Физические основы процессов образования наночастиц в ВЧ разряде атмосферного давления

• Автор: Мишин, Максим Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 270 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. ИСТОЧНИКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ

1.2. ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ

1.3. ВЧ - РАЗРЯДЫ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ: ТЕОРИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ

1.4. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

2. ПАРАМЕТРЫ СИНТЕЗА

2.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПРИБОР

2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗРЯДА

2.3. ТЕМПЕРАТУРА ИОННОЙ КОМПОНЕНТЫ ПЛАЗМЫ
2.4. КОНЦЕНТРАЦИЯ. ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕМПЕРАТУРА. ПОТЕНЦИАЛ ПЛАЗМЫ
2.5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ВНЕ РАЗРЯДНОГО ПРОМЕЖУ'1 КА
2.6. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
2.7. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
3. СИНТЕЗИРУЕМЫЕ ЧАСТИЦЫ
3.1. СОСТАВ СИНТЕЗИРУЕМЫХ ЧАСТИЦ
3.2. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЧАСТИЦЫ
3.3. ЧАСТИЦЫ В ОБЛАСТИ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ
3.4. НЕЙТРАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ ВНЕ ОБЛАСТИ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМБ
3.5. ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ ВНЕ ОБЛАСТИ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ
3.6. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
4. УПРАВЛЕНИЕ РАЗМЕРОМ ФОРМИРУЕМЫХ МИКРОЧАСТИЦ
4.1. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА И КОЛИЧЕСТВА МИКРОЧАСТИЦ
4.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕ! 1ЦИЛА В ОБЛАСТИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА.
4.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

4.4. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
5. АГЛОМЕРАЦИЯ НАНОЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ.
АГЛОМЕРАЦИЯ ПЕРВОГ ТИПА
5.1. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АГЛОМЕРАЦИИ ПЕРВОГО ТИПА.
5.2. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
6. АГЛОМЕРАЦИЯ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ.
АГЛОМЕРАЦИЯ ВТОРОГО ТИПА
6.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ
структур
6.2. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ФРАКТАЛЬНЫХ СТРУКТУР
6.3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОГО
ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПОВЕРХНОСТИ ОСАДКА ИЗ
НАНОЧАСТИЦ
6.4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АГЛОМЕРАЦИИ ВТОРОГО ТИПА.
6.5. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Процессы химического осаждения из газовой фазы, относятся к универсальным нанотехнологиям, поскольку позволяют синтезировать широкий спектр уникальных напоматериалов, таких как тонкие пленки, нанопорошки, нанотрубки, нановолокна и т.д. Нанопорошки различных материалов находят все более широкое применение в различных областях техники для получения современных композиционных материалов, керамики, катализаторов и т.д. Низкотемпературная плазма, создаваемая с помощью высокочастотных (ВЧ) электрических разрядов в реакционной газовой среде, успешно применяется для активирования процессов химического осаждения наночастиц из газовой фазы.
Большинство плазмохимических процессов, применяемых для синтеза наночастиц, осуществляются при пониженных давлениях, когда удается легко поддерживать однородный ВЧ разряд. Однако, такие процессы требуют использования дорогостоящей вакуумной аппаратуры и характеризуются низкой степенью использования реагентов из-за высоких скоростей газовых потоков. Более эффективным для активации гомогенного синтеза наночастиц представляется использование низкотемпературной плазмы, создаваемой с помощью ВЧ разрядов в реакционной газовой фазе при атмосферном давлении. В этом случае, благодаря значительно большим парциальным давлениям реагентов, можно ожидать более высоких скоростей гомогенных реакций, приводящих к образованию наночастиц. Возможность пространственной локализации разрядной области в объеме реактора позволяет ожидать более узкого распределения наночастиц по размеру.
Самопроизвольно протекающие процессы образования упорядоченных и неупорядоченных ансамблей нанообъектов привлекают пристальное внимание исследователей, так как могут лежать в основе не только новых технологий получения наноструктурированных материалов с уникальным комплексом свойств, но и потому, что достаточно часто проявляются в природе. Стремление

электрод был заземлен. Стеклянная труба, на которую проводилось осаждение, помещалась внутрь цилиндра, на котором были намотаны электроды. Расход гелия составлял 10 л/мин, расходы С2Р4 или СР2СРН - 2 мл/мин.
Результаты исследования химического состава полученных полимеров при помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), показанные в таблице 1.2, свидетельствуют об образовании слоев подобных политетрафторэтилену (ПТФЭ). Толщина осаждаемых слоев составила около 1 мкм. Следует отметить, что для получения ПТФЭ-подобных полимеров с одинаковой степенью успешности могут применяться оба реагента.
Таблица 1.
Результаты исследования состава полимеров
Мономер Р/С -СРз (%) 293,80 )В -СР2 (%) 291,75 эВ -СР (%) 289,45 эВ С-СР (%) 287,05 эВ СН (%) 285,00 эВ
ТФЭ 1,46 26,0 25,6 22,7 26
ГФП 1,70 11,3 57,1 18.7 13
Схема установки для изучения процесса полимеризации мономеров в плазме ДБР атмосферного давления представлена на рис. 1.17 [102].
Рис. 1.17 - Схема для изучения плазмы ДБР атмосферного давления [102]