CNT製造における適切な加熱の仕方
もし炭素ナノチューブを扱っているのであれば、その困難さはよくわかるでしょう。正確な温度制御が必要であり、しかもそれは即座に行われなければなりません。もし温度が少しでも変動したり、反応に時間がかかったりすると、生産された製品は全てダメになってしまいます。
だからこそ、私たちは従来の重々しい抵抗式ヒーターの使用をやめました。そういうヒーターは速度が遅すぎます。代わりに、高性能な赤外線ヒーターを使っています。赤外線の利点は、加熱源が基板に触れる必要がない点です。エネルギーを直接目的の場所に送るだけです。
推測に頼らずに加熱を行える
現代の製造ラインでは、ヒーターが動き出すのを数秒間待つなんて許されません。数ミリ秒以内に処理を完了させる必要があります。
赤外線を使えば、加熱がどこに及んでいるかを正確に把握できます。もしセンサーが「ホットスポット」を検出した場合——これは通常、CNTの配列を乱してしまいます——システムはリアルタイムで出力を調整します。
そして最も素晴らしいのは、これをデジタルツインに接続できることです。これにより、基板が装置内に入る前に、熱的な遅れを予測し、昇温速度を調整できます。もはや運を天に任せる必要はありません。
スペースの問題
研究室では常にスペースが限られています。そのため、短波長の赤外線エミッターを使用します。これにより、小さなサイズで大きな加熱力を得ることができます。加熱チャンバーのサイズを大幅に縮小しても、加熱力は損なわれません。
対流ではなく放射によって加熱するため、空気の流れがナノチューブの成長に影響を与える心配はありません。純粋で直接的なエネルギーが使われるのです。PLCで制御される電源に接続し、適切なワット数を設定すれば、問題なく使用できます。
しかし、欠点もある
ただし、高密度の赤外線アレイを使うと、大量の廃熱が発生します。成長を速めるためにエミッターの出力を最大限に上げると、装置自体が過熱してしまいます。そのような状況に耐えられる冷却システムがなければ、センサーの値が不安定になり、部品が早く劣化してしまいます。これはバランスを取る必要がある問題です。
結局のところ、すべては物理法則にかかっています。直接的なエネルギー、高速なサイクル、そしてハードウェアと連携するソフトウェアが重要です。そうすることで、製造ラインを安定させることができるのです。