Экспериментальное исследование процесса конденсации паров железа при экстремальных степенях пересыщения

• Автор: Приемченко, Константин Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Актуальность темы исследований

1.2. Обзор литературы

1.3. Постановка задачи

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Экспериментальная установка для синтеза наночастиц методом УФ лазерного фотолиза

2.2. Регистрация спектра излучения атомов железа

2.3. Измерение концентрации атомов железа методом атомнорезонансной абсорбционной спектроскопии
2.4. Измерение оптической плотности конденсированной фазы методом лазерной экстинкции
2.5. Измерение среднего диаметра наночастиц методом лазерно-индуцированной ИНКАНДЕСЦЕНЦИИ
2.6. Измерение конечных размеров наночастиц методом электронной микроскопии
2.7. Выводы
ГЛАВА 3. ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ И УБЫЛИ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА
ПРИ ФОТОЛИЗЕ ПЕНТАКАРБОНИЛА ЖЕЛЕЗА
3.1. Результаты исследования спектрального состава излучения при фотолизе пентакарбонила железа
3.2. Исследование процесса появления и убыли атомов железа..
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. КОНДЕНСАЦИЯ ПАРОВ ЖЕЛЕЗА С ОБРАЗОВАНИЕМ
НАНОЧАСТИЦ
4.1. Результаты исследования процесса роста конденсированной фазы методом лазерной экстинкции
4.2. Результаты исследования роста размеров наночастиц методом
ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ИНКАНДЕСЦЕНЦИИ (ЛИИ)
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРНОГО ЭФФЕКТА НА СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ НАНОЧАСТИЦ
5.1. Изменение оптических свойств железных наночастиц в зависимости
ОТ РАЗМЕРА
5.2. Проявление размерного эффекта при лазерно-индуцированном испарении железных наночастиц
5.3 Выводы

ГЛАВА 6. КИНЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
6.1. Кинетическое моделирование процессов образования и
КЛАСТЕРИЗАЦИИ АТОМОВ ЖЕЛЕЗА ПРИ ФОТОДИССОЦИАЦИИ ПЕНТАКАРБОНИЛА ЖЕЛЕЗА
6.2 Кинетическое моделирование роста железных наночастиц.
6.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ДЕТАЛЬНАЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ СХЕМА
ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПРИ ФОТОЛИЗЕ Ре(СО)
Глава 1. Введение
1.1. Актуальность темы исследований
Большинство газофазных способов синтеза наночастиц связаны с процессом гомогенной нуклеации и последующей конденсацией атомных паров. Отличия в условиях нуклеации парогазовых смесей и атомных паров весьма существенны. Степени пересыщения атомных паров могут достигать десятков порядков величины, а энергия связи атомов в твердом теле, выделяющаяся при конденсации, намного превосходит энергию связи между молекулами в каплях обычных жидкостей. В рамках классической теории нуклеации Френкеля - Зельдовича газ-разбавитель, в котором происходит конденсация паров, традиционно рассматривается как инертный газ, который не влияет на процесс конденсации и выполняет функцию теплового резервуара для выделяющейся при конденсации энергии [1, 2]. При этом предполагается, что давление и род газа-разбавителя не оказывают существенного влияния на процесс конденсации. Поэтому, во многих современных работах влияние газа-разбавителя не учитывалось при анализе результатов экспериментальных исследований конденсации пересыщенных паров твердых веществ [3, 4]. Однако, можно ожидать, что род и давление газа-разбавителя могут оказывать существенное влияние на скорость конденсации в условиях экстремальных степеней пересыщения, когда выделяющаяся энергия не успевает отводиться от растущих частиц в окружающую среду. Наиболее существенно этот факт должен проявляться на ранних стадиях роста кластеров в условиях, когда частота столкновений с молекулами газа-разбавителя недостаточна для эффективного отвода энергии конденсации.
В рамках классической теории нуклеации вклад газа-разбавителя был рассмотрен в работе [5] посредством учета обмена энергией между инертными молекулами газовой фазы и растущими кластерами конденсированной фазы. Однако данный подход оказался

полосой пропускания 100 МГц. Схема измерения сигналов экстинкции показана на рис. 2.5.
Ослабление лазерного излучения (экстинкция) происходит за счет поглощения и рассеяния света конденсированной фазой, то есть кластерами и наночастицами железа. В то же время ослабление излучения газовыми компонентами смеси намного меньше, и им можно пренебречь. Так как диаметр наночастиц много меньше длины волны лазерного излучения, его рассеяние на частицах также пренебрежимо мало.
Рисунок 2.5. Схема измерения сигналов экстинкции. 1 -эксимерный лазер; 2 - Не-Ие лазер (632,8 нм); 3 -кварцевая кювета; 4 - осциллограф; 5 - фотодиод;
измеритель энергии.
1,90 1,85 Щ 1,

| 1,65 О

0 2 4 6 8
Время, МКС
Рисунок 2.6. Характерный сигнал экстинкции на длине волны 633 нм, полученный при фотолизе Ре(СО%.