Grant: Collaborative Research and Development Grants

Excellent physicochemical properties of single-walled carbon nanotubes (SWC NTs) make them good candidates for many applications ranging from lightweight materials for transportations to new catalytic supports for other functional materials. In a collaborative effort between the Université de Sherbooke (UdeS), the Steacie Institute for Molecular Sciences of the National Research Council of Canada (SIMS-NRC) and Raymor Industries inc., a new 50-kW induction thermal plasma system has been designed, built and started up for industrial-scale mass production of SWCNTs. The synthesis process is based on the evaporation of the carbon-containing raw materials by using a radio frequency (RF) plasma torch as a heat source to activate generation of the precursor species involved in the formation of SWCNTs. In the last 4 years, UdeS and NRC-SIMS has successfully demonstrated, with this RF inductively coupled plasma reactor, that SWCNTs can be permanently synthesized at a purity level of above 30 %, with a fraction of the cost of conventional technologies. To realize the industrial applications, however, practical methods for precise control of nanostructure of SWCNTs and direct modification of their chemical properties are essentially required to tailor their functional performance specifically. In this project, it is proposed to design an economically viable reactor and an operational protocol capable of producing a minimum of 1 kg of product material containing at least 60 wt% SWCNTs per day. This goal will only be realized through optimizing the feeding rate of the powder feeder, upgrading the data acquisition system, controlling the mass balance of the system, characterizing different types of the reactant mixtures containing carbon blacks and the metal catalysts and finally designing a high-flow gas recycling system to reduce gas operating cost. *********************************** ? cause de leurs propriétés physico-chimiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone mono-paroi (NCMPs) sont considérés le matériel par excellence pour beaucoup d'applications s'étendant des matériaux avancés d'aéronautique à de nouveaux dispositifs et sondes électroniques. Grâce à la collaboration scientifique entre l'Université de Sherbooke (UdeS), l'Institut Steacie des Sciences Moléculaires du Conseil National de Recherche Canada (NRC-SIMS) et Raymor Industries inc., un nouveau système de plasma thermique d'induction a été conçu, construit et mis en opération pour la synthèse en continu de grandes quantités des NCMPs. Le procédé de synthèse est basé sur l'évaporation de la matière première en utilisant une torche de plasma thermique de radio fréquence (RF) comme source d'énergie pour activer les espèces précurseures impliquées dans la formation des NCMPs. Au cours des 4 dernières années, l'UdeS et le NRC-SIMS ont démontré que les NCMPs peuvent être synthétisés en continu et à une fraction du coût des technologies courantes, à l'aide de ce réacteur à plasma d'induction. Les analyses de caractérisation ont prouvé que les NCMPs sont actuellement synthétisés à un niveau de pureté au-dessus de 30%. Étant donné que la technologie du plasma thermique est industriellement applicable, la synthèse industrielle de NCMPs est maintenant possible. Dans ce projet, il est proposé de concevoir une nouvelle génération du réacteur pour accroître sa viabilité et de développer un protocole capable de produire un minimum de 1kg par jour de matériel contenant au moins 60 % de NCMPs. Cet objectif sera réalisé en modifiant l'alimentation de poudres pour avoir une débit stable, en ajoutant un système d'acquisition en continu des variables de procédés, en obtenant un meilleur bilan de masse et en caractérisant de façon plus approfondie les NCMPs. Un mélange amélioré de catalyseurs y sera aussi abordé. Finalement, il sera proposé un protocole pour recycler l'hélium afin de minimiser les coûts d'opération.