Физическая химия процессов в системе неравновесная плазма кислорода-полимер

• Автор: Рыбкин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 286 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ I

1.1. Температура газа и тепловые источники в положительном

столбе тлеющего разряда в кислороде I I

1.2. Кинетика образования и гибели колебательно возбужденных состояний Х3Е8

1.3. Механизм образования и гибели атомов кислорода в основном состоянии I

1.4. Механизм образования и гибели мстастабильных состояний молекул Са1, Огф1, атомов 0И, и озона

1.5. Ионный состав плазмы кислорода

1.6. Параметры электронной компоненты. Функция распределения электронов по энергиям

1.7. Напряженность продольного электрического поля

1.8. Моделирование положительного столба тлеющего разряда в кислороде
1.8.1. Уровни и задачи моделирования
1.8.2. Модели положительного столба
Выводы. Постановка задачи
1.9. Физикохимические закономерности процессов взаимодействия неравновесной плазмы с полимерами
1.9.1. Прикладные аспекты плазменной обработки полимеров
1.9.2. Основные закономерности кинетики убыли массы
1.9.3. Гетерогенные превращения при плазменном воздействии.
Г азообразные продукты деструкции о I
1.9.4. Механизмы процессов взаимодействия плазмы с поверхностью ПЭТФ и Г1И
Выводы. Постановка задачи
ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Методика измерений функций распределения электронов по энергиям.
2.2.1. Общие положения метода.
2.2.2. Методы дифференцирования зондовых характеристик
2.2.3. Выбор метода определения второй производной зондового тока.
2.2.4. Методика измерений и обработки вторых производных
зондового тока.
2.3. Измерения напряженности продольного электрического поля и потока положительных ионов на стенку реактора
2.3.1. Методика измерений интенсивностей линий и полос 9.
2.3.2. Определение температуры газа
2.3.3. Определение скоростей диссоциации и вероятностей гетерогенной гибели атомов методом ЭГ1Р
2.4. Методики массспектральных измерений
2.4.1. Определение парциальных давлений
мольных долей стабильных компонентов газовой смеси
2.4.2. Определение скоростей образования газообразных продуктов
при плазменном воздействии
2.4.3. Определение констант скоростей и вероятностей взаимодействия активных частиц плазмы с полимером в потоковом послесвечении плазмы
Заключение
ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ
3.1. Уравнение Больцмана и метод его решении
3.2. Уравнения, описывающие кинетические закономерности образовании и гибели колебательных уровней основного состояния
молекулы х3х,
3.3. Уравнения образования и гибели заряженных частиц
3.4. Уравнение теплопроводности
3.5. Решение уравнения Вольтерра первого рода методом регуляризации для определения скоростей образования газообразных продуктов
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМЫ В ОТСУТСТВИЕ ЕЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ С ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
4.1. Напряженность продольного электрического ноля.
Температура газа. Концентрация электронов. Плотность потока положительных ионов на стенку реактора
4.2. Пространственные характеристики электронов
4.3. Данные спектральных измерений
4.4. Результаты ЭПРизмерений 2 ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
ПО ЭНЕРГИЯМ В ПЛАЗМЕ КИСЛОРОДА
5.1. Анализ кинетических характеристик электронов и ФРЭЭ в условиях дрейфующих электронных роев
5.2. Анализ влияния химического состава плазмы кислорода на вид ФРЭЭ и кинетические характеристики электронов
5.2.1. Атомы Р, молекулы Д и электронэлсктронныс соударения
5.2.2. Колебательновозбужденные молекулы Х,Е
5.2.3. Сравнение полученных выводов с экспериментом о влиянии состава плазмы на вид ФРЭЭ 8 ГЛАВА 6. ПОДСИСТЕМА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ.
РАДИАЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАРЯДОВ 0 ГЛАВА 7. МЕХАНИЗМ ДИССОЦИАЦИИ. ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ДИССОЦИАЦИИ
ГЛАВА 8. РАСЧЕТ СТАЦИОНАРНЫХ НАПРЯЖЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И КОНЦЕНТРАЦИЙ АТОМОВ КИСЛОРОДА. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ И
ГИБЕЛИ НЕКОТОРЫХ ЕГО УРОВНЕЙ
ГЛАВА 9. МОДЕЛЬ КИНЕТИКИ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И ТЕПЛОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
ГЛАВА . ВОЗМОЖНОСТИ УПРОЩЕНИЙ УРАВНЕНИЙ
БАЛАНСА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Г ЛАВА И. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ И УБЫЛИ МАССЫ
Л. Характеристики исследованных материалов
.2. Кинетика убыли массы и образования газообразных
продуктов
.2.1. Полиимидные материалы в зоне плазмы
.2.2. Пленка ПЭТФ в зоне плазмы
.2.3. Ткани из ПЭТФ волокон в зоне плазмы
.2.4. Полимеры в послесвечении. Результаты и их обсуждение.
.2.5. Связь между структурой тканей и скоростями их плазмоокислитсльной деструкции.
.3. Анализ закономерностей стационарной кинетики окислительной деструкции полимеров в плазме 9 ГЛАВА . КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТАДИЙ ИНИЦИИРОВАНИЯ ПЛАЗМООКИСЛИТЕЛЫЮЙ ДЕСТРУКЦИИ
.1. Нестационарная кинетика для пленочного ПЭТФ
.1. Нестационарная кинетика для полиимидной пленки Кар1опН 4 ГЛАВА . ОПТИКОСПЕКТРАЛЬНЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Оказалось, что К удовлетворительно согласуется с данными литературы и отсюда делается вывод, как о надежности кинетической схемы, так и концентрации атомов ОР. На самом деле вывод получился неверным по следующей причине. В качестве константы скорости реакции 1. К5. К., т. Покажем это. Согласно коэффициент диффузии атомов Р в Е7. ЫХТ. Для Р0. Торра и тока 0 мА измерения этих же авторов в том же реакторе 3 см 3 дают температуру газа Т8 0 К. Отсюда получается, что частота К с1. Частота гетерогенной рекомбинации атомов Т V у 2Я, где V тепловая скорость, у вероятность. Взяв типичное значение у К3 для зоны плазмы, получим, что с. Поскольку реакция 1. Р будет заниженной, также, как и константа скорости реакции 1 Соответственно, концентрация отрицательных ионов Обудет завышенной. Подобным образом решаются и уравнения 1. Д описывается также, как гетерогенная рекомбинация атомов, хотя известно , что вероятность гетерогенной дезактивации Д па стекле на порядок величины меньше, чем в случае атомов Р. В результате авторы получили значение К,4 О9 см3с1, что на порядок величины больше, чем получили в дрейфовых экспериментах в Аэрокосмической лаборатории Колорадо . Поэтому мы можем утверждать, что в схеме 1. Д. Подтверждением этого вывода являются результаты моделирования процессов образования и гибели Д, полученные в работе . СВЧрезонатора, концентрации Х, Д, ОС и Оз методом ВУФ абсорбционной спекгроскопии, а также напряженность электрического поля Е в трубке 0. Торра и токов разряда мА. Рассматривалась та же кинетическая схема за исключением реакции 1. Машека . Для определения параметра Е, полагалось, что X, но в отличие от , концентрация Д определялась расчетом, как единственная неизвестная величина. Результаты показали, что в области высоких значений Е низкие давления рассчитанные концентрации удовлетворительно согласуются с экспериментом, но по мерс уменьшения Е роста давления наблюдается систематическое превышение расчетных данных над экспериментом. Это расхождения для тока мА достигает коэффициента три. Авторы указывают, что для достижения согласия необходимо предположить наличие процесса тушения с частотой от с1 при 0. Торрах дос при 2. Торрах. В более поздних работах этих же авторов 5, данная реакция учитывается, но в реакциях гибели какихто новых каналов не указывался и не обсуждается, каким же образом выполняется баланс по Л. В цикле работ предполагают, что тушителем Д может быть колебательновозбужденный озон в симметричной моде 0. Константа скорости тушения К V1 . О2 К6. Т, см3 с1 1. К2 ехрЛГ см3с1 1. Ю0 К9Ю,2см3с1 1. О2Юз0О2 К см3с1 1. ЛЮ2 К0 см3 с1 1. К4 см3 с1 1. Оценки по этой схеме с учетом приведенных констант и концентраций компонентов работы , показывают, что частота тушения Л колебательновозбужденным озоном не превышает 0. Другие компоненты плазмы, такие как ОзООО, Х, У0, ОР обеспечивают частоты 1 с1 , ввиду малых констат скорости см. Исключение составляет состояние 0, константа взаимодействия которою с Д К5,С1 смЧ1 . Согласно измерениям . О может составлять величину 1 см3, что дает частоту тушения 5 с1. По крайней мерс, ясно, что если реакции с озоном не существенны в условиях низкого давления, то состояние СНй надо включать в схему реакций для Л и анализировать другие возможные пути гибели. На мысль о том, что тушащими частицами могут быть КВМ кислорода, наводят результаты работы 1, где измерялась зависимость относительной концентрации молекул Л от расхода газа в послесвечении. На кинетических зависимостях относительная концентрация время контакта было обнаружено наличие двух участков с различными временами жизни. При больших расходах газа характерное время жизни Д составляло 0. Нели считать, что последнее время соответствует реакции гетерогенной дезактивации Д, то для ее вероятности получается значение , что очень близко к имеющимся экспериментальным значениям . Отмечалось, что наличие участка с коротким временем жизни сопровождалось увеличением эффективной колебательной температуры. Расчеты концентраций Ь и сопоставление их с экспериментом проводились в работе 5.