; and a nucleation part (21) was used, with an internal radius of 21.0 mm. The system worked with a mixture made up of a gaseous precursor, in this case methane, with a rate of incorporation into the mixture of 3.3 x 10-7 m3/s and argon was used as carrier gas, with a flow rate of 6.7 x 10-5 m3/s. Flow rates were monitored by a controller coupled to two flow meters. Said mixture was injected, under current, into an inlet part (8) of the reactor located in the part (19) for launching surface waves, then passing through the hot area (20') of a microwave plasma torch. , generated by a surface wave (5) at atmospheric pressure. The plasma torch comprised a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide device (7) including an isolator, directional couplers and a tuner, and a type field applicator (6). surfatron. The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power provided to the plasma was 4 kW. The stream was subjected to infrared (IR) radiation generated by an array of electric lamps, with an applied power of 500 W. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

5. Para la producción de nitruro de boro hexagonal con una tasa de producción de aproximadamente 20 miligramos por hora, en el sistema se usó el conjunto descrito anteriormente (ejemplo 4) con el radio interno más pequeño de 7,5 mm y el más grande de 21,0 mm. La mezcla usada estaba compuesta por un precursor gaseoso, en este caso diborano, con una tasa de incorporación en la mezcla de 1,7 x 10-7 m3/s y se usó argón como gas portador, con un caudal de 3,3 x 10-5 m3/s. La antorcha de plasma usada fue la misma que la descrita anteriormente (ejemplo 4), operando a la misma frecuencia de 2,45 GHz, y con el mismo tipo de aplicador (6) de campo. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 2 kW. La corriente se sometió a radiación infrarroja (IR), generada por una matriz de lámparas eléctricas, con una potencia aplicada de 1000 W. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) filtrante de membrana acoplado a una bomba de vacío.5. For the production of hexagonal boron nitride with a production rate of approximately 20 milligrams per hour, the assembly described above (example 4) with the smallest internal radius of 7.5 mm and the largest internal radius of 7.5 mm was used in the system. 21.0mm. The mixture used was made up of a gaseous precursor, in this case diborane, with a rate of incorporation into the mixture of 1.7 x 10-7 m3/s and argon was used as carrier gas, with a flow rate of 3.3 x 10 -5m3/s. The plasma torch used was the same as that described above (example 4), operating at the same frequency of 2.45 GHz, and with the same type of field applicator (6). The power of microwave provided to the plasma was 2 kW. The stream was subjected to infrared (IR) radiation, generated by an array of electric lamps, with an applied power of 1000 W. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

6. Para la producción de grafeno con una tasa de producción de aproximadamente 2 miligramos por hora, el sistema estaba compuesto por un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 7,5 mm, una parte (20) transitoria, con radio interior constante de 7,5 mm, y se usó una parte (21) de nucleación, con el mismo radio interior de 7,5 mm. El sistema funcionó con una mezcla compuesta por un precursor líquido, en este caso etanol, que, tras ser vaporizado mediante un baño de ultrasonidos, tenía una tasa de incorporación en la mezcla de 1,7 x 10-8 m3/s, se usó argón como gas portador, con un caudal de 4,2 x 10-6 m3/s. Los caudales fueron monitorizados por un controlador acoplado a dos medidores de flujo. Dicha mezcla se inyectó, en régimen de corriente, en una parte (8) de admisión del reactor situada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales, pasando luego por la zona (20') caliente de una antorcha de plasma de microondas, generada por una onda superficial (5) a presión atmosférica. La antorcha de plasma incluía un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un dispositivo (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 0,4 kW. La temperatura de la pared del tubo de cuarzo se mantuvo a 60 °C usando un dispositivo de criostato. La corriente estaba sometida a radiación infrarroja (IR), operando con una potencia aplicada de 50 W, junto con radiación ultravioleta (UV), operando también con una potencia aplicada de 50 W, la radiación IR y UV fue generada por una matriz de lámparas eléctricas. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) de filtrado de membrana acoplado a una bomba de vacío.6. For the production of graphene with a production rate of approximately 2 milligrams per hour, the system consisted of a plasma reactor made up of a quartz tube comprising a part (19) for launching surface waves with an internal radius of 7.5 mm, a transitory part (20), with a constant inner radius of 7.5 mm, and a nucleation part (21) was used, with the same inner radius of 7.5 mm. The system worked with a mixture composed of a liquid precursor, in this case ethanol, which, after being vaporized by means of an ultrasonic bath, had a rate of incorporation into the mixture of 1.7 x 10-8 m3/s. argon as carrier gas, with a flow rate of 4.2 x 10-6 m3/s. Flow rates were monitored by a controller coupled to two flow meters. Said mixture was injected, under current, into an inlet part (8) of the reactor located in the part (19) for launching surface waves, then passing through the hot area (20') of a microwave plasma torch. , generated by a surface wave (5) at atmospheric pressure. The plasma torch included a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide device (7) including an isolator, directional couplers and a tuner, and a type field applicator (6). surfatron. The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power delivered to the plasma was 0.4 kW. The quartz tube wall temperature was maintained at 60 °C using a cryostat device. The current was subjected to infrared (IR) radiation, operating with an applied power of 50 W, along with ultraviolet (UV) radiation, also operating with an applied power of 50 W, the IR and UV radiation was generated by an array of lamps. electrical. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

7. Para la producción de grafeno con una tasa de producción de aproximadamente 1 miligramo por hora, en el sistema se usó el ensamblaje descrito anteriormente (ejemplo 6) con un radio interno constante de 7,5 mm en todas las áreas (19, 20, 21). El sistema funcionó con una mezcla compuesta por un precursor líquido, en este caso butanol o propanol, que, tras ser vaporizado mediante un baño de ultrasonidos, tenía una tasa de incorporación en la mezcla de 1,7 x 10-8 m3/s y se usó argón como gas portador, con un caudal de 4,2 x 10-6 m3/s. La antorcha de plasma usada fue la misma que la descrita anteriormente (ejemplo 6), operando a la misma frecuencia de 2,45 GHz, y con el mismo tipo de aplicador (6) de campo. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 0,4 kW. La temperatura de la pared del tubo de cuarzo se mantuvo a 40 °C usando un dispositivo de criostato. La corriente se sometió a radiación infrarroja (IR), generada por una matriz de lámparas eléctricas con una potencia aplicada de 50 W. Finalmente, las nanoestructuras bidimensionales se recogieron mediante un dispositivo (22) filtrante de membrana acoplado a una bomba de vacío.7. For the production of graphene with a production rate of approximately 1 milligram per hour, the previously described assembly (Example 6) with a constant internal radius of 7.5 mm in all areas was used in the system (19, 20 , twenty-one). The system worked with a mixture composed of a liquid precursor, in this case butanol or propanol, which, after being vaporized by means of an ultrasonic bath, had a rate of incorporation into the mixture of 1.7 x 10-8 m3/s and was used argon as carrier gas, with a flow rate of 4.2 x 10-6 m3/s. The plasma torch used was the same as that described above (example 6), operating at the same frequency of 2.45 GHz, and with the same type of field applicator (6). The microwave power delivered to the plasma was 0.4 kW. The quartz tube wall temperature was maintained at 40 °C using a cryostat device. The stream was subjected to infrared (IR) radiation, generated by an array of electric lamps with an applied power of 50 W. Finally, the two-dimensional nanostructures were collected by means of a membrane filtering device (22) coupled to a vacuum pump.

8. Para la producción de grafeno con una tasa de producción de aproximadamente 1 gramo por hora, se usó un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 18,0 mm, una parte (20) transitoria, con un radio interno creciente, de 18,0 mm a 32,0 mm; y se usó una parte (21) de nucleación, con un radio interno de 32,0 mm. Primero, se produjo una mezcla compuesta por etileno como precursor, con una tasa de incorporación en la mezcla de 8,3 x 10-6 m3/s, y una mezcla de gases portadores compuesta por un 90 % de argón con un 5 % de helio y un 5 % de neón, con un caudal total de 3,3 x 10-4 m3/s. Los caudales se monitorizaron por un controlador acoplado a dos medidores de flujo. A continuación, dicha mezcla formada por etileno con los gases portadores se introdujo en régimen (12) de corriente a través de una conexión (14), usando una unidad de inyección (ver la figura 4), en una parte (8) de admisión del reactor, constituida por un tubo de cuarzo e instalada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales. Posteriormente, la corriente de dicha mezcla se hizo avanzar por la parte (20) de una antorcha de plasma de microondas generada por una onda (5) superficial a presión atmosférica. Esta antorcha de plasma comprende un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un dispositivo (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 20 kW. La corriente se sometió a radiación infrarroja (IR) a través de una fuente (11) de radiación infrarroja generada por conjuntos de lámparas IR eléctricas, que funcionaban con una potencia aplicada de 2500 W. Las nanoestructuras de grafeno bidimensionales así formadas se recogieron mediante un dispositivo de extracción.8. For the production of graphene with a production rate of approximately 1 gram per hour, a plasma reactor consisting of a quartz tube comprising a surface wave launching part (19) with an internal radius of 18, was used. 0mm, a transitional part (20), with an increasing internal radius, from 18.0mm to 32.0mm; and a nucleation part (21) was used, with an internal radius of 32.0 mm. First, a mixture composed of ethylene as a precursor was produced, with an incorporation rate in the mixture of 8.3 x 10-6 m3/s, and a mixture of carrier gases composed of 90% argon with 5% carbon dioxide. helium and 5% neon, with a total flow rate of 3.3 x 10-4 m3/s. Flow rates were monitored by a controller coupled to two flow meters. Next, said mixture formed by ethylene with the carrier gases was introduced in a current regime (12) through a connection (14), using an injection unit (see figure 4), in an intake part (8). of the reactor, made up of a quartz tube and installed in the part (19) for launching surface waves. Subsequently, the stream of said mixture was advanced through part (20) of a microwave plasma torch generated by a surface wave (5) at atmospheric pressure. This plasma torch comprises a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide device (7) including an isolator, directional couplers and a tuner, and a type field applicator (6). surfatron. The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power supplied to the plasma was 20 kW. The stream was subjected to infrared (IR) radiation through a source (11) of infrared radiation generated by electric IR lamp arrays, operating with an applied power of 2500 W. The two-dimensional graphene nanostructures thus formed were collected using a extraction device.

9. Para la producción de N-grafeno con una tasa de producción de aproximadamente 1 gramo por hora, se usó un reactor de plasma formado por un tubo de cuarzo que comprendía una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales con un radio interno de 18,0 mm, una parte (20) transitoria, con un radio interno creciente, de 18,0 mm a 75,0 mm; y se usó una parte (21) de nucleación, con un radio interno de 75,0 mm. El sistema funcionaba con una mezcla compuesta por un gas portador, en este caso argón, con un caudal de 3,3 x 10-4 m3/s y dos precursores, un precursor líquido, en este caso etanol, más un precursor gaseoso, en este caso nitrógeno, el etanol tras ser vaporizado mediante un baño de ultrasonidos, tenía una tasa de incorporación en la mezcla de 7,5 x 10-6 m3/s. El nitrógeno tenía una tasa de incorporación en la mezcla de 8,3 x 10-7 m3/s. Los caudales fueron monitorizados por un controlador acoplado a dos medidores de flujo. A continuación, dicha mezcla formada por el gas portador más los dos precursores se introdujo en régimen (12) de corriente a través de una conexión (14), mediante una unidad de inyección (ver la figura 4), en una parte (8) de admisión del reactor, constituida por un tubo de cuarzo e instalada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales. Posteriormente, la corriente de dicha mezcla se hizo avanzar por la parte (20) de una antorcha de plasma de microondas generado por una onda (5) superficial a presión atmosférica. Esta antorcha de plasma comprendía un generador de microondas, que operaba a una frecuencia de 2,45 GHz, un dispositivo (7) de guía de ondas que incluía un aislador, acopladores direccionales y un sintonizador, y un aplicador (6) de campo tipo surfatrón. El sistema estaba cerrado por un componente ajustable que cortocircuitaba el microondas. La potencia de microondas proporcionada al plasma fue de 6 kW. La corriente se sometía a radiación infrarroja (IR) a través de una fuente (11) de radiación infrarroja generada por conjuntos de lámparas IR eléctricas, que funcionaban con una potencia aplicada de 2000 W. Las nanoestructuras de grafeno bidimensionales así formadas se recogieron mediante un dispositivo de extracción.9. For the production of N-graphene with a production rate of approximately 1 gram per hour, a plasma reactor formed by a quartz tube was used, comprising a part (19) for launching surface waves with an internal radius of 18.0mm, a transitional part (20), with an increasing internal radius, from 18.0mm to 75.0mm; and a nucleation part (21) was used, with an internal radius of 75.0 mm. The system worked with a mixture made up of a carrier gas, in this case argon, with a flow rate of 3.3 x 10-4 m3/s and two precursors, a liquid precursor, in this case ethanol, plus a gaseous precursor, in this case. In the nitrogen case, the ethanol after being vaporized by means of an ultrasonic bath, had a rate of incorporation into the mixture of 7.5 x 10-6 m3/s. Nitrogen had a rate of incorporation into the mixture of 8.3 x 10 -7 m3/s. Flow rates were monitored by a controller coupled to two flow meters. Next, said mixture formed by the carrier gas plus the two precursors was introduced in a current regime (12) through a connection (14), by means of an injection unit (see figure 4), in a part (8) admission of the reactor, made up of a quartz tube and installed in the part (19) for launching surface waves. Subsequently, the stream of said mixture was advanced through the part (20) of a microwave plasma torch generated by a surface wave (5) at atmospheric pressure. this torch The plasma generator comprised a microwave generator, operating at a frequency of 2.45 GHz, a waveguide device (7) including an isolator, directional couplers, and a tuner, and a surfatron-type field applicator (6). The system was closed by an adjustable component that shorted out the microwave. The microwave power provided to the plasma was 6 kW. The stream was subjected to infrared (IR) radiation through a source (11) of infrared radiation generated by arrays of electric IR lamps, operating with an applied power of 2000 W. The two-dimensional graphene nanostructures thus formed were collected using a extraction device.

En la figura 5 se muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM), obtenida a partir del resultado de la síntesis selectiva de láminas de grafeno, controlada por fuertes gradientes axiales de temperatura y velocidad del gas. Por otro lado, en la figura 7 se muestra una imagen SEM obtenida mediante la síntesis no selectiva de nanoestructuras de carbono (nanopartículas de carbono, nanoláminas de grafeno y nanodiamantes) realizada en condiciones de gradientes axiales de temperatura/velocidad reducidos y/o no controlados. La caracterización SEM se realizó mediante un microscopio electrónico de barrido de cañón de emisión de campo, que operaba en modo de imagen de electrones secundarios con voltajes aplicados en el intervalo de (10-15) kV.Figure 5 shows a scanning electron microscopy (SEM) image, obtained from the result of the selective synthesis of graphene sheets, controlled by strong axial gradients of temperature and gas velocity. On the other hand, Figure 7 shows an SEM image obtained by non-selective synthesis of carbon nanostructures (carbon nanoparticles, graphene nanosheets and nanodiamonds) carried out under conditions of reduced and/or uncontrolled axial temperature/velocity gradients. . SEM characterization was performed using a field emission gun scanning electron microscope, operating in secondary electron imaging mode with applied voltages in the (10-15) kV range.

En la figura 6 se muestra una imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), obtenida usando láminas de grafeno sintetizadas con el sistema descrito en la presente memoria. La imagen se obtuvo usando un microscopio HRTEM, operando a un voltaje de aceleración de 200 kV. Como se puede observar, los bordes de las láminas están claramente plegados hacia arriba, siendo posible determinar el número de capas atómicas de cada lámina. La imagen HRTEM reveló que muchas de las láminas son capas atómicas individuales, algunas de las monocapas se identifican con flechas en la figura. Figure 6 shows a high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image, obtained using graphene sheets synthesized with the system described herein. The image was obtained using an HRTEM microscope, operating at an accelerating voltage of 200 kV. As can be seen, the edges of the sheets are clearly folded upwards, making it possible to determine the number of atomic layers in each sheet. The HRTEM image revealed that many of the sheets are single atomic layers, some of the monolayers are identified by arrows in the figure.

Claims (8)

REIVINDICACIONES 1. Reactor de plasma de microondas para la producción de grafeno, en donde el reactor tiene un cuerpo (1) hueco que comprende:1. Microwave plasma reactor for the production of graphene, wherein the reactor has a hollow body (1) comprising: • una parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales de creación de plasma,• a part (19) for launching surface waves of plasma creation, • una parte (21) de nucleación de constituyentes precursores y• a part (21) of nucleation of precursor constituents and • una parte (20) transitoria que tiene los extremos primero y segundo conectados, respectivamente, a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales y a la parte (21) de nucleación, proporcionando una comunicación fluida entre estas partes (19, 21),• a transitory part (20) having the first and second ends connected, respectively, to the surface wave launching part (19) and to the nucleation part (21), providing fluid communication between these parts (19, 21). , de manera que en funcionamiento dichas partes (19, 20, 21) definen, respectivamente, en el cuerpo (1), tres zonas interiores de funcionamiento (19', 20', 21'),so that in operation said parts (19, 20, 21) define, respectively, in the body (1), three internal zones of operation (19', 20', 21'), caracterizado por que el primer extremo de la parte (20) transitoria tiene un área de sección transversal que es menor que el área de sección transversal del segundo extremo.characterized in that the first end of the transitional part (20) has a cross-sectional area that is less than the cross-sectional area of the second end. 2. Reactor de plasma según la reivindicación 1, caracterizado por que el área de la sección transversal de la parte (20) transitoria aumenta progresivamente desde su primer hasta su segundo extremo.Plasma reactor according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the transitional part (20) increases progressively from its first to its second end. 3. Reactor de plasma según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que dichas partes (19, 20, 21) están solidarizadas entre sí formando una sola pieza.3. Plasma reactor according to claim 1 or 2, characterized in that said parts (19, 20, 21) are integral with each other, forming a single piece. 4. Reactor de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que su cuerpo (1) hueco está formado por un material dieléctrico seleccionado del grupo que consiste en cuarzo, zafiro, alúmina y combinaciones de estos.4. Plasma reactor according to any of claims 1 to 3, characterized in that its hollow body (1) is formed by a dielectric material selected from the group consisting of quartz, sapphire, alumina and combinations thereof. 5. Reactor de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que su cuerpo (1) hueco comprende además una parte (8) de admisión de una mezcla de al menos un gas inerte y al menos un precursor, estando la parte (8) de admisión integrada en la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales o acoplada a la parte (19) de lanzamiento de ondas superficiales a través de conexiones.5. Plasma reactor according to any of claims 1 to 4, characterized in that its hollow body (1) further comprises a part (8) for admitting a mixture of at least one inert gas and at least one precursor, the part being (8) for admission integrated into the part (19) for launching surface waves or coupled to the part (19) for launching surface waves through connections. 6. Reactor de plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que comprende además al menos, una fuente (11) de radiación infrarroja en el exterior de dicho cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, estando dispuesta la fuente (11) de radiación infrarroja para irradiar la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación de dicho cuerpo (1) de reactor.Plasma reactor according to any of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises at least one source (11) of infrared radiation outside said hollow body (1) of the plasma reactor, the source being arranged ( 11) of infrared radiation to irradiate the interior zone (21') defined by the nucleation part (21) of said reactor body (1). 7. Reactor de plasma según la reivindicación 6, caracterizado por que comprende además, un dispositivo (10) de enfriamiento en el exterior del cuerpo (1) del reactor, en donde el dispositivo (10) de enfriamiento está dispuesto para enfriar, al menos, la zona (20') interior definida por la parte (20) transitoria del referido cuerpo (1) del reactor.7. Plasma reactor according to claim 6, characterized in that it further comprises a cooling device (10) outside the body (1) of the reactor, wherein the cooling device (10) is arranged to cool, at least , the interior zone (20') defined by the transitory part (20) of said body (1) of the reactor. 8. Reactor de plasma según la reivindicación 7, caracterizado por que comprende además una fuente de radiación ultravioleta en el exterior del cuerpo (1) hueco del reactor de plasma, dicha fuente de radiación ultravioleta dispuesta para irradiar, al menos, la zona (21') interior definida por la parte (21) de nucleación del referido cuerpo (1) del reactor. 8. Plasma reactor according to claim 7, characterized in that it further comprises an ultraviolet radiation source outside the hollow body (1) of the plasma reactor, said ultraviolet radiation source arranged to irradiate at least the area (21 ') interior defined by the nucleation part (21) of the referred body (1) of the reactor.
ES19183490T 2016-05-13 2017-05-11 Reactor for the manufacture of graphene Active ES2933953T3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PT2016109387 2016-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2933953T3 true ES2933953T3 (en) 2023-02-15

Family

ID=85197933

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES19183490T Active ES2933953T3 (en) 2016-05-13 2017-05-11 Reactor for the manufacture of graphene
ES17737069T Active ES2963073T3 (en) 2016-05-13 2017-05-11 Process for the manufacture of graphene using plasma technology

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17737069T Active ES2963073T3 (en) 2016-05-13 2017-05-11 Process for the manufacture of graphene using plasma technology

Country Status (1)

Country Link
ES (2) ES2933953T3 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
ES2963073T3 (en) 2024-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210188646A1 (en) Process, reactor and system for fabrication of free-standing two-dimensional nanostructures using plasma technology
Das et al. Can we optimize arc discharge and laser ablation for well-controlled carbon nanotube synthesis?
JP6752782B2 (en) Equipment and methods for plasma synthesis of graphite products containing graphene
CN104010965B (en) Hydrocarbon precursor material is utilized to produce graphene carbon granule
TW201823151A (en) Microwave reactor system with gas-solids separation
CN103145117B (en) Method for preparing graphene
US12281013B2 (en) Microwave reactor system enclosing a self-igniting plasma
Lim et al. Plasma-assisted synthesis of carbon nanotubes
KR20120136790A (en) Manufacturing method of graphene using inductively thermal plasma and graphene manufactured by the method
Patel et al. Synthesis of boron nanowires, nanotubes, and nanosheets
Wu et al. Growth of hexagonal tungsten trioxide tubes
US9200378B2 (en) Methods of making nanowires
ES2963073T3 (en) Process for the manufacture of graphene using plasma technology
Chen et al. Efficient and green synthesis of SiOC nanoparticles at near-ambient conditions by liquid-phase plasma
Zhang et al. Large-scale synthesis of novel vertically-aligned helical carbon nanotube arrays
Taqy et al. Radiation-induced synthesis of carbon nanostructures
JP2015147706A (en) Method of manufacturing single crystal graphene using plastic waste and the like as raw material, and touch panel using single crystal graphene
ES2391189B1 (en) METHOD OF PRODUCTION OF CARBON NANOTUBES IN THE ABSENCE OF METAL CATALYSTS.
ES2609511B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR SYNTHESIS OF GRAPHENE POWDER FROM A CARBON SOURCE
Rahman et al. Tag El Din, EM Fabrication of Graphene Sheets Using an Atmospheric Pressure Thermal Plasma Jet System. Energies 2022, 15, 7245
Alrebh Boron nitride and boron carbon nitride nanosheets synthesis using inductively coupled thermal plasma
Eliáš et al. Optimizing of substrate properties for carbon nanotube production in radiofrequency discharge
Amirov et al. Large-scale synthesis of graphene materials using hydrocarbons in a thermal plasma jet
Baitimbetova et al. PRODUCING GRAPHENE IN AN ATMOSPHERE OF AROMATIC HYDROCARBONS
Yun et al. The effect of different temperature profiles upon the length and crystallinity of vertically-aligned multi-walled carbon nanotubes