Процессы переноса продуктов плазмохимического синтеза в тлеющем разряде пониженного давления

• Автор: Петровская, Марина Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Влияние структуры разряда в химически активных газах на механизмы образования полимерных продуктов на электродах и дисперсных частиц в объеме разряда

1.2. Эволюция газовой фазы в разряде

1.3. Кинетика образования полимера на электродах и дисперсных частиц в объеме

1.4. Образование и движение дисперсных частиц в разряде

1.5 Генерация, рост и самоорганизация пылевых структур в

тлеющем разряде

1.6. Структура и новые свойства полимеров, полученных в разряде

1.6. Взаимодействие разряда с поверхностями

1.7. Технологическое применение полимерных пленок, полученных
в тлеющем разряде и наночастиц в промышленности
Выводы
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ
2.1. Применение проточных и беспроточных реакторов тлеющего разряда для изучения массопереноса
2.2. Устройство экспериментальной установки
2.3. Наличие свободной конвекции в объеме реактора
2.4. Исследование свойств полидисперсперсной фазы, осажденной в различных областях разрядной ячейки и реактора
2.5. Особенности зондового метода измерения скоростей и пространственного осаждения дисперсных частиц в реакторе
2.6. Моделирование конвективных потоков с помощью расчётного комплекса ANSYS FLUENT
2.7. Применение фотометода для изучения концентраций и скоростей движения дисперсных частиц
2.8. Распределение наночастиц по размерам в тлеющем разряде химически активных газов
Выводы

Глава 3. ЗАРЯДКА СУБМИКРОННЫХ И НАНО- ОБЪЕКТОВ В
КАТОДНОЙ ОБЛАСТИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА
ЗЛ. Общие закономерности зарядки полидисперсных частиц с точки
зрения классических динамических теорий
3 Л Л. Электрические силы
3 Л .2. Сила сопротивления среды
ЗЛ.З. Сила тяжести
ЗЛ.4. Сила, обусловленная поляризацией частицы
ЗЛ.5. Прочие силы взаимодействия
3.2. Процесс зарядки частиц в катодном слое
3.2.1. Общая характеристика процесса зарядки
3.2.2. Ударная зарядка
3.2.3. Движение иона в поле с постоянной напряженностью
3.2.4. Напряженность поля зеркального отображения
3.2.5. «Диффузионный» механизм зарядки
3.3. Движение дисперсных частиц в поле катодного слоя
3.3.2. Движение частицы в поле с постоянной напряженностью
3.3.3. Коагуляция
3.4. Моделирование катодных теней
3.3.1. Зарядка нити в катодном слое
3.3.2. Движение ионов и частиц в катодной области в окрестности
нити-зонда и образование тени
3.3.3. Напряженность поля объемного заряда в катодном слое
Выводы
Заключение
Библиографический список
Приложения
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Образование в тлеющем разряде химически активных веществ нано частиц и возникновение из них фрактальных структур является одним из перспективных направлений технологий сборки наносистем. Для разработки этого направления требуется изучение процессов генерации частиц в разряде, их зарядки, переноса в различных областях разряда и реактора и, в конечном счете, исследование образования фрактальных структур и их свойств.
Тлеющий разряд в химически активной плазме является многофакторной неравновесной открытой системой, где вследствие физических процессов генерации активных частиц возникают вторичные химические стадии, приводящие к образованию полимера на поверхности и дисперсных частиц в объеме [1,2]. Изучение такого разряда требует многостороннего подхода:
• на микроуровне необходимо рассмотрение первичных физических разрядных процессов с образованием активных частиц и кинетики их превращений во вторичные продукты синтеза;
• на макроуровне требуется изучение процессов роста полимера на поверхности, образования наночастиц в объеме, а также их сборки в результате процессов агрегации и коагуляции на поверхности и в объеме.
Имеется еще и третий уровень - возникновение конвективных потоков в разряде и реакторе [8,15-18,32,33,40,]. Они перемещают образующиеся дисперсные частицы в осевом и радиальном направлении, образуя мультифазные потоки сложной конфигурации, влияющие на процессы коагуляции, фрактальную структуру и свойства образующихся пленок и частиц [10,56,57,71,74-82,101,120,121].
Сюда следует прибавить сложную структуру самого разряда, влияющую на интенсивность протекания этих процессов [1,2,7,8,12,25]. Различают вместе с электродами 10 различных областей, отличающихся по степени воздействия физических факторов на исходное вещество [11,43-46].
Наименее изученным является обширный комплекс вопросов относящихся
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ
В тлеющем разряде в химически активных газах при определенных условиях происходит образование дисперсных частиц. Первые работы в этом направлении появились в шестидесятых - семидесятых годах прошлого века [1,2]. Интерес же к этому направлению в последнее время вызван возможностью получения нанодисперсных продуктов, а также пленок и материалов с новыми, и часто, уникальными свойствами [81, 92, 96, 100, 121, 123, 126].
Изучением этого явления занимались различные авторы в разрядах низкой и высокой частоты. Образование пленок и аэрозольной фазы в разряде углеводородов, кремнеорганических, фторорганических и других соединений изучали: [1, 2, 6-8, 11-18, 19, 20, 25, 73-79] - в НЧ разряде, [1, 2, 9, 21-23, 70, 101-117] ВЧ разряде, и СВЧ разряде [1,2, 24].
Исследования пленок и дисперсного порошка проводились с применением различных методов: ИК, оптический, УФ, ЭСХА спектрометрии, масс спектрометрии, толщиномерии, измерению масс с помощью кварцевого резонатора, зондовых измерений, спектральных методов, оптических методов исследования образования и движения дисперсных частиц, механических методов изучения свойств полученных продуктов, других методов.
Изучение дисперсной фазы является сложной задачей, поскольку невелик круг экспериментальных методов, с помощью которых можно исследовать процессы образования аэрозольных частиц, генерируемых тлеющим разрядом при пониженных давлениях, их кинетику и динамику развития. Особо следует подчеркнуть, что еще более ограничен круг экспериментальных методов изучения конвективных потоков, возникающих в разряде и влияющих на все процессы: образования и осаждения дисперсного полимера на поверхностях электродов, в пространстве разряда и вне его.
Потоки частиц в различных областях разряда и пространства реактора отличаются по своему содержанию, энергетике и влияют на возникновение нано,