Способ получения углеродных нанотрубок с использованием ферроцена и электрической дуги

(51) 01 31/00 (2011.01) 28 3/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ через электроды и витки электромагнитной катушки, которую включают последовательно с электродами в цепь питания технологического процесса. Сепарацию потока углерода из межэлектродного зазора электрической дуги от микрочастиц углерода проводят с использованием экрана, формируя чистый радиальный поток углерода в сторону подложки. Порошок ферроцена загружают в емкость, располагаемую вблизи экранов катода с целью использования их теплового излучения для испарения молекул ферроцена в замкнутом объеме, создания избыточного давления молекул ферроцена и ввода в тороидальный объем посредством распределенных вдоль периметра подложки микроструй. Перемешивают радиальный отсепарированный поток углерода с микроструями смеси молекул ферроцена и аргона и получают оптимальное однородное по периметру распределение кластеров железа. Особенностью способа является продолжительная работа на одном расходуемом аноде в режиме стабилизации положения анодного пятна дуги и выравнивания скоростей испарения торца анода и роста депозита на катоде. Методом СЕМ на микроскопе 200 3 и рамановской спектроскопией на спектрографепроведена характеризация нанотрубок как многостенных. Эксперименты показали значительное повышение производительности получения однородных многостенных нанотрубок в оптимальной области используемых параметров.(72) Нестеренков Александр Геннадьевич Нестеренков Петр Александрович Абдуллаев Калык Абдуллаевич(73) Акционерное общество КазНИИ энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРРОЦЕНА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ(57) Изобретение относится к нанотехнологии,конкретно к массовому получению многостенных нанотрубок для использования в изготовлении мембран,композитных материалов,суперконденсаторов. Отличием разработанного способа получения нанотрубок является использование ферроцена в качестве основного источника сырья для роста многостенных нанотрубок в углеродной высокотемпературной среде пониженного давления,создаваемой электрической дугой постоянного тока при малых величинах тока. Основное назначение дуги - создание и поддержание необходимой температуры в тороидальном объеме большого диаметра с радиальным градиентом температуры и концентрации углерода. Стабилизацию среднего уровня температуры проводят периодическим смыканием электродов и пропусканием тока только Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано в химической промышленности для получения сорбентов,машиностроении для изготовления композиционных материалов, энергетике для изготовления суперконденсаторов. Известен способ приготовления нанотрубок ( 2391289 С 2, С 01 В 31/02, В 82 В 3/00) при атмосферном давлении, включающий прогрев вертикального реактора с частицами окиси алюминия до температуры 700-800 С и продувкой его объема смесью аргона с водородом,приготовление раствора ферроцена (55)2 в пиридине (55), барботаж раствора смесью аргона с водородом и транспортировку в реактор,разложение парогазовой смеси пиридина (55) и ферроцена в высокотемпературной области в течение более двух часов, прекращение подачи смеси и остывание реактора с продувкой рабочего объема аргоном до комнатной температуры,выгрузку гранул окиси алюминия с нанотрубками,очистку нанотрубок от частиц окиси алюминия. Приготовленные- УНТ имеют бамбукообразную морфологию и внешний диаметр от 3 до 40 нм. Добавки водорода Н 2 в несущую газовую смесь необходимы для гидрирования пиролитического углерода, загрязняющего конечный продукт. Технический результат - относительно большая производительность процесса получения нанотрубок и высокий выход углерода при разложении пиридина и ферроцена, а также высокое содержание азота в полученных нанотрубках. Недостатком способа является использование промежуточных высокодисперсных частиц окиси алюминия, с поверхности которых удаляют конечные нанопродукты,что представляет сложность в силу их развитой поверхности. Известен способ получения нанотрубок(. /58, 2000,208-214),включающий горение электрической дуги напряжением 25 В и током 75 А между графитовым анодом диаметром 10 мм и катодом диаметром 4 мм с центральной вставкой из железа диаметром 2 мм при пониженном давлении в реакторе (2-6)-104 Па,подачу смеси паров ферроцена и аргона в область горения дуги (обратный метод размещения катализатора железа). При этом на поверхности анода получаются нанотрубки типичные для обратного метода - малого диаметра и большой длины, а на катоде получаются клубки диаметром до 10 мкм, состоящие из переплетенных нанотрубок 20-40 нм. Наряду с нанотрубками разной морфологии на холодных частях камеры конденсируются углеродные включения диаметром до 500 мкм, что является недостатком способа. Главным недостатком способа является использование специального катода с вставками железа, что не эффективно для массового производства нанотрубок. Известен способ непрерывного производства одинаковых по длине углеродных нанотрубок спрей-метод,включающий приготовление питательного раствора металлоорганического соединения класса циклопентадиенилов железа в жидком углеводороде ксилоле, бензоле или других в соотношении 110, создание рабочего объема с температурой 500-900 С и пониженным давлением,ввод раствора через одиночный эжектор в высокотемпературный объем и распыление потоком аргона через пористую вставку эжектора над поверхностью подложки, перемещаемой через высокотемпературный объем. При этом длину нанотрубок контролируют временем нахождения подложек в высокотемпературном объеме, которое варьируют от 10 до 120 минут. Назначение пористой вставки - распределить равномерно по рабочему объему мелкодисперсные капли раствора, при испарении которых образуются кластеры железа,пары углерода и формируются нанотрубки. Недостатком способа является ввод паров ферроцена в высокотемпературный объем через одну точку, или один питатель, что ограничивает расход питающего раствора при условии сохранения оптимального по диаметру дисперсного состава частиц раствора. Недостатком способа является использование большого количества жидкого углеводорода, продукты переработки которого необходимо удалять из реактора и утилизировать. Недостатком способа является осаждение кластеров железа и растущих нанотрубок кроме подложек также на поверхности транспортирующего устройства, что требует его очистки и ведет к потерям получаемого продукта. Недостатком является сложность создания высокой температуры и пониженного давления в рабочем объеме из-за перемещения через него подложек. Известен процесс получения одностенных нанотрубок методомпри атмосферном давлении с использованием ферроцена в качестве единственного источника каталитических частиц железа и углеводородного сырья (-/ . . ., 2006, 110, 2097320977). Процесс осуществляют в кварцевой трубке,окруженной электрическим нагревателем,заключенным в свою очередь в алюминиевый цилиндр. Между алюминиевыми цилиндрами размещен высокотемпературный изолятор. Нагреватель и внутренние стенки алюминиевых цилиндров находятся в атмосфере аргона под избыточным давлением,что предотвращает попадание продуктов реакции из кварцевой трубки в пространство нагревателя. Газовую смесь аргона с сублимированным газообразным ферроценом готовят отдельно при температуре около 90 С и под избыточным давлением с относительно большим расходом 2000 вводят в зону с температурой 650-900 С через точечный питатель в виде охлаждаемого медного инжектора. Вокруг инжектируемой смеси подают дополнительный спутный поток горячего аргона расходом 150. Типичный диаметр получаемых коротких одностенных нанотрубок 1,1 нм. Недостатком способа является низкая производительность процесса получения нанотрубок из-за ограниченного реакционного объема и ввода малого количества молекул ферроцена через одно инжекционное отверстие. Кроме того, для получения кластеров железа небольшого диаметра требуется большое количество аргона, который затем требуется очищать на выходе от загрязнений и сопутствующих отходящих газов. Известен способ получения нанотрубок (.,. .. /, . 46,.4, 2007, . 1818-1820), взятый в качестве прототипа. Способ осуществляют в камере относительно большого диаметра, снабженной системами откачки, напуска газов и контроля давления. В камере соосно установлены водоохлаждаемый неподвижный катод в виде графитовой шайбы и стержневой графитовый анод меньшего диаметра. Расходуемый стержневой графитовый анод установлен с возможностью перемещения и контроля его положения в камере относительно катода. Катод и расходуемый анод подключены к источнику питания постоянного тока. На некотором расстоянии от анода и катода размещен водоохлаждаемый коллектор для сбора нанотрубок. Для приготовления раствора ферроцена в ксилоле нужного состава используются емкости с газами, смеситель, а также масляная ванна для поддержания необходимой температуры смеси. Способ получения нанотрубок включает подготовку раствора ферроцена в ксилоле в емкости на масляной бане, барботаж раствора аргоном и получение газовой смеси необходимой температуры и концентрации, создание в камере газовой среды пониженного давления и зажигание в ней электрической дуги постоянного тока, испарение расходуемого анода электрической дуги и получение высокотемпературного углеродсодержащего реакционного объема, ввод в него газовой смеси через одиночный питатель,нагрев смеси и термическое разложение молекул ферроцена и ксилола в высокотемпературной области реакционного объема,образование кластеров железа и рост с их участием нанотрубок,конденсацию нанотрубок с аморфным углеродом и другими продуктами испарения электродов дуги на катоде и водоохлаждаемом коллекторе. В интервале больших токов дуги конденсировали совместно с мусором в виде углеродных микрочастиц и аморфным углеродом на катоде - прямые многослойные нанотрубки диаметром около 10 нм, а на коллекторе - пучки однослойных нанотрубок. При токах дуги менее 40 А рост нанотрубок всех видов прекращался. В интервале давлений 30 - 500 торр, токов электрической дуги 40-70 А,напряжений дуги 18-30 В, расходов газовой смеси 500-1200 см 3/минобщий выход всех типов нанотрубок составлял 25-30. Недостатками способа получения нанотрубок по прототипу являются неоднородная структура нанотрубок,конденсируемых в реакционном объеме, и малая производительность получения нанотрубоксодержание в конденсируемых продуктах среди нанотрубок большого количества посторонних микрочастиц и аморфного графита из-за большого тока электрической дугималое время эксплуатации расходуемого анодаиспользование углеродсодержащей жидкости ксилола, из-за чего технология становится пожароопасной, требующей больших расходов на утилизацию промышленных отходовбольшой расход аргона на единицу массы подаваемой смеси. Изобретение позволяет получить следующий технический результат. 1. Увеличивается производительность получения однородных по структуре и размерам нанотрубок при снижении тока электрической дуги и количества графитового сора в конденсируемых продуктах, снижаются также энергозатраты на производство 2. Убирается из технологической цепочки производства нанотрубок углеродсодержащая жидкость. 3. Обеспечивается автоподстройка расхода ферроцена к изменению количества поставляемого дугой углерода при варьировании мощности технологического процесса. 4. Увеличивается период эксплуатации расходуемых анодов дуги до их смены. 5. Снижается расход аргона или другого инертного газа, используемого для создания инертной газовой среды в реакционном объеме и транспортировки пара ферроцена. 6. Осуществляется процесс селективной термической очистки конденсируемых на подложке нанотрубок от аморфного углерода и микрочастиц сразу после проведения технологического процесса роста нанотрубок без разгерметизации камеры и с использованием того же силового оборудования. Технический результат по п.1 достигается тем,что готовят газовую смесь молекул ферроцена с аргоном испарением ферроцена за счет утилизации тепла электрической дуги,формируют высокотемпературный реакционный объем в виде тора из экранов электродной системы электрической дуги и цилиндрической подложки и вводят в его основании подготовленную смесь через распределенные равномерно вдоль периметра подложки микроструи, эффективно перемешивая их с высокотемпературным радиальным потоком углерода из электрической дуги. Энергию для получения нанотрубок в тороидальном объеме вводят в его центре от источника питания постоянного тока через электрическую дугу и излучение электромагнитной катушки, которую включают в цепь питания последовательно с электродами дуги. Средний уровень тороидального реакционного объема стабилизируют периодическим прерыванием горения электрической дуги путем сведения ее электродов,снижая на короткое время выделяемую в 3 реакционном объеме тепловую энергию источника питания и количество углерода. Технический результат по п.2 достигается тем,что при горении электрической дуги получают достаточное количество кластеров углерода из испаряемого анода и отпадает необходимость в углеродном сырье углеродсодержащих жидкостей. Более того, с использованием анодной струи засасывают в прианодную область дуги лиганды С 5 Н 5 и интенсифицируют их разложение на водород, углеводороды и собственный атомарный углерод, подпитывающий технологический процесс. Технический результат по п.3 достигается тем,что скорость испарения молекул ферроцена подстраивают под уровень температур электромагнитной катушки и подложки. С повышением тока дуги повышают подачу в реакционный объем углерода из дуги и температуру экранов ее электродов и электромагнитной катушки,чем осуществляют соответствующее изменение скорости испарения загруженного в емкость ферроцена и его расхода через микроструи. Обеспечивают автоподстройку расходов сырья для роста нанотрубок также за счет транспортировки аргона в поле теплового излучения электромагнитной катушки. По п. 4 технический результат достигается тем,что стабилизацию нужного среднего уровня температуры и расхода углерода в реакционном тороидальном объеме осуществляют за счет периодического сведения электродов дуги, в течение которого устраняют их испарение, а процесс роста нанотрубок продолжают за счет подачи углерода из разлагающихся лигандов ферроцена. Сумму интервалов времени замкнутого состояния электродов фиксируют в программе технологического процесса и на величину этой суммы увеличивают продолжительность работы расходуемых анодов до замены. Технический результат по п.5 достигается тем,что испарение отмеренного для одной загрузки ферроцена проводят в герметичной емкости, из которой пары ферроцена под избыточным давлением, зависящим от температуры, вводят в составе равномерно распределенных по периметру реакционного объема микроструй смеси. В пределе аргон можно и не подавать, т.к. молекулы ферроцена через микроотверстия сами будут поступать в объем с меньшим давлением. Однако минимальное содержание аргона необходимо для создания в реакционном объеме циркуляции смеси в режиме минимальной откачки или ее отсутствии. Технический результат по п.6 достигается тем,что рост нанотрубок заканчивают в режиме сведенных электродов с отключением источника питания, после чего откачивают еще горячую камеру от остатков смеси аргона с ферроценом,заполняют его смесью паров этанола и аргона,включают источник питания дуги и, нагревая подложку током источника питания до температуры 700 С при постоянной откачке продуктов испарения из камеры, проводят термическую очистку нанотрубок. После завершения процесса 4 термической очистки нанотрубок, отключают электропитание, прекращают подачу паров этанола и охлаждают подложку до необходимой температуры. Затем объем камеры заполняют техническим азотом, вскрывают, вытаскивают подложку с нанотрубками, а на ее место устанавливают новую и начинают очередной процесс получения нанотрубок. Просуммируем вышесказанное. Технический результат по пп. 1-6 достигается тем, что в способе получения углеродных нанотрубок, включающем подготовку в камере газовой среды пониженного давления, горение в ней электрической дуги постоянного тока с получением потока углерода,приготовление смеси пара ферроцена в аргоне и введение ее в объем камеры, разложение в высокотемпературной области объема молекул ферроцена, образование кластеров железа с последующим ростом нанотрубок, сбор нанотрубок и графитовых микрочастиц на подложке, в соответствии с изобретением высокотемпературный реакционный объем в виде тора создают с одинаковыми теплофизическими параметрами по сечению с использованием экранов электродной системы и цилиндрической подложки, а в его основании равномерно вдоль периметра подложки вводят смесь молекул ферроцена и аргона в виде радиальных микроструй,поток углерода сепарируют от микрочастиц графита и направляют встречно микроструям, перемешивая их в тороидальном объеме вдоль подложки. В выделенном высокотемпературном объеме создают радиальный градиент температуры и концентрации кластеров углерода за счет выделения тепла электрической дугой и электромагнитной катушкой,которую вводят в цепь питания последовательно с электродами электрической дуги. Температуру тороидального объема для роста нанотрубок стабилизируют периодическим сведением электродов дуги и выделением энергии только электромагнитной катушкой, при этом на время убирают из процесса источник углерода из испаряемого анода дуги, что снижает количество аморфного углерода. При изменении мощности технологического процесса осуществляют автоподстройку расходов пара углерода и ферроцена транспортировкой последнего вблизи электромагнитной катушки к радиальным микроструям и обеспечением обратной положительной связи между уровнем температуры витков электромагнитной катушки и скоростью испарения молекул ферроцена. Технологический процесс роста нанотрубок заканчивают в режиме сведенных электродов, откачивают остатки смеси пара ферроцена, подают вместо них пары этанола и,пропуская ток от источника питания через электроды и витки электромагнитной катушки,нагревают подложку и проводят селективную термическую очистку нанотрубок. Используется экспериментальный факт, что получение оптимального дисперсного состава кластеров железа из большой массы газовой смеси ферроцена с аргоном требует введения ее в тороидальный объем через распределенные равномерно по периметру микроструи. Экспериментально обнаружено влияние обратной связи магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой на стабильность тока электрической дуги и выравнивание скоростей испарения торца анода дуги и роста депозита на катоде. С использованием этого физического эффекта удалось добиться продолжительного горения анода с формированием устойчивого радиального потока углерода из экранов электродов с отверстиями. Экспериментально установлен факт повышенной стабилизации анодного пятна на торце анода с электромагнитной катушкой, позволившей получить режим равных скоростей испарения торца анода и роста депозита на торце катода, что позволило сформировать устойчивую пространственную форму радиального потока углерода встречно потоку кластеров железа. Экспериментально получены оптимальные технологические параметры,реализующие эффективную эжекцию газовой среды анодной струей электрической дуги для осуществления циркуляции в тороидальном объеме сырья для роста нанотрубок в режиме отключения откачки камеры. Авторам не известно из патентной и другой научной литературы информации о формировании встречных авторегулируемых по расходу радиальных потоков пара ферроцена, подаваемых через распределенные по периметру микроструи, и сепарированного углерода из испаряемого анода электрической дуги для осуществления их эффективного перемешивания, что соответствует критерию изобретения по существенным отличиям. На фиг. представлена схема технологического процесса. В вакуумируемой камере 1 размещены подвижный полый катод 2 и стержневой графитовый анод 3 с системой закрепленных на них экранов для сепарации микрочастиц углерода. Вокруг системы экранов установлена цилиндрическая подложка 4,а за ней электромагнитная катушка 5 и транспортный канал 6 с емкостью для ферроцена 7. Источник питания 8,внешнее балластное сопротивление,электромагнитная катушка 5, катод 2 и анод 3 составляют замкнутую электрическую цепь питания. Технологический процесс проводят следующим образом. Устанавливают в водоохлаждаемые держатели очищенный от депозита полый катод 2 и новый расходуемый анод 3. Загружают в емкость 7 необходимое количество ферроцена из расчета времени полного износа анода и закрепляют по его периметру плоскую подложку 4 из материала,выдерживающего температуру 850 С, например стали, титана и т. д., сворачивая ее в цилиндр. Сводят электроды между собой, закрывают реактор и проводят его откачку. При достижении некоторого разряжения включают источник питания 8 и устанавливают в замкнутой электрической цепи необходимый ток для обезгаживания электродной системы и емкости с ферроценом 7. Нагрев подложки 4, емкости с ферроценом 7 и тороидального объема 9 проводят за счет теплового излучения электродов и витков электромагнитной катушки 5. После обезгаживания конструкций камеры в нее вводят аргон через транспортный канал 6 и емкость 7, устанавливая давление среды в интервале 5-100 торр переводом скорости откачки камеры на минимальную производительность. Разводят электроды и, инициируя электрическую дугу 10 между торцами катода 2 и анода 3,поднимают за счет электрической дуги температуру подложки 4, емкости с ферроценом 7 и тороидального объема 9 до высокого уровня, при котором испаряют ферроцен и создают избыточное давление смеси его молекул с аргоном, которую вводят посредством микроструй в основание тороидального объема 9 встречно радиальному потоку сепарированного углеродного пара из межэлектродного зазора электрической дуги 10. Системой экранов электродов с отверстиями формируют нужный профиль потока углеродного пара и фильтруют его от микрочастиц графита. Расход сырья ферроцена регулируют избыточным давлением смеси, а давление - температурой и скоростью истечения молекул ферроцена и аргона. Процесс испарения молекул ферроцена регулируют также охлаждением емкости с ферроценом, которое контролируют термопарами. В тороидальном объеме проводят эффективное перемешивание больших масс паров углерода и ферроцена для образования кластеров железа с оптимальными размерами. Формируя в высокотемпературном тороидальном объеме радиальный градиент температуры и концентрации углерода, проводят интенсивный рост нанотрубок и их диффузию к более холодной подложке. Величиной тока электромагнитной катушки создают магнитное поле, посредством которого управляют процессом роста нанотрубок. В течение полного испарения анода на подложке конденсируют однородные по размеру нанотрубки в составе микрочастиц графита и аморфного углерода. Технологический истощения сырья ферроцена в режиме сведенных электродов дуги отключением источника питания. Затем откачивают остатки ферроцена из транспортных каналов, подают через них в область подложки пары этанола с аргоном и включают источник питания. Пропуская ток через электроды и витки электромагнитной катушки, нагревают подложку до высокой температуры и проводят селективную термическую очистку нанотрубок в парах этанола. Затем отключают источник питания электрической дуги и, после некоторого снижения температуры,вскрывают камеру и вытаскивают подложку с очищенными нанотрубками. Устанавливают очередную подложку, новый расходуемый анод и начинают очередной технологический процесс. Как было сказано, экспериментально определены условия получения оптимальных величин температуры тороидального объема, расхода ферроцена и пара углерода, скорости испарения торца анода и роста композита на торце полого 5 катода. Каждый из этих параметров является важным, поэтому получение их оптимального набора является НОУ-ХАУ технологического процесса. На фиг. 2 показано полученное на электронном микроскопе 200 3 микроизображение неочищенного конденсата с нанотрубками при работе в неоптимальном режиме,на котором видны разрозненные нанотрубки разной морфологии. На фиг.3 показано микроизображение неочищенного конденсата при работе установки с оптимальным набором технологических параметров. Рядом показан рамановский спектр нанотрубок, полученный на спектрографе, подтверждающий образование многостенных нанотрубок в большом количестве. Как видно из микроизображения неочищенного конденсата, с использованием предлагаемого способа в оптимальном режиме растут однородные по морфологии и размерам многостенные нанотрубки с большой плотностью упаковки на единицу площади подложки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения углеродных нанотрубок с использованием ферроцена и электрической дуги,включающий создание в камере инертной среды пониженного давления, горение в ней электрической дуги с получением потока испаряемого из анода углерода, приготовление смеси пара ферроцена в аргоне и введение ее в объем высокотемпературной углеродной среды,разложение в высокотемпературной области объема среды молекул ферроцена с образованием кластеров железа и ростом на них нанотрубок, сбор нанотрубок и графитовых микрочастиц на подложке, отличающийся тем, что в соответствии с изобретением испарение углерода проводят в анодном пятне дуги при токах менее 40 А и транспортируют поток углерода через высокотемпературный объем в виде тора с одинаковыми по периметру сечения теплофизическими параметрами, который создают из экранов электродной системы электрической дуги и цилиндрической подложки, а в его основании вводят смесь пара ферроцена с аргоном в виде распределенных по периметру микроструй, поток испаряемого углерода сепарируют от микрочастиц графита и перемешивают с встречно направляемыми микроструями вдоль подложки, у поверхности которой формируют радиальный градиент температуры за счет выделения тепла электрической дугой и электромагнитной катушкой, которую вводят в цепь питания последовательно с электродами электрической дуги, а уровень средней температуры стабилизируют периодическим сведением электродов дуги, при этом осуществляют положительную обратную связь между температурой электромагнитной катушки и скоростью испарения молекул ферроцена, а также автоподстройку расходов пара углерода и ферроцена транспортировкой последнего вокруг электромагнитной катушки, кроме того после окончания процесса роста нанотрубок удаляют из реакционного объема остатки ферроцена и вводят вместо него пары этанола и, пропуская ток от источника питания через сведенные электроды электрической дуги и витки электромагнитной катушки, проводят селективную термическую очистку нанотрубок. 2. Способ по п.1. отличающийся тем, что в качестве подложки используют тонкую металлическую пластину, сворачивая из нее цилиндр диаметром, превышающим на порядок диаметр расходуемого графитового анода электрической дуги,а после извлечения ее из камеры с очищенными нанотрубками на ее место устанавливают новую пластину. 3. Способ по п.1. отличающийся тем, что величиной тока,пропускаемого через электромагнитную катушку, формируют необходимой величины магнитное поле для стабилизации анодного пятна дуги на оси расходуемого анода и выравнивания скоростей испарения анода и роста депозита на катоде,а согласование создаваемых электромагнитной катушкой величин магнитного поля и теплового потока проводят оптимизацией числа ее витков и их поперечного сечения. 4. Способ по п.1. отличающийся тем, что часть из распределенных по сечению тороидального объема микроструй смеси пара ферроцена и аргона направляют тангенциально поверхности подложки и осуществляют крутку перемешиваемых потоков с сепарацией кластеров железа и углерода в центобежном поле скоростей. 5. Способ по п.1. отличающийся тем, что формируют тепловой барьер вокруг электромагнитной катушки из транспортируемой смеси пара ферроцена с аргоном, поддерживая температуру смеси на уровне,не допускающем конденсацию ферроцена на стенках транспортного канала. 6. Способ по п.1. отличающийся тем, что количество аморфного углерода среди растущих нанотрубок снижают периодическим смыканием электродов дуги на время, в течение которого уровень колебаний температуры около стабилизированного среднего значения не нарушает рост однородных нанотрубок. 7. Способ по п.2. отличающийся тем, что после извлечения подложки с нанотрубками ее разворачивают и в удобном для снятия конденсата плоском виде направляют в валковый аппарат, в котором в контролируемой по температуре и газовому составу среде проводят функциализацию нанотрубок дополнительными физическими воздействиями в электромагнитном поле, после чего валковыми щетками сбрасывают их в накопитель. 8. Способ по п.1. отличающийся тем, что после загрузки очередной подложки технологический процесс начинают с откачки и прогрева камеры при замкнутых электродах электрической дуги в режиме медленного роста тока источника питания, а окончание процесса проводят в режиме уменьшения тока дуги и сведения электродов до соприкосновения,после чего источник питания отключают.