Образование наноаэрозоля оксидов металлов, кремния и сажи в процессах горения и пиролиза

• Автор: Карасёв, Владимир Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

Глава 1. Основные характеристики процессов образования аэрозольных продуктов в процессах горения и термического

разложения (литературный обзор)

Глава 2. Электронная микроскопия и видеомикроскопия для анализа агрегатов наночастиц

2.1. Особенности электронномикроскопической методики

2.2. Процедура обработки результатов электронной микроскопии

2.3. Методика видеомикроскопии аэрозольных частиц

2.3. Выводы по главе

Глава 3. Исследование процесса агрегации аэрозольных частиц кремния

3.1. Методика эксперимента

3.2. Экспериментальные результаты

3.3. Фрактальная размерность агрегатов кремния

3.4. Визуализация актов коагуляции агломератов кремния с помощью
видеосистемы
3.5 Движение агрегатов кремния в однородном электрическом поле
3.6. Поведение агломератов кремния в неоднородном электрическом поле
3.7. Перевороты агломератов кремния при изменении полярности электрического поля
3.8. Обсуждение дипольных свойств агломератов кремния
3.9. Выводы по главе
Глава 4 Образование агрегатов сажи в процессах горения пропана и
пиролиза бензола
4.1. Условия и методика экспериментов с сажей от пропановой

горелки
4.2. Результаты экспериментов
4.3. Влияние электрических зарядов на процесс агрегации
4.4. Эволюция морфологии агрегатов при комнатной температуре
4..5. Обсуждение результатов
4.6. Выводы по разделу о саже от пропановой горелки
4.7. Образование заряженных агрегатов сажи при пиролизе бензола
4.8. Условия экспериментов
4.9. Результаты
4.9.1. Размеры и морфология агрегатов сажи
4.9.2. Видеорегистрация агрегатов сажи
4.10 Фотофорез сажевых агрегатов
4.11. Выводы по разделу о саже от пиролиза бензола
Глава 5. Образование наночастиц оксида металла при горении частиц титана и алюминия
5.1. Экспериментальная часть
5.2. Результаты экспериментов
5.3. Обсуждение результатов
5.3.1. Дипольный момент агрегата
5.3.2. Возможные механизмы образования и агрегации наночастиц А1203 при горении капель алюминия
5.3.4. Возможные механизмы образования заряженных оксидных наночастиц А120з
5.4. Выводы но главе
Глава 6. Надравновесное распределение зарядов на аэрозольных
агрегатах
6.1. Выводы к главе
Основные результаты и выводы
Литература

Аэрозоли образуются в самых различных природных и промышленных процессах, среди которых типичными являются горение и пиролиз. Широко распространены процессы, приводящие к образованию твердых аэрозольных частиц, в ходе коагуляции которых формируются разветвленные агрегаты, состоящие из первичных частиц.
Морфология агрегатов является важным параметром, определяющим их транспортные свойства (коэффициент диффузии, скорость седиментации, фотофоретическую скорость и др.), оптические характеристики (радиационный баланс в атмосфере), удельную поверхность (способность адсорбировать и переносить вредные вещества). Поэтому чрезвычайно важной задачей является изучение общих закономерностей образования агрегатов, исследование факторов, влияющих на структуру агрегатов и ее эволюцию. В самых различных аэрозольных системах образуются цепочечные агрегаты, фрактальная размерность которых слишком низка, чтобы объяснить ее на основе обычных механизмов агрегации. Необходимо привлекать представления об электростатических взаимодействиях между коагулирующими частицами.
Для того чтобы получить общую картину образования аэрозольных агрегатов в настоящей работе изучены и сопоставлены механизмы агрегации наночастиц, образующихся в различных термических процессах.
Исследование горения одиночных металлических частиц представляет интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. В частности, сжигание металлических порошков в аэродисперсном факеле, рассматривается как способ синтеза наноразмерных оксидных частиц для изготовления полупроводниковых, керамических, каталитических материалов. Кроме того, известно, что алюминий, магний, титан, бериллий, цирконий могут быть использованы как энергетические компоненты твердых топлив, взрывчатых

Глава 3. Исследование процесса агрегации аэрозольных частиц кремния
В настоящей главе приведены результаты исследования механизма образования агрегатов аэрозольных частиц аморфного гидрогенизированного кремния, образованных при пиролизе моносилана.
3.1. Методика эксперимента
Аэрозольные частицы аморфного гидрогенизированного кремния были образованы при пиролизе моносилана в проточном реакторе внутренним диаметром 1.1 см, рис 3.1. Начальная концентрация моносилана в смеси составила с5 = 0.05. Давление в реакторе было 39 кПа. Температурный диапазон, при котором проводился пиролиз, составил 800 - 900 К. Время нахождения смеси в реакторе составляло t - 0.2 - 0.9 с. Анализ размера и формы агрегатов проводился с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-100SX. На выходе из реактора температура падает очень быстро. Затем происходит коагуляция аэрозоля при комнатной температуре. Этот процесс мы будем называть коагуляцией в холодной зоне. Зону реакции мы будем называть горячей зоной. Отбор производился термофоретически в холодной зоне ниже по потоку после выхода газа из реактора. В случае, когда нужно было подавить коагуляцию в холодной зоне, поток с аэрозолем был разбавлен на выходе из реактора чистым аргоном в 10-50 раз. В результате этого разбавления, с одной стороны, уменьшалась скорость коагуляции (за счет уменьшения концентрации аэрозоля), с другой стороны, уменьшалось время коагуляции. В последних экспериментах коагуляцией в холодной зоне можно было пренебречь. В этом случае мы говорим, что аэрозоль был отобран непосредственно на выходе из реактора. Для того, чтобы изучить зависимость концентрации, формы и размера агрегатов от времени коагуляции в холодной зоне время этой коагуляции менялось с помощью колб задержки, установленных последовательно после выхода потока из реактора. После прохождения потока с аэрозолем через колбы задержки