ГЛАВА 5. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В ГАЗЕ

5.1. Классификация разрядов

Электрические разряды в газе подразделяются на самостоятельные и не- самостоятельные. Несамостоятельным называется разряд, требующий для его поддержания независимого источника заряженных частиц (нагревание катода, облучение газа светом, рентгеновским или радиоактивным излучением).

Самостоятельным называется разряд, в котором генерация зарядов и их

движение в разрядном промежутке осуществляется только за счёт энергии внешнего электрического поля.

Самостоятельный разряд в свою очередь подразделяется на несколько ти-

пов:

1.Тлеющий разряд характеризуется большим катодным падением потен-

циала и своеобразным чередованием тёмных и светлых полос. Тлеющий разряд возникает при средних давлениях (0,1-104 Па) и среднем внутреннем сопротив- лении источника питания.

2.Дуговой разряд возникает при высоких давлениях и наличии мощного источника питания.

3. Искровой разряд имеет вид зигзагообразных ломаных линий, сопровож- дается характерными звуковыми эффектами. Искровой разряд возникает при высоком давлении и наличии высоковольтного, но маломощного источника питания.

Можно отметить также такие виды разрядов как коронный, факельный, высокочастотный (ВЧ) и сверхвысокочастотный (СВЧ).

5.2. Несамостоятельный газовый разряд

Несамостоятельный разряд был впервые экспериментально исследован Столетовым при изучении фотоэффекта. Объяснение основных закономерно- стей несамостоятельного разряда было дано Таунсендом в его теории элек- тронных лавин. Рассмотрим процессы между двумя находящимися в газовой среде плоскими электродами, к которым приложена разность потенциалов Uа (рис.5.1.).

Допустим, что

1)Напряжённость поля в пространстве между электродами постоянна и равна U/d.

2)Напряжённость поля достаточно велика, чтобы обеспечить направлен- ное движение электронов и ионов.

3)Из катода под действием внешних факторов в единицу времени выхо-

дит ν электронов.

90

К			+			А
		—	—
		+	+
	—	—	—
	— +	—	+
	—	—	—
		+	+
		—	—
			+

Рис.

5.1. Развитие лавины в разрядном промежутке

Двигаясь в электрическом поле, электроны приобретают энергию и иони- зируют газ, что приводит к образованию электронной лавины, схематически показанной на рисунке. Число электронов, образованных в единицу времени на отрезке dx будет равно a×nx×dx = dnx, где a-число электронов, образованных одним электроном на пути в 1 см (первый коэффициент Таунсенда).

Разделим переменные:

dnx/nx = a×dx (5.1)

и проинтегрируем

na = nк × ea×d

(x=0 nx=n0; x=d nx=na)

na-число электронов, попадающих в единицу времени на анод.

Умножив обе части на заряд электрона, получим связь между электрон- ным током на анод и током электронной эмиссии с катода:

Ia = Iк × ea×d

(5.2)

В более общем случае, когда из-за сложной конфигурации электродов или влияния объёмного заряда напряжённость поля непостоянна, можно записать:

d
ò	a×dx
Ia = Iк × e 0	(5. 3)

Величина Ia/Iк = exp(a×d) носит название коэффициента газового усиления.

Эффект газового усиления тока при несамостоятельном разряде используется в газонаполненных фотоэлементах.

Расчёты коэффициента газового усиления по приведённым выше форму- лам в ряде случаев приводят к заниженным значениям. Это связано с неучётом явления выбивания электронов из катода положительными ионами. Эмиссия электронов под действием ударов положительных ионов характеризуется ко- эффициентом g — числом электронов, выбиваемых из катода одним ионом.

Принимая во внимание эмиссию электронов под действием ударов поло- жительных ионов можно получить следующий закон нарастания тока в между- электродном промежутке:

91

Ia = Iк ×	ea×d	(5.4)
	1 — g × (ea×d — 1)

Следует подчеркнуть, что Iк — это лишь электронная доля катодного тока, вызванная внешними факторами. Входящий в уравнение коэффициент объём- ной ионизации a зависит от напряжённости электрического поля и средней длины свободного пробега электрона. Характер этой зависимости был установ- лен Таунсендом:

a	= A × e-	B
		E/P	(5.5)
P

Аи В — постоянные, зависящие от рода газа:

А= I/lе0 ; В = Ui/lе0

где lе0-длина свободного пробега электрона в данном газе; Ui-потенциал ионизации газа.

На практике обычно пользуются коэффициентами А и В, найденными экс- периментальным путём. Коэффициент вторичной эмиссии g определяется энер- гией бомбардирующих катод положительных ионов, которая увеличивается с увеличением напряжённости поля и уменьшением давления. Поэтому можно записать:

g = f(Е/Р)

(5. 6)

5.3. Условие развития самостоятельного разряда Пробой разрядного промежутка

Проанализируем подробнее выражение (5.4.)

ea×d

Ia = Iк × 1 — g × (ea×d — 1)

Обычно g — величина малая и произведение g×(exp(a×d)-1) меньше единицы.

При этом уменьшение тока с катода под действием посторонних факторов будет приводить к уменьшению анодного тока. При Iк=0 окажется равным ну- лю и ток на анод, что подтверждает несамостоятельность разряда.

Если при неизменном Iк увеличивать анодный ток за счёт увеличения exp(a×d) и уменьшения (1-g×(exp(a×d)-1)) путём подбора соответствующих ус- ловий, это будет объясняться увеличением интенсивности электронных лавин, развивающихся между электродами.

Однако как бы ни была мала величина (1-g×(exp(a×d)-1)), анодный ток бу- дет иметь место только при наличии эмиссионного тока под действием внеш- них факторов, т.е. разряд будет оставаться несамостоятельным. Предположим, что в результате увеличения exp(a×d) член знаменателя g×(exp(a×d)-1) станет равным единице, а весь знаменатель равным нулю. Формально это означает, что при Iк=0 в правой части уравнения имеется неопределённость. При этих ус-

92

ловиях анодный ток будет иметь место даже при отсутствии эмиссии электро- нов из катода под действием внешних факторов. Электронные лавины стано- вятся настолько мощными, количество ионов, возникающих в объёме столь ве- лико, что эмиссия электронов из катода под действием ионной бомбардировки обеспечивает разряд.

Таким образом, выражение

g × (ea×d — 1) = 1

(5.7)

характеризует условие, при которых разряд переходит из несамостоятельного в самостоятельный. Это условие имеет следующий физический смысл: разряд становится самостоятельным, если один выходящий из катода электрон поро- ждает такое количество положительных ионов, которые приходя к катоду, вы- бивают из него не менее одного электрона.

Ранее было отмечено, что коэффициенты a/Р и g являются функциями приведённой напряжённости поля Е/Р.

Учитывая это условие перехода разряда из несамостоятельного в самостоятельный можно записать:

f1		æ	P×d×f2 (E		)	ö	= 1	(5.8)
	(E )× çe			P		— 1÷
	P	è				ø

Напомним, что речь идёт о моменте, предшествующем развитию разряда, когда объёмный заряд электронов и ионов ещё невелик и существенного влия- ния на распределение потенциала между электродами не оказывает. При этом распределение потенциала можно считать линейным и напряжённость поля по- стоянной:

Е = U/d (5.9)

Тогда уравнение можно переписать в виде:

æ	U ö		æ	æ	U ö		ö
				è		ø
				P×d×f ç		÷
fç		÷	× çe		P×d		— 1÷	= 1	(5. 10)
è	P × dø		ç				÷
			è				ø

Это уравнение показывает, что напряжение зажигания самостоятельного разряда является функцией произведения давления на расстояние между элек- тродами U3=f(P×d). Эта зависимость ещё до появления теории Таунсенда была исследована экспериментально Пашеном в широком диапазоне условий, по- этому соответствующие кривые носят название кривых Пашена. Типичный вид

зависимости напряжения зажигания от произведения давления на расстояние между электродами приведён на рис.5.2.

Наличие минимума на кривой связано с тем, что по мере увеличения вели- чины Р×d увеличивается частота столкновений электронов с молекулами газа, что приводит к увеличению вероятности ионизации, но в то же время уменьша- ется энергия, приобретаемая электронами между столкновениями, что вызыва- ет уменьшение вероятности ионизации. Напряжение зажигания разряда являет- ся одной из важнейших характеристик ионных приборов и это послужило при- чиной многочисленных исследований по влиянию материала электродов и со- става газа на потенциал зажигания.

93

Uз

P*d

Рис.5.2. Типичный вид кривой Пашена

Было найдено, что напряжение зажигания уменьшается при уменьшении работы выхода электронов из катода (коэффициент γ зависит от работы выхо- да). При изготовлении некоторых типов ионных приборов для уменьшения по- тенциала зажигания разряда производится активация катода веществами, сни- жающими работу выхода (например, барием, цезием и др.).

Напряжение зажигания сильно понижается при добавлении к основному газу легкоионизируемой примеси. Это может быть связано как с меньшим по- тенциалом ионизации примеси, так и с эффектом Пеннинга, когда метаста- бильные атомы основного газа ионизируют атомы или молекулы примеси. За- кон Пашена может нарушаться при сильном уменьшении давления газа, когда средняя длина свободного пробега становится соизмеримой с расстоянием ме- жду электродами. Кроме того отклонения от закона Пашена наблюдаются и при давлениях больше 1 атм, когда разряд развивается в виде искры.

5.3.1 Тлеющий разряд

Для тлеющего разряда характерно наличие двух резко различающихся участков: небольшой по протяжённости катодной области, в которой имеется большое падение потенциала, и положительного столба, представляющего со- бой плазму. На рис.5.3. показаны основные области тлеющего разряда и рас- пределение потенциала по длине разрядного промежутка.

94

Электроны, покидающие катод под действием ударов положительных ио- нов, имеют малые начальные энергии, поэтому процессы возбуждения и иони- зации малоэффективны и наблюдается тёмная область (1), толщина которой весьма мала. По мере движения в поле катодного падения потенциала энергия электронов увеличивается и там, где она достаточна для возбуждения молекул газа, наблюдается катодное свечение (2). На некотором расстоянии от катода (в пределах тлеющего свечения) энергия электронов оказывается достаточной для ионизации атомов. Так как с ростом вероятности ионизации увеличение энер- гии приводит и к уменьшению вероятности возбуждения, наблюдается сравни- тельно тёмное Круксово пространство (3). Слабое свечение этой области связа- но с наличием сравнительно небольшого количества актов возбуждения.

Внешняя граница этого тёмного пространства примерно совпадает с границей катодного падения потенциала. Кривая распределения потенциала имеет в этой области максимум, а напряжённость поля падает до нуля.

Начиная с этого участка резко изменяется характер движения электронов и ионов. Если на участке катодного падения потенциала заряженные частицы двигаются в сильном электрическом поле в осевом направлении, то в области

сильно ионизированного газа и практически отсутствующего электрического поля движение их преимущественно хаотическое.

1		2	3	4	5	6	7	8
К										А

x

Рис. 5.3. Структура и распределение потенциала тлеющего разряда:

1. Астоново тёмное пространство; 2. Катодное свечение; 3. Круксово тёмное пространство; 4. Тлеющее свечение; 5. Фарадеево тёмное пространство; 6. Положительный столб; 7. Анодное тёмное пространство; 8. Анодное све- чение.

95

На беспорядочное движение накладывается направленное диффузионное движение электронов и ионов, что приводит к возникновению небольшого уча- стка тормозящего электрического поля в области тлеющего свечения (4) и Фа- радеева тёмного пространства (5). Частые потери энергии на ионизацию и от- сутствие ускоряющего поля приводят к уменьшению средней энергии элек- тронного газа. На внешней границе Круксова тёмного пространства ионизации почти нет, однако энергия электронов ещё достаточна для возбуждения моле- кул газа, поэтому визуально наблюдается область тлеющего свечения. Харак-

тер свечения в этой области по мере удаления от катода становится всё более длинноволновым и постепенно свечение исчезает. Происходит переход к об- ласти Фарадеева тёмного пространства, где энергия электронов столь мала, что большинство из них соударяется с атомами упруго, а возбуждения и ионизации почти нет.

В процессе диффузионного движения часть электронов и ионов рекомби- нирует на стенке. В связи с этим в Фарадеевом тёмном пространстве концен- трация зарядов в направлении анода уменьшается, что вызывает появление продольного градиента потенциала. Продольный градиент потенциала сообща- ет электронам дополнительную скорость, что приводит к появлению иониза- ции, компенсирующей гибель зарядов на стенке.

За областью Фарадеева тёмного пространства образуется остов или столб разряда, простирающийся до анода.

Характерно, что величина напряжённости поля в положительном столбе разряда устанавливается такой, что генерация новых зарядов компенсирует уход зарядов на стенки. В узких трубках, где уход зарядов на стенки велик, ус- танавливается более высокая напряжённость поля и средняя энергия электро- нов, чем в широких трубках. Положительный столб в осевом направлении мо- жет быть однородным или слоистым. Слоистый столб представляет собой ряд светящихся областей (страт), разделённых тёмными промежутками. Различают страты неподвижные и бегущие. Характерный для столба разряда баланс заря- женных частиц нарушается около анода. В прианодной области уход положи-

тельных ионов по направлению к катоду не компенсируется приходом их и со стороны анода возникает объёмный отрицательный заряд, соответствующий анодному падению потенциала.

5.3.2 Количественная теория катодной области тлеющего разряда

Из феноменологического описания тлеющего разряда следует, что необ- ходимые для его существования процессы происходят в катодных областях. Кроме того особенности процессов в катодных областях используются при по- строении ряда газоразрядных приборов (например, стабилизаторов напряже-

96

ния). Поскольку в катодной области имеется объёмный заряд, при решении за- дачи необходимо исходить из уравнения Пуассона:

d 2 U

dE

1

æ

j

i

j

e

ö

=

= —

× ç

× E —

× E÷

(5. 11)

dx2

dx

e 0

be

è bi

ø

ji,bi — плотность ионного тока и подвижность ионов; e0 — диэлектрическая проницаемость.

Индекс «е» относится к электронам.

Сложный характер изменения напряжённости электрического поля в ка- тодной области затрудняет решение уравнения Пуассона, поэтому при по- строении теории эта зависимость аппроксимируется прямой линией. При этом напряжённость поля на катоде можно выразить через величину катодного па-

дения потенциала следующим образом:

Е0 = 2 Еср = 2 DUк /dк

(5. 12)

dк — ширина участка катодного падения потенциала.

В этом случае:

dE/dx = -E0/dк = -2 DUк/dк2

(5.13)

и уравнение Пуассона принимает вид:

dE

1

æ j

iк

j

eк

ö

= —

×

ç

×

E0

—

× E0 ÷

(5. 14)

e 0

dx

x=0

è bi

be

ø

или

2

DU

1

æ j

iк

j

eк

ö

к

= —

× ç

—

÷

(5. 15)

d к2

× e 0

4

è bi

be ø

Учитывая, что электроны выбиваются из катода под действием ударов по-

ложительных ионов, можно записать:

jeк = g×jiк

(а)

так как g<<1, а be>>bi, то

DU

2

j

к

к

= —

(б)

d к3

4

× e 0

× bi × (1 + g )

Чтобы исключить величину dк и получить связь DUк и jк воспользуемся тем, что в катодной области оправдывается условие g×(exp(a×d)-1)=1.

Совместное решение уравнений (а) и (б) позволяет получить зависимость DUк от jк, которая представлена на рис.5.4.

Константы С1 и С2, входящие в масштабы вертикальной и горизонтальной осей, зависят от рода газа, материала катода и выражаются следующими фор-

	мулами:		A
	C1	= 2 ×			(5.16)
			B × ln(1	+ 1 / g )

97

	C2	=		ln(1 + 1 / γ )	(5.17)
			e 0	× A × B2 × P × bi × P2 × (1 + g )
	где А и В коэффициенты уравнения Таунсенда.
			C 1	U k
				C 2	jk

Рис. 5.4. Зависимость Uk от jk

Переход от зависимости jк=f(Uк) к вольт-амперной характеристике катод-

ной области путём умножения плотности тока на площадь катода возможен лишь для правой кривой, которая соответствует режиму полного покрытия ка- тода свечением. При некотором значении тока на катоде устанавливается плот- ность тока jкn и катодное падение потенциала снижается до минимальной вели- чины DUкn. Дальнейшее уменьшение катодного тока ведёт не к уменьшению плотности тока, а к уменьшению площади катода, покрытой свечением. При этом плотность тока и катодное падение потенциала остаются неизменными. Действительная ВАХ разряда показана на рис.5.5.

98

Uk		c
a	b
Ukn
	jkn	Ia

Рис. 5.5. Вольт-амперная характеристика катодных областей

тлеющего разряда

Участок «аb» характеристики соответствует нормальному тлеющему раз- ряду, а участок «bс» — аномальному.

Итак, для нормального тлеющего разряда характерны постоянные по ве- личине плотность тока jкn на катод и нормальное катодное падение потенциала

DUкn.

Величина Ukn зависит от рода газа и материала электрода. Эффект посто- янства Uкn при изменении тока нашёл применение в газоразрядных стабилиза- торах напряжения (стабиловольтах).

Для каждой комбинации газ — материал катода существует также опреде- лённое значение jкn/Р2 и Р×dкn, которые в области нормального тлеющего разря- да постоянны. В аномальном разряде закономерности сложнее и выводы тео- рии хуже совпадают с экспериментом. Поэтому обычно пользуются эмпириче- скими формулами для расчёта величин DUк и dк:

	DUк	= DUкn +						к	× (jк — jкn ) 12
								P
									(5. 18)
			a			b
	d к =				+
						P
			jк

где а, b, к — эмпирические постоянные, зависящие от рода газа и материала катода.

В положительном столбе тлеющего разряда газ находится в состоянии плазмы; вопросы теории плазмы будут кратко рассмотрены в одном из после- дующих разделов.

99

5.3.3 Дуговой разряд

Дуговой разряд в виде электрической или вольтовой дуги был открыт В.В.Петровым в 1802 году.

Дуговые разряды классифицируются по эмиссионным процессам на като- де. Можно установить четыре типа разрядов:

1.Дуга с термоэлектронной эмиссией, катод которой разогревается разря- дом, а дуга является самоподдерживающейся.

2.Дуга с термоэлектронной эмиссией, катод которой нагревается извне. 3.Дуга с автоэлектронной эмиссией.

4.Металлическая дуга.

В зависимости от давления газа при разряде различают дугу низкого дав- ления (Р<<1 атм) и дугу высокого давления (Р³1 атм).

Примером 1-ого типа разряда может являться дуга между угольными элек- тродами.

Более простым примером является дуга с вольфрамовыми электродами в азоте. Температура катода в такой дуге составляет около 2500 К. Термоэлек- тронная эмиссия при этой температуре примерно равна току в дуге.

Примером разряда с автоэлектронной эмиссией является ртутная дуга. В разряде такого типа на катоде видно яркое пятно, передвигающееся по поверх- ности электрода. Плотность тока достигает огромных величин — до 106 А/см2.

Если рассматривать переход от тлеющего разряда к дуговому, то по мере роста тока нагрев катода становится весьма сильным. При этом в силу естест-

венной неоднородности и различных условий охлаждения отдельных участков катода, один из участков разогревается сильнее других и начинает эмитировать значительное количество электронов. Увеличение эмиссии с данного участка

приводит к образованию более интенсивной местной лавины и к увеличению числа ионов, бомбардирующих данный участок. В результате этого разряд стя- гивается на катоде в пятно очень малых размеров, называемое катодным пят- ном, причём преобладающим механизмом эмиссии становится термоэлектрон- ная эмиссия. В трубке устанавливается самостоятельный дуговой разряд, рас- пределение потенциала в котором приведено на рис.5.6.

100

U
К	A
	x
	Рис. 5.6. Распределение потенциала в дуговом разряде

Непосредственно перед катодом имеется участок катодного падения по- тенциала. Ширина его при дуговом разряде соизмерима со средней длиной свободного пробега электрона. Величина катодного падения потенциала в ду- говом разряде много меньше, чем в тлеющем. Она примерно равна потенциалу ионизации газа, которым наполнен прибор.

Возможность горения разряда при таком малом Uк обусловлена тем, что, во-первых, уменьшение протяжённости области катодного падения способст- вует поддержанию около катода значительного падения потенциала и, во- вторых, для поддержания высокой температуры пятна важна не энергия каждо- го иона в отдельности, а суммарная энергия всех ионов, приходящих на катод. Плотность энергии оказывается большой, т.к. ток дугового разряда велик.

Вместе с тем катодное падение потенциала не может быть меньше потен- циала ионизации наполняющего газа, т.к. разгоняемые этим катодным падени- ем электроны должны интенсивно ионизировать газ.

Столб дугового разряда, примыкающий к участку катодного падения по- тенциала, качественно аналогичен столбу тлеющего разряда. Количественные отличия связаны с тем, что плотность тока в дуге значительно больше, чем в тлеющем разряде.

В прианодном участке, в зависимости от размеров, формы, материала ано- да и т.д. может наблюдаться как некоторое увеличение потенциала, так и его уменьшение.

101

Таким образом, напряжение горения дугового разряда складывается из DUк, падения напряжения в столбе и анодного падения потенциала , и в общем значительно меньше, чем в тлеющем разряде.

Кроме термоэлектронной эмиссии в дуговых разрядах наблюдается элек- тростатическая эмиссия. Образованию сильного электрического поля около ка- тода способствует интенсивное испарение материала катода, создающее непо- средственно около него высокое давление пара. При этом средняя длина пробе- га электронов, а следовательно, и протяжённость участка катодного падения потенциала уменьшается до величин порядка 10-7 м, что при значениях DUк по- рядка 10-20 вольт даёт среднюю напряжённость поля в катодном участке около 108 В/м. Это подтверждается тем, что при ртутном дуговом разряде светящееся катодное пятно представляет собой не свечение поверхности ртути, а свечение газа над поверхностью ртути. Температура ртути непосредственно под пятном не превышает 200 °C.

Термоэлектронная эмиссия не может создать ток значительной величины, т.к. напряжённость поля вблизи катода составляет порядка 106 В/м. Естествен- но предположить, что высокая плотность тока в разряде получается за счёт электростатической эмиссии. Вероятно также играет роль термическая иониза- ция газа в объёме и эмиссия с катода ударами положительных ионов.

Вольт-амперная характеристика дуги является падающей. Обычно связь между током и напряжением в дуге выражается эмпирической формулой Айр- тона:

U = a + b × L +			c + d × L				(5.19)
			I
где U — напряжение между электродами;
I — сила тока;
L — длина дуги;
a, b, c и d — постоянные величины, зависящие от давления газа и от условий
охлаждения электродов, а следовательно от размеров и формы электродов.
Перепишем формулу в следующем виде:
	c	æ		dö
U = a +		+ L × çb +			÷		(5.20)
	I
		è		I ø

Члены, содержащие множитель L, соответствуют падению потенциала в положительном столбе; первые два члена характеризуют сумму катодного и анодного падений Uк+Ua. Динамическая характеристика дугового разряда сильно отличается от статических. На вид динамической характеристики ока- зывают влияния условия, определяющие режим дуги: расстояние между элек- тродами, величина внешнего сопротивления, самоиндукция, ёмкость внешней цепи, частота переменного тока и т. д. К дуговым разрядам следует отнести процессы, происходящие в ртутных выпрямителях. Такая дуга, образованная в парах тех веществ, из которых состоят электроды, при тщательном удалении других газов из разрядной трубки, носит название дуги в вакууме.

102

Характерной особенностью дуговых разрядов является высокая темпера- тура газа и электродов, составляющая несколько тысяч градусов Кельвина, и высокая интенсивность излучения зоны разряда. Поэтому дуговой разряд ши- роко используется для сварки и резки металлов, в качестве источника излуче- ния в дуговых плазмотронах и т.д.

5.3.4 Искровой разряд

Искровой разряд, в отличии от других видов разряда, является прерыви- стым даже при пользовании источником постоянного напряжения. По внешне- му виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных по- лос, постоянно сменяющих одна другую. Светящиеся полосы — искровые кана- лы — распространяются от обоих электродов. Разрядный промежуток в случае искры неоднороден, поэтому количественное исследование процессов в искро- вом разряде является затруднительным. Одним из основных методов исследо- вания искрового разряда является фотографирование.

Потенциал зажигания искрового разряда весьма высок. Однако, когда промежуток уже пробит, сопротивление его резко уменьшается, и через про- межуток проходит значительный ток. Если мощность источника мала, то раз- ряд гаснет. После этого напряжение на разрядном промежутке снова возрастает и разряд вновь может зажечься. Такой процесс носит название релаксационных колебаний разряда.

Если разрядный промежуток имеет большую ёмкость, каналы искры ярко светятся и производят впечатление широких полос. Это конденсированный ис- кровой разряд.

Если между электродами находится какое-нибудь препятствие, то искра пробивает его, образуя более или менее узкое отверстие. Установлено, что тем-

пература газа в канале искры может возрастать до очень больших значений (10000-12000 К). Образование областей высокого давления и их передвижение

вгазе носят взрывной характер и сопровождаются звуковыми эффектами. Это может быть слабое потрескивание (при незначительных избыточных давлени- ях) или гром.

Особым видом искрового разряда является скользящий разряд, происхо- дящий вдоль поверхности раздела какого-либо твёрдого диэлектрика и газа во- круг металлического электрода (острия), касающегося этой поверхности. Если

вкачестве диэлектрика использовать фотопластинку, то можно сделать эту картину видимой для глаза. Очертания, получаемые при помощи искрового разряда на поверхности диэлектрика, называют фигурами Лихтенберга. Фигу- ры Лихтенберга могут служить для определения полярности разряда и для оп- ределения высокого напряжения, т.к. максимальное напряжение разрядного импульса прямо пропорционально радиусу поверхности, которую занимает фи- гура. На этом принципе основаны приборы для измерения очень высоких на- пряжений — клинодографы. Если расстояние между электродами мало, то ис-

103

кровой разряд сопровождается разрушением анода — эрозией. Этот эффект ис- пользуется для точечной сварки и резки металлов.

Опыты показали, что при значениях Р×d > 200 напряжение зажигания ис- крового разряда отличается от рассчитанного по теории Таунсенда-Роговского.

При изучении искрового разряда были установлены два основных расхож- дения между теорией и практикой:

1)Напряжение зажигания искрового разряда при атмосферных давлениях не зависит от материала катода. В теории лавин природа катода играет важную роль в процессе пробоя.

2)Искра характеризуется прерывистым и нерегулярным характером, а теория лавин пригодна только для описания стационарных процессов в одно- родной сплошной среде.

На основе многочисленных наблюдений над искровым разрядом в 1940 году Мик и независимо от него Ретер выдвинули новую теорию искрового раз- ряда, которая в дальнейшем получила название стримерной.

Стример — это область газа с высокой степенью ионизации, распростра- няющаяся в направлении катода (положительный стример) или в направлении анода (отрицательный стример). Стримерная теория представляет собой тео- рию однолавинного пробоя. Согласно этой теории между электродами прохо- дит лавина электронов. После прохождения лавины электроны попадают на анод, а положительные ионы, имея значительно меньшие скорости, образуют конусообразное ионизированное пространство. Плотность ионов в этом про- странстве недостаточна для пробоя. Однако под действием фотоэлектронов возникают дополнительные лавины. Эти лавины будут двигаться к стволу главной лавины, если поле её пространственного заряда соизмеримо с прило- женным напряжением. Таким образом пространственный заряд непрерывно увеличивается и процесс развивается как самораспространяющийся стример. Когда напряжение, приложенное к разрядному промежутку, превышает мини- мальное пробивное значение, поле пространственного заряда, образованное ла- виной, будет соизмеримо с величиной внешнего поля, ещё до того, как лавина достигнет анода. В этом случае стримеры возникают в середине промежутка. Таким образом для возникновения стримера необходимо соблюдение двух ос- новных условий:

1)Поле лавины и поле, созданное приложенным к электродам напряжени- ем, должны находиться в определённом соотношении.

2)Фронт лавины должен излучать достаточное количество фотонов для поддержания и развития стримера.

При большой мощности источника искровой разряд переходит в дуговой. К искровым разрядам относится и молния. В этом случае одним электро- дом является облако, а другим — земля. Напряжение в молнии достигает мил- лионов вольт, а ток — до сотни килоампер. Переносимый молнией заряд обычно

составляет 10-30 кулон, а в отдельных случаях достигает 300 кулон.

104

В электровакуумной технике искровой разряд используется в импульсных разрядниках — тригитронах.

5.3.5 Коронный разряд

Корона возникает при сравнительно высоких давлениях в тех случаях, ко- гда поле в разрядном промежутке неравномерно из-за малого радиуса кривиз- ны одного из электродов. Ионизация и свечение газа происходят в сравнитель- но узком слое около этого электрода. Этот слой называется коронирующим. Во внешней области разряда ток переносится частицами только одного знака. Ток коронного разряда ограничивается сопротивлением несветящейся области. При

увеличении напряжения между электродами размеры светящегося слоя короны и его яркость увеличиваются. Когда светящаяся область достигает другого электрода, разряд переходит в искровой. Поэтому коронный разряд называют незавершенным пробоем разрядного промежутка. В настоящее время для опи- сания короны используют в основном теорию лавин, хотя ряд явлений связан с образованием стримеров.

Начальная напряжённость поля короны зависит от радиуса электрода и давления газа. Хорошо оправдывается эмпирическая формула Пика:

	æ			0,308		ö			2
	ç						÷
Ek	= 31× d × ç	1	+			÷		, кВ/см		(5. 21)
	è				d × r0 ø

r0 — радиус коронирующего электрода;

d — плотность воздуха при нормальных условиях.

На возникновении коронного разряда основаны газоразрядные счётчики элементарных частиц.

5.3.6Высокочастотные разряды

Вобщем случае газовый разряд может возбуждаться с помощью постоян- ных или переменных электрических полей. Очень широкое распространение в современной технике и технологии получили высокочастотные (ВЧ) разряды, возбуждаемые электромагнитными полями мегагерцового диапазона частот.

Существует два способа создания высокочастотного разряда — индукцион- ный и емкостной. При индукционном способе разрядную трубку помещают в катушку (соленоид) с током высокой частоты. Индуцируемое внутри катушки вихревое электрическое поле и поддерживает разряд. Это разряд Н-типа или ВЧИ разряд. Он характеризуется достаточно высокой пространственной одно- родностью и применяется при проведении ряда плазмохимических процессов,

втом числе в технологии микроэлектроники. При емкостном способе (ВЧЕ- разряд) высокочастотное напряжение подают на электроды, образующие сво- его рода конденсатор. Электроды могут находиться в непосредственном кон- такте с плазмой или могут быть вынесены за ее пределы и отделяться от плаз-

105

мы диэлектрическими стенками (безэлектродный разряд). Такие разряды нахо- дят широкое применение в приборах (газоразрядные лазеры, некоторые типы источников излучения) и технологии. Большинство промышленных плазмохи- мических установок, применяемых в технологии микроэлектроники, работают с использованием емкостного ВЧ разряда на частоте 13,57 МГц.

Напряженность электрического поля в ВЧ разрядах обычно несколько ни- же, чем в разряде постоянного тока.

5.3.7. Разряды на сверхвысоких частотах

Сверхвысокочастотные разряды возбуждаются в диапазоне частот от 1 до 300 ГГц (длина волны 30 см – 3 мм). В промышленности наиболее часто ис- пользуются частоты 0,915 и 2,45 ГГц. СВЧ разряды могут существовать в ши- роком диапазоне давлений. В отсутствии магнитного поля этот диапазон со- ставляет от 1 до 105 Па. Наложение внешнего магнитного поля (режим элек- тронного циклотронного резонанса) позволяет существенно продвинуться в область низких давлений – до 10-4 Па. В зависимости от давления и вводимой мощности СВЧ разряд по своим параметрам может быть тлеющим или дуго- вым.

СВЧ разряд возбуждается при помещении трубки с рабочим газом в по- лость резонатора или при введении резонатора в реактор (рис___). Для получе-

ния плазмы в достаточно большом объеме СВЧ мощность вводится в реактор через специальное вакуумное окно (рис.___).

СВЧ разряды отличаются высокой однородностью, повышенной средней энергией электронов, отсутствием внутренних электродов, что обуславливает их широкое применение.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные виды электрических разрядов в газе.

2.Опишите процесс развития электронной лавины при несамостоятельном разряде.

3.Укажите необходимые условия существования несамостоятельного раз-

ряда.

4.Сформулируйте условия перехода разряда из несамостоятельного в са- мостоятельный.

5.В чем смысл закона Пашена.

6.Условия возникновения тлеющего разряда.

7.Дайте феноменологическое описание структуры тлеющего разряда.

8.Почему катодная область является необходимым признаком существо- вания тлеющего разряда.

9.Что такое нормальный и аномальный тлеющий разряды.

10.Укажите основные параметры нормального тлеющего разряда.

106

Типы разрядов

В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают различные виды самостоятельного разряда в газах.

Тлеющий разряд. При низких давлениях (десятые и сотые доли миллиметра ртутного столба) в трубке наблюдается тлеющий разряд. Для возбуждения тлеющего разряда достаточно напряжения между электродами в несколько сотен (а иногда и значительно меньше) вольт. При тлеющем разряде почти вся трубка, за исключением небольшого участка возле катода, заполнена однородным свечением, называемым положительным столбом (см. цветную вклейку 4).

Электрическая дуга. При соприкосновении двух угольных стержней в месте их контакта электрический ток выделяет большое количество теплоты из-за большого сопротивления контакта. Температура повышается настолько, что начинается термоэлектронная эмиссия. Вследствие этого при раздвижении угольных электродов между ними начинается разряд. Между углями возникает столб яркого светящегося газа — электрическая дуга.

Проводимость газа в этом случае значительна и при атмосферном давлении, так как число электронов, испускаемых отрицательным электродом, очень велико. Сила тока в небольшой дуге достигает нескольких ампер, а в больших дугах — нескольких сотен ампер при разности потенциалов порядка 50 В.

Электрическая дуга была впервые получена в 1802 г. русским академиком В. В. Петровым.

Дуговой разряд — мощный источник света, его используют в

прожекторах (рис. 175), проек ционных аппаратах и киноаппаратах.

Рис. 176 (см. скан)

В металлургии широко применяют электропечи, в которых источником теплоты служит дуговой разряд (см. цветную вклейку 3). Дуговой разряд используют также для сварки металлов (рис. 176).

Другие типы самостоятельного разряда. При атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводника, несущего большой электрический заряд, наблюдается разряд, светящаяся область которого напоминает корону (см. цветную вклейку 4). Этот разряд, называемый коронным, вызывается высокой (около напряженностью электрического поля вблизи заряженного острия. С коронным разрядом приходится считаться, имея дело с высоким напряжением. При наличии выступающих частей или очень тонких проводов может начаться коронный разряд. Это приводит к утечке электроэнергии. Чем выше напряжение высоковольтной линии, тем толще должны быть провода.

При большом напряжении между электродами в воздухе возникает искровой разряд, имеющий вид пучка ярких зигзагообразных полосок, разветвляющихся от тонкого канала (рис. 177). Этот вид разряда возникает тогда, когда мощность источника недостаточна для поддержания дуювого или тлеющего разряда. Пример гигантского искровогс разряда — молния (см. цветную вклейку 4).

Тлеющий разряд — самостоятельный электрический разряд в газе с холодными электродами при токах -5 -1 А, имеющий характерную структуру в виде чередующихся светящихся участков различного цвета и различной интенсивности свечения. Характерной чертой тлеющего разряда является большая величина падения потенциала вблизи катода, составляющая 100 В и выше, в то время как в дуговом разряде она имеет порядок величины потенциала ионизации газа (около 10 В). В зарубежной литературе эта форма разряда называется glow discharge.

Специфической особенностью тлеющего разряда, по сравнению с таунсендовским разрядом (разряд с холодными электродами и очень малой плотностью тока), является значительная роль электрического поля объемных зарядов. Это приводит к неравномерному распределению потенциала в разрядном промежутке и к существенному отличию напряжения зажигания от напряжения горения разряда.

Место тлеющего разряда среди других типов разряда можно представить с помощью рис. 1.

Рис. 1.

При токах 10 -5 -10 -4 А существует переход от темного таунсендовского к нормальному тлеющему разряду, характеризующемуся падающим участком вольтамперной характеристики. В диапазоне токов 10 -4 -10 -2 А имеет место нормальный тлеющий разряд, вольтамперная характеристика которого представляет прямую, параллельную оси тока.

Таким образом, в нормальном тлеющем разряде напряжение между электродами не зависит от силы тока. В нормальном тлеющем разряде только часть поверхности катода покрыта разрядом. С увеличением силы тока часть поверхности, занимаемая разрядом, возрастает так, что плотность тока остается постоянной. Природа сил, вызывающих расширение поверхности катода, принимающей участие в разряде, остается пока не выясненной. Постоянство напряжения горения нормального тлеющего разряда при изменении в широких пределах разрядного тока используется в газоразрядных стабилизаторах напряжения — приборах, поддерживающих постоянной величину входного напряжения при изменении потребляемого схемой тока.

При токах 10 -2 -1А возникает аномальный тлеющий разряд с возрастающей вольтамперной характеристикой. При еще больших токах наблюдается переход от тлеющего разряда к дуге с падающей вольтамперной характеристикой. Аномальный тлеющий разряд занимает всю поверхность катода, и поэтому при увеличении силы тока плотность тока также возрастает.

Рис. 2. :

1,3,5,7 — темные пространства: 1 — астоново, 3 — катодное, 5 — фарадеево, 7 — анод­ное; 2, 4, 6 — светящиеся зоны: 2 — катодный слой, 4 — отрицательное свечение, 6 — положительный столб, 8 — анодное свечение

Основные процессы, обеспечивающие самостоятельный разряд, осуществляются в катодных частях разряда и на самом катоде. Тлеющий разряд не может существовать без этих явлений. При изменении положения катода в пространстве катодные части перемещаются вместе с ним, не изменяя своей структуры. Положительный столб, напротив, не является существенной частью разряда. Если при существующем разряде приближать анод к катоду, то сокращается именно эта область разряда. Анодные части также не являются необходимыми для существования разряда, они представляют собой переходную область между положительным столбом и металлическим анодом.

В катодных частях разряда преобладающим является направленное движение заряженных частиц (электронов и положительных ионов), тогда как положительный столб представляет собой типичный пример газоразрядной неизотермической низкотемпературной плазмы, в которой доминирует хаотическое движение зарядов. В соответствии с этим роль стенок, ограничивающих ионизованный газ в катодных частях, незначительна, а в положительном столбе она является существенной.

Тлеющий разряд — это самостоятельный электрический разряд в газе с холодными электродами при токах 10 -5 -1 А. Он имеет характерную структуру в виде чередующихся светящихся участков различного цвета и различной интенсивности свечения. Характерной чертой тлеющего разряда является большая величина падения напряжения вблизи катода, составляющая более ста вольт. В зарубежной литературе эта форма разряда называется glow discharge.

Характерная структура нормального тлеющего разряда показана на рис. 2. К катоду примыкают катодные части разряда, затем следует положительный столб, вблизи анода расположена сравнительно короткая анодная область.

Основные процессы, обеспечивающие самостоятельный разряд, происходят в катодных частях разряда и на самом катоде. Тлеющий разряд не может существовать без этих процессов. При изменении положения катода в пространстве катодные части перемещаются вместе с ним, не изменяя своей структуры. Положительный столб, напротив, не является существенной частью разряда. Если при существующем разряде приближать анод к катоду, то сокращается именно эта область разряда. Анодные части также не являются необходимыми для существования разряда, они представляют собой переходную область между положительным столбом и металлическим анодом.

В катодных частях разряда преобладающим является направленное движение заряженных частиц (электронов и положительных ионов), тогда как положительный столб представляет собой типичный пример газоразрядной плазмы, в которой доминирует хаотическое движение зарядов. В соответствии с этим роль стенок, ограничивающих ионизованный газ в катодных частях, незначительна, а в положительном столбе она является существенной.

Прежде чем переходить к описанию явлений, происходящих в различных областях тлеющего разряда, остановимся коротко на общей характеристике процессов, обеспечивающих существование самостоятельного разряда.

Из катода эмитируются электроны вследствие бомбардировки его поверхности ионами, ускоренными сильным полем вблизи катода, и быстрыми атомами, а также вследствие фотоэффекта, возникающего благодаря рекомбинационному излучению компонентов плазмы. Эти электроны, ускоряясь в направлении анода, приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов. Новые электроны, возникшие при ионизации газа, снова ускоряются полем, а положительные ионы летят к катоду и, бомбардируя его поверхность, вызывают эмиссию новых электронов.

Если условия ионизации газа в катодных частях и инжекции электронов из катода таковы, что каждый эмитируемый катодом электрон производит столько актов ионизации и возбуждения атомов, что в результате фотоэффекта и бомбардировки катода ионами и атомами возникает новый электрон у катода, то имеет место динамическое равновесие вновь возникающих зарядов и уходящих на катод или в положительный столб. Таким образом происходит самоподдержание процесса, разряд не зависит от посторонних источников ионизации, т. е. является самостоятельным. Роль положительного столба заключается в том, чтобы обеспечить замкнутую цепь тока в разряде. Если анод придвинут к катоду так близко, что остаются только катодные части, то замкнутая цепь тока обеспечена без положительного столба, условия регенерации заряженных частиц выполнены, и тлеющий разряд может существовать. При дальнейшем приближении анода разряд либо прекращается (гаснет), так как условия восстановления зарядов не выполнены, либо требует для своего существования более высокого анодного напряжения, при котором идут более интенсивно процессы, необходимые для самоподдержания разряда (затрудненный разряд).

Как видно из рис. 2, в тлеющем разряде можно выделить несколько характерных областей. Непосредственно к катоду примыкает темное астоново пространство. Электроны, эмитируемые катодом, имеют малые скорости (порядка электрон-вольта), которые недостаточны для возбуждения атомов газа, и поэтому вблизи катода во всех газах имеется область, где свечение газа отсутствует. В сильном электрическом поле электроны ускоряются и, пройдя астоново темное пространство, приобретают энергию, достаточную для возбуждения атомов. Светящаяся область за астоновым темным пространством соответствует энергиям электронов, близким к максимуму функции возбуждения атомов данного газа. Ионизации газа в этой области еще нет, так как вероятность ионизации при этих энергиях еще мала. Эту область называют первым катодным слоем или катодной светящейся пленкой. Излучение имеет линейчатый спектр. За катодной светящейся пленкой следует катодное темное пространство, называемое также гитторфовым или круксовым темным пространством.

Иногда катодным темным пространством называют всю область от катода до границы следующей части — отрицательного тлеющего свечения. На эту область приходится значительная доля напряжения, называемая катодным падением потенциала; напряженность поля здесь значительно выше, чем в других частях разряда. В этой области свечение газа слабее, так как энергия электронов значительно выше энергии максимума функции возбуждения. Этой энергии достаточно, чтобы вызвать ионизацию газа.

Возникающие при ионизации атомов электроны ускоряются полем и движутся в стороны анода к границе отрицательного тлеющего свечения. Положительные ионы так же ускоряются полем и движутся к катоду. Поток ионов, направляющихся к катоду, можно наблюдать по вызываемому ими свечению газа за катодом, если в катоде сделать отверстие. В этом случае ионы пролетают в закатодное пространство, образуя закатодные или каналовые лучи. Если на их пути поставить цилиндр Фарадея и подавать на него положительный потенциал, тормозящий ионы, то получают данные об энергии ионов. Аналогичным образом, изучая поток электронов через отверстие в аноде, придвинутом к катодной границе катодных частей разряда, можно получить сведения о распределении электронов по энергиям.

При низких давлениях и высоких анодных напряжениях (аномальный разряд) поток электронов, движущихся к границе отрицательного свечения, почти моноэнергетический с энергией, равной еоик. Скорость движения ионов значительно меньше скорости движения электронов, благодаря чему в области катодного темного пространства возникает избыточный объемный заряд, образуемый положительными ионами. Этот заряд сильно искажает электрическое поле в этой области. Вопрос о распределении поля в тлеющем разряде, представляющего суперпозицию внешнего поля и поля объемного заряда, является важным вопросом для теории этого типа разряда.

В нормальном тлеющем разряде величина катодного падения потенциала ик зависит от степени чистоты газа и материала катода. Кроме катодного падения потенциала, нормальный тлеющий разряд характеризуется также нормальной плотностью тока i и шириной темного катодного пространства.

За областью катодного темного пространства следует отрицательное тлеющее свечение. Эта часть разряда имеет резкую границу со стороны катода и размытую со стороны анода. В ней электрическое поле мало. Ионизованный газ представляет собою почти квазинейтральную плазму, которая пронизывается потоком быстрых электронов из катодного темного пространства. На роль быстрых электронов в этой области указывает прямая связь между энергией электронов и длиной отрицательного тлеющего свечения. Кроме быстрых электронов, в отрицательном тлеющем свечении имеется значительное число медленных электронов, испытавших в катодном темном пространстве неупругие столкновения и потерявших при этом большую часть своей энергии. Эти электроны обладают энергиями, близкими к максимуму функции возбуждения, и вызывают свечение газа с линейчатым спектром, определяемым природой атомов. Кроме того, излучение отрицательного свечения может быть вызвано рекомбинацией зарядов, вероятность которой велика у медленных электронов.

В сторону анода напряженность поля несколько возрастает, и интенсивность свечения этой области разряда постепенно падает вследствие уменьшения вероятности рекомбинации. Роль ионов, возникающих в отрицательном свечении и диффундирующих в катодное темное пространство, по-видимому, невелика для поддержания нормального разряда. Их значение возрастает в аномальных разрядах с большой плотностью тока.

Следующее за отрицательным тлеющим свечением фарадеево темное пространство является переходной областью от катодных частей к положительному столбу. Здесь электроны приобретают энергию в слабом электрическом поле, но эта энергия проявляется в их хаотическом движении. В начале положительного столба она возрастает настолько, что имеет место заметное возбуждение и ионизация атомов газа электронами. Существенное отличие фарадеева темного пространства от катодного темного пространства состоит в том, что в первом энергия электронов слишком мала для возникновения свечения газа, а в последнем слишком велика.

Положительный столб тлеющего разряда представляет собой плазму с малой (относительно катодного темного пространства) напряженностью поля. При стационарном токе величина напряженности поля устанавливается такой, чтобы компенсировать потери заряженных частиц. Эти потери обусловлены либо диффузией электронов и ионов на стенки трубки (если длина положительного столба значительно больше его диаметра) или на анод и в катодные области (в случае короткого положительного столба), либо рекомбинацией носителей зарядов в объеме. При очень низких давлениях газа, когда длина свободного пробега ионов больше радиуса трубки, частицы движутся к стенкам в режиме «свободного падения» и рекомбинируют на поверхности трубки. Таким образом, положительный столб можно рассматривать как самостоятельную область разряда, существующую в известной степени независимо от катодных частей.

Положительный столб бывает не только в тлеющем разряде, но и в дуге низкого давления с накаленным катодом. Плазма высокочастотного разряда также во многом напоминает положительный столб. Свойства положительного столба в различных видах разряда низкого давления в значительной степени идентичны. Во многих случаях (по мнению некоторых исследователей) положительный столб имеет слоистую структуру в виде неподвижных или движущихся вдоль оси трубки слоев, называемых стратами.

Вблизи анода имеется узкое темное пространство и анодное свечение. Появление этих частей связано с граничными условиями на аноде. Электроны притягиваются анодом, положительные ионы отталкиваются. Перед анодом образуется отрицательный объемный заряд, вызывающий изменение потенциала порядка потенциала ионизации газа. Если приблизить анод к катоду настолько, что он попадает в фарадеево темное пространство, то анодное падение потенциала исчезает.

Цвет различных частей разряда зависит от газа, в котором он происходит. Чаще всего разряд происходит с металлическими электродами. Но он может существовать также с покрытыми стеклом металлическими электродами или с неметаллическими электродами. Электропроводность неметаллических электродов или стекла связана с их нагреванием в разряде. Физические процессы на поверхности таких электродов недостаточно изучены.

Электрический разряд — процесс протекания электрического тока связанный со значительным увеличением электропроводимости среды относительно его нормального состояния.
Увеличение электропроводности обеспечивается наличием дополнительных свободных носителей заряда. Электрические разряды бывают несамостоятельные, протекающие за счёт внешнего источника свободных носителей заряда, и самостоятельные, продолжающие гореть и после отключения внешнего источника свободных носителей заряда.
Различают следующие виды электрических разрядов: искровой, коронный, дуговой (электрическая дуга) и тлеющий.

Присоединим шаровые электроды к батарее конденсаторов и начнем заряжать конденсаторы при помощи электрической машины. По мере заряжения конденсаторов будет увеличиваться разность потенциалов между электродами, а следовательно, будет увеличиваться напряженность поля в газе. Пока напряженность поля невелика, в газе нельзя заметить никаких изменений. Однако при достаточной напряженности поля (около 30000 в/см) между электродами появляется электрическая искра, имеющая вид ярко светящегося извилистого канала, соединяющего оба электрода. Газ вблизи искры нагревается до высокой температуры и внезапно расширяется, отчего возникают звуковые волны, и мы слышим характерный треск. Конденсаторы в этой установке добавлены для того, чтобы сделать искру более мощной и, следовательно, более эффектной.
Описанная форма газового разряда носит название искрового разряда , или искрового пробоя газа. При наступлении искрового разряда газ внезапно, скачком, утрачивает свои изолирующие свойства и становится хорошим проводником. Напряженность поля, при которой наступает искровой пробой газа, имеет различное значение у разных газов и зависит от их состояния (давления, температуры). При заданном напряжении между электродами напряженность поля тем меньше, чем дальше электроды друг от друга. Поэтому, чем больше расстояние между электродами, тем большее напряжение между ними необходимо для наступления искрового пробоя газа. Это напряжение называется напряжением пробоя.
Возникновение пробоя объясняется следующим образом. В газе всегда есть некоторое количество ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Обычно, однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При сравнительно небольших значениях напряженности поля, с какими мы встречаемся при изучении несамостоятельной проводимости газов , соударения ионов, движущихся в электрическом поле, с нейтральными молекулами газа происходят так же, как соударения упругих шаров. При каждом соударении движущаяся частица передает покоящейся часть своей кинетической энергии, и обе частицы после удара разлетаются, но никаких внутренних изменений в них не происходит. Однако при достаточной напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя столкновениями может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при столкновении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток – ион. Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома, — работой ионизации. Величина работы ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов.
Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивают число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, этот процесс «усиливает сам себя», и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Все явления вполне аналогично снежной лавине в горах, для зарождения которой бывает достаточно ничтожного комка снега. Поэтому и описанный процесс был назван ионной лавиной. Образование ионной лавины и есть процесс искрового пробоя, а то минимальное напряжение, при котором возникает ионная лавина, есть напряжение пробоя. Мы видим, что при искровом пробое причина ионизации газа заключается в разрушении атомов и молекул при соударениях с ионами.
Одним из природных представителей искрового разряда является молния – красивая и не безопасная.

Возникновение ионной лавины не всегда приводит к искре, а может вызвать и разряд другого типа – коронный разряд.
Натянем на двух высоких изолирующих подставках металлическую проволоку AB диаметром в несколько десятых миллиметра и соединим ее с отрицательным полюсом генератора, дающего напряжение в несколько тысяч вольт, например, хорошей электрической машине. Второй полюс генератора отведем к Земле. Мы получим своеобразный конденсатор, обкладками которого являются наша проволока и стены комнаты, которые, конечно, сообщаются с Землей. Поле в этом конденсаторе весьма неоднородно, и напряженность его очень велика вблизи тонкой проволоки. Повышая постепенно напряжение и наблюдая за проволокой в темноте, можно заметить, что при известном напряжении возле проволоки появляется слабое свечение («корона»), охватывающее со всех сторон проволоку; оно сопровождается шипящим звуком и легким потрескиванием. Если между проволокой и источником включен чувствительный гальванометр, то с появлением свечения гальванометр показывает заметный ток, идущий от генератора по проводам к проволоке и от нее по воздуху комнаты к стенам, соединенным с другим полюсом генератора. Ток в воздухе между проволокой AB и стенами переносится ионами, образовавшимися в воздухе благодаря ударной ионизации. Таким образом, свечение воздуха и появление тока указывают на сильную ионизацию воздуха по действием электрического поля.
Коронный разряд может возникнуть не только у проволоки, но и у острия и вообще у всех электродов, возле которых образуется очень сильное неоднородное поле.

Применение коронного разряда.
1) Электрическая очистка газов (электрофильтры). Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной. Внутри стеклянной трубки содержатся два электрода: металлический цилиндр и висящая по его оси тонка металлическая проволока. Электроды присоединены к электрической машине. Если продувать через трубку струю дыма (или пыли) и привести в действие машину, то, как только напряжение сделается достаточным для образования короны, выходящая струя воздуха станет совершенно чистой и прозрачной, и все твердые и жидкие частицы, содержащиеся в газе, будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем. Как только у проволоки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы, соударяясь с частицами пыли, «прилипают» к последним и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, то заряженные частицы движутся под действием поля к электродам, где и оседают. Описанное явление находит себе в настоящее время техническое применение для очистки промышленных газов в больших объемах от твердых и жидких примесей.
2) Счетчики элементарных частиц. Коронный разряд лежит в основе действия чрезвычайно важных физических приборов: так называемых счетчиков элементарных частиц (электронов, а также других элементарных частиц, которые образуются при радиоактивных превращениях) счетчик Гейгера – Мюллера. Он состоит из небольшого металлического цилиндра A, снабженного окошком, и тонкой металлической проволоки натянутой оп оси цилиндра и изолированной от него. Счетчик включают в цепь, содержащую источник напряжения В в несколько тысяч вольт. Напряжение выбирают таким, чтобы оно было только немного меньше «критического», т. е. Необходимого для зажигания коронного разряда внутри счетчика. При попадании в счетчик быстро движущегося электрона последний ионизует молекулы газа внутри счетчика, отчего напряжение, необходимое для зажигания короны, несколько понижается. В счетчике возникает разряд, а в цепи появляется слабый кратковременный ток.
Возникающий в счетчике ток настолько слаб, что обычным гальванометром его обнаружить трудно. Однако его можно сделать вполне заметным, если в цепь ввести очень большое сопротивление R и параллельно ему присоединить чувствительный электрометр E. При возникновении в цепи тока I на концах сопротивления создается напряжение U, равное по закону Ома U=IxR. Если выбрать величину сопротивления R очень большой (много миллионов ом), однако значительно меньшей, чем сопротивление самого электрометра, то даже очень слабый ток вызовет заметное напряжение. Поэтому при каждом попадании быстрого электрона внутрь счетчика листочек электрометра будет давать отброс.
Подобные счетчики позволяют регистрировать не только быстрые электроны, но и вообще любые заряженные, быстро движущиеся частички, способные производить ионизацию газа путем соударений. Современные счетчики легко обнаруживают попадание в них даже одной частицы и позволяют, поэтому с полной достоверностью и очень большой наглядностью убедиться, что в природе действительно существуют элементарные частички.

В 1802 г. В. В. Петров установил, что если присоединить к полюсам большой электролитической батареи два кусочка древесного угля и, приведя угли в соприкосновение, слегка их разделить, то между концами углей образуется яркое пламя, а сами концы углей раскаляются добела. Испуская ослепительный свет (электрическая дуга ). Это явление семь лет спустя независимо наблюдал английский химик Дэви, который предложил в честь Вольта назвать эту дугу «вольтовой».
Обычно осветительная сеть питается током переменного направления. Дуга, однако, горит устойчивее, если через нее пропускают ток постоянного направления, так что один из ее электродов является все время положительным (анод), а другой отрицательным (катод). Между электродами находится столб раскаленного газа, хорошо проводящего электричество. В обычных дугах этот столб испускает значительно меньше света, нежели раскаленные угли. Положительный уголь, имея более высокую температуру, сгорает быстрее отрицательного. Вследствие сильной возгонки угля на нем образуется углубление – положительный кратер, являющийся самой горячей частью электродов. Температура кратера в воздухе при атмосферном давлении доходит до 4000 °C. Дуга может гореть и между металлическими электродами (железо, медь и т. д.). При этом электроды плавятся и быстро испаряются, на что расходуется много тепла. Поэтому температура кратера металлического электрода обычно ниже, чем угольного (2000-2500 °C).
Заставляя гореть дугу между угольными электродами в сжатом газе (около 20 атм), удалось довести температуру положительного кратера до 5900 °C, т. е. до температуры поверхности Солнца. При этом условии наблюдалось плавление угля.
Еще более высокой температурой обладает столб газов и паров, чрез который идет электрический разряд. Энергичная бомбардировка этих газов и паров электронами и ионами, подгоняемыми электрическим полем дуги, доводит температуру газов в столбе до 6000-7000 °. Поэтому в столбе дуги почти все известные вещества плавятся и обращаются в пар, и делаются возможными многие химические реакции, которые не идут при более низких температурах. Нетрудно, например, расплавить в пламени дуги тугоплавкие фарфоровые палочки. Для поддержания дугового разряда нужно небольшое напряжение: дуга хорошо горит при напряжении на ее электродах 40-45 в. Ток в дуге довольно значителен. Так, например, даже в небольшой дуге, идет ток около 5 А, а в больших дугах, употребляющихся в промышленности, ток достигает сотен ампер. Это показывает, что сопротивление дуги невелико; следовательно, и светящийся газовый столб хорошо проводит электрический ток.
Такая сильная ионизация газа возможна только благодаря тому, что катод дуги испускает очень много электронов, которые своими ударами ионизуют газ в разрядном пространстве. Сильная электронная эмиссия с катода обеспечивается тем, что катод дуги сам накален до очень высокой температуры (от 2200° до 3500°C в зависимости от материала). Когда для зажигания дуги мы в начале приводим угли в соприкосновение, то в месте контакта, обладающем очень большим сопротивление, выделяется почти все джоулево тепло проходящего через угли тока. Поэтому концы углей сильно разогреваются, и этого достаточно для того, чтобы при их раздвижении между ними вспыхнула дуга. В дальнейшем катод дуги поддерживается в накаленном состоянии самим током, проходящие через дугу. Главную роль в этом играет бомбардировка катода падающими на него положительными ионами.

Применение дугового разряда.
Вследствие высокой температуры электроды дуги испускают ослепительный свет, и поэтому электрическая дуга является одним из лучших источников света. Она потребляет всего около 0,3 ватта на каждую свечу и является значительно более экономичной. Нежели наилучшие лампы накаливания. Электрическая дуга впервые была использована для освещения П. Н. Яблочковым в 1875 г. и получила название «русского света», или «северного света».
Электрическая дуга также применяется для сварки металлических деталей (дуговая электросварка). В настоящее время электрическую дугу очень широко применяют в промышленных электропечах. В мировой промышленности около 90% инструментальной стали и почти все специальные стали выплавляются в электрических печах.
Большой интерес представляет ртутная дуга, горящая в кварцевой трубке, так называемая кварцевая лампа. В этой лампе дуговой разряд происходит не в воздухе, а в атмосфере ртутного пара, для чего в лампу вводят небольшое количество ртути, а воздух выкачивают. Свет ртутной дуги чрезвычайно богат невидимыми ультрафиолетовыми лучами, обладающими сильным химическим и физиологическим действием. Ртутные лампы широко применяют при лечении разнообразных болезней («искусственное горное солнце»), а также при научных исследованиях как сильный источник ультрафиолетовых лучей.

Кроме искры, короны и дуги, существует еще одна форма самостоятельного разряда в газах – так называемый тлеющий разряд . Для получения этого типа разряда удобно использовать стеклянную трубку длинной около полуметра, содержащую два металлических электрода. Присоединим электроды к источнику постоянного тока с напряжение в несколько тысяч вольт (годится электрическая машина) и будем постепенно откачивать из трубки воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остается темным, так как приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе – малинового цвета, в других газах – других цветов), соединяющий оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество.
При дальнейшей откачен светящийся шнур размывается и расширяется, и свечение заполняет почти всю трубке. Различают следующие две части разряда: 1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название темного катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба.
При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе все время поддерживается сильная ионизация. При этом в отличие от дугового разряда катод все время остается холодным. Почему же в этом случае происходит образование ионов?
Падение потенциала или напряжения на каждом сантиметре длины газового столба в тлеющем разряде очень различно в разных частях разряда. Получается, что почти все падение потенциала приходится на темное пространство. Разность потенциалов, существующая между катодом и ближайшей к нему границей пространства, называют катодным падением потенциала. Оно измеряется сотнями, а в некоторых случаях и тысячами вольт. Весь разряд оказывается существует за счет этого катодного падения. Значение катодного падения заключается в том, что положительные ионы, пробегая эту большую разность потенциалов, приобретают большую скорость. Так как катодное падение сосредоточено в тонком слое газа, то здесь почти не происходит соударений ионов с газовыми атомами, и по этому, проходя через область катодного падения, ионы приобретают очень большую кинетическую энергию. Вследствие этого при соударении с катодом они выбивают из него некоторое количество электронов, которые начинают двигаться к аноду. Проходя через темное пространство, электроны в свою очередь ускоряются катодным падением потенциала и при соударения с газовыми атомами в более удаленной части разряда производят ионизацию ударом. Возникающие при этом положительные ионы опять ускоряются катодным падением и выбивают из катода новые электроны и т. д. Таким образом все повторяется до тех пор пока на электродах есть напряжение.
Значит, что причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются ударная ионизация и выбивание электронов с катода положительными ионами.

Применение тлеющего разряда.
Такой разряд используют в основном для освещения. Применяется в люминесцентных лампах.

Каждый знает, что существуют разные типы электрических разрядов. Но не каждый помнит, какими они бывают и чем отличаются друг от друга. Давайте попробуем разобраться.

Начнем с того, что всего бывает 4 типа разрядов: тлеющий, искровой, коронный и дуговой разряды.

Тлеющий разряд

Рассмотрим два электрода, которые впаяны в стеклянную трубку. Приложим некоторое напряжение между электродами. Чтобы мы увидели искру должен произойти пробой воздуха. Но при атмосферном давлении данного напряжения недостаточно. Уменьшим давление в трубке! Сначала мы увидим самостоятельный разряд (который будет гореть и после отключения напряжения) в виде тонкого шнура. При дальнейшем уменьшении давления шнур будет становиться всё ярче и сильнее, пока не заполнит всю трубку. Но свечение заполнит трубку неравномерно. Этот разряд мы и будем называть тлеющим.

Таким образом, тлеющий разряд это самостоятельный (это важно) разряд, возникающий в газе при пониженном давлении, в котором один из электродов (катод) испускает электроны из-за бомбардировки его положительными ионами в газе. Стоит также заметить, что толщина шнура зависит от величины давления*расстояние между электродами.

Предлагаем вам посмотреть замечательное видео, которое понятно дополнит понимание природы этого явления и продемонстрирует отличный эксперимент!

Искровой разряд

Теперь рассмотрим искровой разряд. Тут всё проще: он имеет форму молнии — то есть форму прерывистых линий, которые называются искровыми каналами. Молния — это искровой разряд, и в роли электродов выступают пары земля-облако или два облака.

Его получение возможно как с помощью источников переменного, так и источников постоянного тока. Также, в отличии от тлеющего разряда, он появляется при давлениях порядка атмосферного. Ток в этом типе разрядов обычно слабее по сравнению с тлеющим разрядом.

А механизм образования таких разрядов довольно прост: напряженность электрического поля достаточно велика, так что электрон в этом поле между соседними столкновениями успевает набрать некоторую энергию. И этой энергии достаточно для ионизации молекул воздуха — например, азота и кислорода. После этого происходит лавинообразное увеличение числа электронов — что и создает искру. Но почему мы можем ее видеть? Электроны не только ионизируют молекулы, но и возбуждают их (так называемая рекомбинация). Эта энергия возбуждения переходит в излучение, которое мы можем наблюдать.

Еще одно интересное явление — скользящий искровой разряд. Он образуется на поверхности твердого диэлектрика на границе с газом, когда напряженность поля между электродами выше напряженности пробоя газа (воздуха). Этот разряд оставляет на поверхности красивые рисунки, называемые фигурами Лихтенберга.

Фигуры Лихтенберга на поверхности плексигласовой пластины

Коронный разряд

Предыдущие разряды возникали в однородном электрическом поле. А если оно сильно неоднородно, то в нем может появляться коронный разряд. Что же это такое?

Чаще всего неоднородность появляется тогда, когда поверхность одного из электродов обладает большой кривизной (тонкая проволока, острие). И именно вокруг этого электрода возникает характерное свечение, имеющего вид оболочки или короны — отсюда и название.

Интересен тот факт, что в этом случае наличие второго электрода необязательно: им могут служить окружающие заземленные предметы. Кстати, огни Святого Эльма, которые иногда образуются на концах матч — это коронный разряд.

Процесс образования этого типа разрядов у положительно и отрицательно заряженного электродов разный. В случае отрицательного электрода свечение образуется подобно искровому разряду: благодаря электрическому полю электроны на длине своего свободного пробега (расстояние между соседними соударениями) набирают энергию, достаточную для ионизации атомов воздуха. Но в этом случае искры не получается, так как с увеличением расстояния от электрода величина поля падает сильнее в силу неоднородности. Но если бы мы могли увеличить напряженность — то да, мы получили бы искровой разряд.

В случае положительного электрода корона может образоваться только у электрода с большим радиусом кривизны. Электрическое поле у самого электрода наоборот, довольно слабое, соответственно электроны не могут разгоняться за счет напряженности поля. Поэтому здесь имеет место объемная ионизация, которая порождается электронами вблизи положительного электрода. Но так же, как и в случае с отрицательным электродом, при увеличении напряженности поля мы получим искровой разряд.

Дуговой разряд

Воспроизведем искровой разряд. Если теперь мы будем уменьшать расстояние между электродами, то в какой-то момент разряд перестанет быть прерывистым и станет непрерывным. Такой разряд называется дуговым.

Таким образом, мы с вами рассмотрели 4 различных типов разрядов. Как вы, наверное, заметили, некоторые из них сильно связаны с другими типами и один тип мы можем получить из некоторого другого. Это еще раз доказывает, что природа едина, и часто различные явления являются просто-напросто различными гранями одного и того же физического феномена.

В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов и приложенного к электродам напряжения возникают различные типы самостоятель-ных разрядов .

1. Тлеющий разряд возникает при низ-ких давлениях газа (десятые и сотые доли миллиметра ртутного столба). Почти вся труб-ка (кроме участка возле катода) светится однородным светом (рис. 7.24).

2. Электрическая дуга (дуговой разряд). При прикосно-вении двух проводников, присоединенных к мощному источнику тока, в месте контакта выделяется значительное количество теп-лоты, поскольку сопротивление контакта по сравнению с сопротивлением самих провод-ников большое (рис. 7.25).

Температура повышается настолько, что начинается термоэлектронная эмиссия — из проводников выделяется огромное количест-во свободных электронов. Если теперь про-водники (электроды) раздвинуть на неко-торое расстояние, то между ними возникнет газовый разряд, который называется элект-рической дугой. Сила тока в дуге может достигать сотен и тысяч ампер при срав-нительно невысоких напряжениях. Темпера-тура в дуге может достигать 3500—7000°С. Поэтому дуга становится мощным источ-ником света, в ней можно плавить разные вещества, сваривать металлы.

Значительный вклад в развитие дугового сваривания сделал отечественный изобрета-тель Н. Н. Бенардос. Исключительное значе-ние для развития электросварки имеют раз-работки, осуществленные в Институте элект-росварки имени Е. О. Патона, который соз-дан в 1934 г. в Киеве.

Бенардос Николай Николаевич (1 842 — 1905). Учился в 1862—1866 гг. в Киевском университете, в 1866—1867 гг.— в Петров-ской земледельческой и лесной академии (Москва). Изобрел способы дуговой сварки (1881), подводной сварки и резания, то-чечной и шовной контактной сварки.

3. Коронный разряд возникает при атмо-сферном давлении возле заостренных или тонких заряженных проводников, когда на-пряженность электрического поля возле них достигает около 3 . 10 6 В/м. Такое свечение напоминает форму короны, поэтому й полу-чило соответствующее название. Коронный разряд можно наблюдать вокруг провод-ников высоковольтных линий, заостренных предметов, над которыми проходят заря-женные тучи, и т.п. (рис. 7.26). Материал с сайта

4. Искровой разряд можно наблюдать да-же при обычных условиях, если кратковре-менно замыкают проводником и размыкают даже гальванический элемент или батарею таких элементов. Но грандиознейшим искро-вым разрядом является молния, которая воз-никает между заряженными тучами или за-ряженными тучами и Землей. Максимальная сила тока в молнии достигает десятков и сотен ампер, ее продолжительность порядка 10 -5 с, длина может составлять десятки кило-метров. Разность потенциалов между тучей и Землей может превышать 15 . 10 7 В (рис. 7.27).

Искровой разряд может вызвать при опре-деленных условиях разрушение анода, ко-торый используется в технике.

На этой странице материал по темам:

• Искровой разряд что такое кратко

• Дуговой и искровой разряды

• Типы самостоятельных разрядов тлеющий искровой дуговой катодные лучи

• Электромагнитные явления реферат

• Таблица по физики линии сравнения дуговой,тлеющей, коронной,искровой

Вопросы по этому материалу:

Курчатов И. В. Собрание научных трудов в 6 томах. Т. 1. — 2005 — Электронная библиотека «История Росатома»

Курчатов И. В. Собрание научных трудов в 6 томах. Т. 1. — 2005 — Электронная библиотека «История Росатома»

Главная → Указатель произведений

ЭлектроннаябиблиотекаИстория Росатома

Ничего не найдено.

Загрузка результатов…

 

 

Закладки

 

 

 

ОбложкаФронтиспис12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788899091929394959697989910010110210310410510610710810911011111211311411511611711811912012112212312412512612712812913013113213313413513613713813914014114214314414514614714814915015115215315415515615715815916016116216316416516616716816917017117217317417517617717817918018118218318418518618718818919019119219319419519619719819920020120220320420520620720820921021121221321421521621721821922022122222322422522622722822923023123223323423523623723823924024124224324424524624724824925025125225325425525625725825926026126226326426526626726826927027127227327427527627727827928028128228328428528628728828929029129229329429529629729829930030130230330430530630730830931031131231331431531631731831932032132232332432532632732832933033133233333433533633733833934034134234334434534634734834935035135235335435535635735835936036136236336436536636736836937037137237337437537637737837938038138238338438538638738838939039139239339439539639739839940040140240340440540640740840941041141241341441541641741841942042142242342442542642742842943043143243343443543643743843944044144244344444544644744844945045145245345445545645745845946046146246346446546646746846947047147247347447547647747847948048148248348448548648748848949049149249349449549649749849950050150250350450550650750850951051151251351451551651751851952052152252352452552652752852953053153253353453553653753853954054154254354454554654754854955055155255355455555655755855956056156256356456556656756856957057157257357457557664 вкл. 164 вкл. 264 вкл. 364 вкл. 464 вкл. 564 вкл. 664 вкл. 764 вкл. 864 вкл. 964 вкл. 1064 вкл. 1164 вкл. 1264 вкл. 1364 вкл. 1464 вкл. 1564 вкл. 1664 вкл. 1764 вкл. 1864 вкл. 1964 вкл. 20

 

 

Увеличить/уменьшить масштаб

По ширине страницы

По высоте страницы

Постранично/Разворот

Поворот страницы

Навигация по документу

Закладки

Поиск в издании

Структура документа

Скопировать текст страницы

(работает в Chrome 42+,
Microsoft Internet Explorer и Mozilla FireFox
c установленным Adobe Flash Player)

Добавить в закладки

Текущие страницы выделены рамкой.

 

Содержание

ОбложкаОбложка

ФронтисписФронтиспис

1Титульные листы

5От редакции

 6

Осипов Ю. С.

Научное наследие И. В. Курчатова

15Биографический очерк

21Предисловие к тому 1

 25I. Ранние работы

 25

Курчатов И. В.

Опыт применения гармонического анализа к исследованию приливов и отливов Черного моря 30

Курчатов И. В.

Сейши в Черном и Азовском морях 40

Курчатов И. В.

К вопросу о радиоактивности снега 53

Курчатов И. В., Лобанова З. В.

Об электролизе при алюминиевом аноде 65

Курчатов И. В.

К вопросу об электролизе твердого тела. (Несколько замечаний по поводу работ Tubandt’а и Schmidt’а) 69

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

К вопросу о прохождении медленных электронов через тонкие металлические фольги

 73II. Физика твердых диэлектриков и полупроводников

 73

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Синельников К. Д.

Электрическая прочность диэлектриков 77

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

К вопросу о высоковольтной поляризации в твердых диэлектриках 89

Курчатов И. В., Вальтер А. К., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

К вопросу о подвижности ионов в кристаллах каменной соли 91

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Синельников К. Д.

Механизм пробоя диэлектриков 100

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Пробой твердых диэлектриков 113

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Закон Фарадея в условиях ионизации столкновением в твердых диэлектриках 115

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Ионная и смешанная проводимость твердых тел 136

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Униполярная проводимость некоторых солей 141

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Исследование механизма пробоя некоторых смол 147

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Закон Фарадея при ударной ионизации 156

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Выделение кислорода на аноде при электролизе стекла 161

Курчатов И. В., Курчатов Б. В.

Принцип подобия в электропроводности твердых диэлектриков 173

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Пробой каменной соли 178

Курчатов И. В., Кобеко П. П., Синельников К. Д.

Механизм выпрямления некоторых солей 193

Курчатов И. В.

Об ионной электропроводности 197

Курчатов И. В.

Эффект Ребуля 203

Курчатов И. В.

Твердые выпрямители 220

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

Твердые или вентильные фотоэлементы 242

Курчатов И. В.

Дискуссия Конференции по твердым выпрямителям и фотоэлементам (по обработанным стенограммам заседаний) 249

Курчатов И. В.

Вентильные фотоэлементы 265

Курчатов И. В., Щепкин Г. Я.

Диэлектрическая постоянная твердого HCl 275

Курчатов И. В.

Обзор конференции «Вентильные фотоэлементы и выпрямители» 287

Курчатов И. В., Синельников К. Д.

Исследование вентильных фотоэлементов. Часть I 299

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Борисов М. Д.

Исследование вентильных фотоэлементов. Часть II. Внутренний фотоэффект и фотоэлемент с запирающим слоем 311

Курчатов И. В., Иоффе А. Ф., Кобеко П. П., Вальтер А. К.

К вопросу о механизме электрического пробоя 313

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Трапезникова О. Д., Вальтер А. К.

Электролиз кристаллов каменной соли и их пробой 327

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Трапезникова О. Д., Вальтер А. К.

Исследование электрического пробоя в кристаллах каменной соли 340

Курчатов И. В., Ковалев Н. А., Костина Т. З., Русинов Л. И.

Исследование карборундовых саморегулирующихся сопротивлений 364

Курчатов И. В.

Ионная поляризация в твердых телах 367

Курчатов И. В., Синельников К. Д., Вальтер А. К., Литвиненко С.

Влияние температуры на облучение каменной соли рентгеновскими лучами 370

Курчатов И. В., Костина Т. З., Русинов Л. И.

Контактные явления в карборундовых сопротивлениях

 388III. Сегнетоэлектрики

 388

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Диэлектрические свойства кристаллов сегнетовой соли 402

Курчатов И. В., Бернашевский В. И.

Некоторые электрические аномалии кристаллов сегнетовой соли 408

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Диэлектрические свойства сегнетовой соли 415

Курчатов И. В., Вальтер А. К., Синельников К. Д.

Исследование диэлектрической постоянной сегнетовой соли при коротких электрических импульсах 425

Курчатов И. В., Щепкин Г. Я.

Исследование диэлектрической постоянной сегнетовой соли в разных кристаллографических направлениях 428

Курчатов И. В., Еремеев М. А., Кобеко П. П., Курчатов Б. В.

Электрические свойства кристаллов сегнетовой соли с примесью NaRbC₄H₄O₆ · 4Н₂O и NaTlC₄H₄O₆ · 4Н₂O 434

Курчатов И. В., Курчатов Б. В.

Нижняя точка Кюри в сегнетоэлектриках 443

Курчатов И. В.

Зависимость поляризации от силы поля в сегнетоэлектриках вне области спонтанной ориентации 451

Курчатов И. В.

Сегнетова соль в области спонтанной ориентации 459

Курчатов И. В.

Униполярность поляризации в кристаллах сегнетовой соли 463

Курчатов И. В., Шакиров А. З.

Явление инверсии при поляризации сегнетоэлектриков 468

Курчатов И. В.

Сегнетоэлектрики

 527IV. Физика газового разряда. Прикладные исследования

 527

Курчатов И. В.

Электрический пробой газов. Критика ионизационной теории пробоя 539

Курчатов И. В., Кобеко П. П.

Работа Государственного физико-технического института по связи с производством на заводе «Красный Треугольник» 543

Курчатов И. В.

Результаты новых исследований процессов выключения в дуге переменного тока и их применения в конструкции выключателей. (Обзор работ конференции в Цюрихе) 548

Курчатов И. В.

Работы по физике газового разряда, доложенные на конференции в Наугейме, 20–24 сентября 1932 г. 555

Курчатов И. В.

Газовый разряд

 571Именной указатель

575Содержание

64 вкл. 1[Иллюстрации]

 

 

Обращаясь к сайту «История Росатома — Электронная библиотека»,
я соглашаюсь с условиями использования представленных там материалов.

Правила сайта (далее – Правила)

1. Общие положения
   1. Настоящие правила определяют порядок и условия использования материалов, размещенных на сайте www.biblioatom.ru (далее именуется Сайт), а также правила использования материалов Сайтом и порядок взаимодействия с Администрацией Сайта.
   2. Любые материалы, размещенные на Сайте, являются объектами интеллектуальной собственности (объектами авторского права или смежных прав, а также прав на средства индивидуализации). Права Администрации Сайта на указанные материалы охраняются законодательством о правах на результаты интеллектуальной деятельности.
   3. Использование материалов, размещенных на Сайте, допускается только с письменного согласия Администрации Сайта или иного правообладателя, прямо указанного на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   4. Права на использование и разрешение использования материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, допускается с разрешения таких правообладателей или в соответствии с условиями, установленными такими правообладателями. Никакое из положений настоящих Правил не дает прав третьим лицам на использование материалов правообладателей, прямо указанных на конкретном материале, размещенном на Сайте, или в непосредственной близости от указанного материала.
   5. Настоящие Правила распространяют свое действие на следующих пользователей: информационные агентства, электронные и печатные средства массовой информации, любые физические и юридические лица, а также индивидуальные предприниматели (далее — «Пользователи»).
2. Использование материалов. Виды использования
   1. Под использованием материалов Сайта понимается воспроизведение, распространение, публичный показ, сообщение в эфир, сообщение по кабелю, перевод, переработка, доведение до всеобщего сведения и иные способы использования, предусмотренные действующим законодательством Российской Федерации.
   2. Использование материалов Сайта без получения разрешения от Администрации Сайта не допустимо.
   3. Внесение каких-либо изменений и/или дополнений в материалы Сайта запрещено.
   4. Использование материалов Сайта осуществляется на основании договоров с Администрацией Сайта, заключенных в письменной форме, или на основании письменного разрешения, выданного Администрацией Сайта.
   5. Запрещается любое использование (бездоговорное/без разрешения) фото-, графических, видео-, аудио- и иных материалов, размещенных на Сайте, принадлежащих Администрации Сайта и иным правообладателям (третьим лицам).
   6. Стоимость использования каждого конкретного материала или выдача разрешения на его использование согласуется Пользователем и Администрацией Сайта в каждом конкретном случае.
   7. В случае необходимости использования материалов Сайта, права на которые принадлежат третьим лицам (иным правообладателям, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), Пользователи обязаны обращаться к правообладателям таких материалов для получения разрешения на использование материалов.
3. Обязанности Пользователей при использовании материалов Сайта
   1. 3.1. При использовании материалов Сайта в любых целях при наличии разрешения Администрации Сайта, ссылка на Сайт обязательна и осуществляется в следующем виде:
      1. в печатных изданиях или в иных формах на материальных носителях Пользователи обязаны в каждом случае использования материалов указать источник – электронная библиотека «История Росатома» (www. biblioatom.ru)
      2. в интернете или иных формах использования в электронном виде не на материальных носителях, Пользователи в каждом случае использования материалов обязаны разместить гиперссылку на Сайт — электронная библиотека «История Росатома» (www.biblioatom.ru), гиперссылка должна являться активной и прямой, при нажатии на которую Пользователь переходит на конкретную страницу Сайта, с которой заимствован материал.
      3. Ссылка на источник или гиперссылка, указанные в пп. 3.1.1 и 3.1.2. настоящих Правил, должны быть помещены Пользователем в начале используемого текстового материала, а также непосредственно под используемым аудио-, видео-, фотоматериалом, графическим материалом Администрации Сайта.
   2. Размеры шрифта ссылки на источник или гиперссылки не должны быть меньше размера шрифта текста, в котором используются материалы Сайта, либо размера шрифта текста Пользователя, сопровождающего аудио-, видео-, фотоматериалы и графические материалы Сайта, а также цвет ссылки должен быть идентичен цветам ссылок на Сайте и должен быть видимым Пользователю.
   3. Использование материалов с Сайта, полученных из вторичных источников (от иных правообладателей, нежели Администрация Сайта, о чем прямо указано на таких материалах либо в непосредственной близости от них), возможно только со ссылкой на эти источники и, в случае необходимости, установленной такими источниками (правообладателями), — с их разрешения.
   4. Не допускается переработка оригинального материала (произведения), взятого с Сайта, в том числе сокращение материала, иная его переработка, в том числе приводящая к искажению его смысла.
4. Права на материалы третьих лиц, урегулирование претензий
   1. Материалы, права на которые принадлежат третьим лицам, размещенные на Сайте, размещены либо с разрешения правообладателя, полученного Администрацией Сайта, либо, в случае, если таковое использование прямо не запрещено правообладателем, в соответствии с Законодательством РФ в информационных целях с обязательным указанием имени автора, материал которого используется, и источника заимствования.
   2. В случае, если в обозначении авторства материалов в соответствии с п. 4.1. настоящих Правил содержится ошибка, или в случае использования материала с предполагаемым или реальным нарушением прав третьих лиц, или в иных спорных случаях использования объектов интеллектуальной собственности, размещенных на Сайте, в том числе в случае, когда права третьего лица тем или иным образом нарушаются с использованием Сайта, применяется следующая схема урегулирования претензий третьих лиц к Администрации Сайта:
      1. в адрес Администрации Сайта по электронной почте на адрес [email protected] направляется претензия, содержащая информацию об объекте интеллектуальной собственности, права на который принадлежат заявителю и который используется незаконно посредством Сайта или с нарушением правил использования, или иным образом права заявителя как обладателя исключительного права на объект интеллектуальной собственности, размещенный на Сайте, нарушены посредством Сайта, с приложением документов, подтверждающих правомочия заявителя, данные о правообладателе и копия доверенности на действия от лица правообладателя, если лицо, направляющее претензию, не является руководителем компании правообладателя или непосредственно физическим лицом — правообладателем. В претензии также указывается адрес страницы Сайта, которая содержит данные, нарушающие права, и излагается полное описание сути нарушения прав;
      2. Администрация Сайта обязуется рассмотреть надлежаще оформленную претензию в срок не менее 5 (пяти) рабочих дней с даты ее получения по электронной почте. Администрация Сайта обязуется уведомить заявителя о результатах рассмотрения его заявления (претензии) посредством отправки письма по электронной почте на адрес, указанный заявителем, а также направить ответ в письменном виде на адрес, указанный заявителем (в случае неуказания такового адреса отправки, обязательство по предоставлению письменного ответа на претензию с Администрации Сайта снимается). В том числе, Администрация Сайта вправе запросить дополнительные документы, свидетельства, данные, подтверждающие законность предъявляемой претензии. В случае признания претензии правомерной, Администрация Сайта примет все возможные меры, необходимые для прекращения нарушения прав заявителя и урегулирования претензии;
      3. Администрация Сайта в любом случае предпринимает все возможные меры к скорейшему удовлетворению обоснованных претензий третьих лиц и стремиться к максимально скорому урегулированию всех спорных вопросов.
5. Прочие условия
   1. Администрация Сайта оставляет за собой право изменять настоящие Правила в одностороннем порядке в любое время без уведомления Пользователей. Любые изменения будут размещены на Сайте. Изменения вступают в силу с момента их опубликования на Сайте.
   2. По всем вопросам использования материалов Сайта Пользователи могут обращаться к Администрации Сайта по следующим координатам: [email protected]
   3. Во всем, что не урегулировано настоящими Правилами в отношении вопросов использования материалов на Сайте, стороны руководствуются положениями Законодательства РФ.

СогласенНе согласен

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2. 1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4. 3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Частичные разряды в изоляции высоковольтного оборудования

Частичный разряд (ЧР) – это искровой разряд очень маленькой мощности, который образуется внутри изоляции, или на ее поверхности, в оборудовании среднего и высокого классов напряжения. С течением времени, периодически повторяющиеся частичные разряды, разрушает изоляцию, приводя в конечном итоге к ее пробою. Обычно разрушение изоляции под действием частичных разрядов происходит в течение многих месяцев, и даже лет. Таким образом, регистрация частичных разрядов, оценка их мощности и повторяемости, а также локализация места их возникновения, позволяет своевременно выявить развивающиеся повреждения изоляции и принять необходимые меры для их устранения.

Основные термины

Определим основные термины и интегральные параметры, описывающие частичные разряды в высоковольтном оборудовании.

Все имеющиеся в мире стандарты по ЧР определяют некоторый набор «интегральных» величин, которые могут рассчитываться или непосредственно измеряться при тесте состояния изоляции. Стандарты разных стран могут различаться в деталях, но, в основных понятиях они совпадают. В Европе используется стандарт IEC-270. Расчетные параметры, получаемые в приборе R2200, ориентированы на американский стандарт, потому, что прибор создавался для совместной продажи на рынках России и Америки. В России тоже ведутся разработки своего стандарта по ЧР, однако в настоящее время он еще не завершен.

Все стандарты по ЧР базируются на понятии «кажущийся заряд«. Под «кажущимся» зарядом понимают такой заряд, который необходимо дополнительно и мгновенно «впрыснуть» в контролируемое оборудование, чтобы восстановить равновесие, нарушенное возникновением импульса ЧР. В этом определении очень важно то, что мы не знаем параметры реального заряда, например, внутри газового включения, а измеряем (замеряем) реакцию контролируемого высоковольтного объекта схемы на возникший ЧР. Заряд потому и назван «кажущимся», так как мы не знаем истинного значения реального ЧР. Измеряется кажущийся заряд ЧР в пКл (пикоКулонах). Если сложить все заряды, зарегистрированные в оборудовании за одну секунду, то получится ток ЧР – это ток, который протекает в цепи, контролируемой датчиком, дополнительно за счет возникновения ЧР. В среднем этот ток является чисто активным и характеризует потери в изоляции из-за возникновения ЧР.

Исторически важной характеристикой является «максимальный измеренный заряд«. Почти все изготовители высоковольтного оборудования до сих пор пользуются этой величиной (если вообще чем-то пользуются) на приемных испытаниях. Конечно, понятно, что нужно измерять, что-то статистически достоверное. В старых приборах статистика задается временем усреднения, а в современных приборах это решается удалением из рассмотрения случайных одиночных выбросов. Например, в определении американского стандарта это звучит так: «амплитуда наибольшего повторяющегося разряда при наблюдении постоянных разрядов». Следовательно, этот термин не предусматривает анализ отдельных выбросов. Чтобы сделать это определение более конкретным, ограничимся учетом только тех ЧР, которые повторяются не менее 10 раз за секунду. В нашем случае, при частоте питающей сети в 50 герц, мы получаем, что один импульс должен быть не реже, чем за 5 периодов сети. Для удобства пользования этот термин будем брать в следующей формулировке: импульс ЧР будем считать периодически повторяющимся, если частота его следования составит 0,2 импульса на один период питающей сети. Далее в тексте параметр будет отражаться как Qmax. Будем делать это одинаково для любой частоты сети, 50 и 60 герц.

Ценность этого параметра достаточно высока. Многие методы диагностики базируются на нем, хотя как отдельно взятый параметр – он скорее плохой, чем хороший, по крайней мере, при постоянном мониторинге под рабочим напряжением. Мы имеем много оборудования, где большие (по амплитуде) ЧР живут успешно годами, а малые, но с большой частотой повторения – означают реальную проблему.

Как посчитать потери вызванные ЧР. Это можно сделать достаточно просто, физически. При каждом импульсе ЧР мы дополнительно впрыскиваем из источника испытательного напряжения в контролируемый объект «кажущийся» заряд. Заряд инжектируется мгновенно и связан с конкретным напряжением питающей сети. Значит энергия, которая дополнительно вводится в оборудование из-за единичного ЧР, равна заряду, умноженному на мгновенное напряжение на объекте. Далее нужно просуммировать все импульсы и получить полную энергию ЧР. Если полную энергию поделить на время суммирования, то получим мощность ЧР. Этот параметр называется «потери энергии на частичные разряды».

Формула частичного разряда:

где:

P – мощность разрядов, W,

T – время наблюдения, сек,

m –число зарегистрированных импульсов за время T, и

Qi*Vi – энергия i-го импульса

 

Основные параметры единичного частичного разряда

Базируясь на фазовом распределении импульсов ЧР, можно рассчитать мгновенное значение приложенного напряжения, конечно, если фазовая привязка импульсов выполнена правильно и достоверно рассчитана мощность. Однако не все приборы регистрируют фазовое распределение импульсов. А если эта функция в них реализована, то используемый датчик ЧР регистрирует импульсы с двух или даже трех фаз объекта. Какое напряжение следует брать в таком случае, с какой фазы? Для решения этого вопроса американский стандарт по ЧР предлагает использовать еще один диагностический параметр, который чаще всего называют PDI — «Partial Discharge Intensity». В этой величине вместо мгновенного напряжения в момент прохождения импульса ЧР берется его действующее значение, то есть одинаковое напряжение для всех импульсов, а не персональное для каждого. Проводя сравнительные расчеты можно убедиться, что различие параметров, рассчитанных в первом и во втором случаях, лежит в пределах 20 %. Этого вполне достаточно, чтобы корректно оценить уровень и строить тренд. Параметр PDI является одним из основных, используемых для оценки интенсивности ЧР в контролируемом объекте.

Очень важными являются еще два параметра единичного частичного разряда, которыми оперируют практически все разработчики диагностического оборудования и практические пользователи этого оборудования. Это частота и длительность импульса частичного разряда. Определим смысл этих параметров при помощи рисунка.

Частота импульса частичного разряда. Несмотря на кажущуюся физическую простоту этого параметра, применительно к теории частичных разрядов он может иметь вариации. На рисунке видно, что первый фронт зарегистрированного импульса достаточно крутой, но уже после первого максимума сигнал «спадает» по более пологой кривой, которая постоянно меняет свою форму. В самом же конце импульса мы имеем затухающие колебания с более высокой частотой.

Что принять в данном случае за частоту импульса частичного разряда, начало, середину, или окончание импульса? Очевидно, что эти параметры могут различаться многократно, в несколько раз, что хорошо иллюстрирует приведенный рисунок.

Необходимо кратко пояснить физическую картину данного процесса. Первоначально импульс частичного разряда возникает непосредственно в зоне дефекта. Далее импульс распространяется, электромагнитным или электрическим способом, в окружающий объем, который также имеет свои электромагнитные свойства, отличные от свойств зоны дефекта. Различие свойств этой окружающей зоны приводит к появлению в регистрируемом сигнале колебаний с другой резонансной частотой. В конечном итоге импульс может затухнуть на еще большем удалении от места возникновения, например, это может произойти уже в элементах конструкции оборудования. Частотные свойства этих сред также имеют свои резонансные свойства, причем, что самое важное, с частотными свойствами зоны дефекта они никак не связаны.

Мы приходим к выводу, что непосредственно к частоте импульса частичного разряда в зоне дефекта имеет отношение только его передний фронт, который в наибольшей мере соответствует частотным свойствам разряда. Все остальное в сигнале относится к электромагнитным свойствам среды вокруг зоны дефекта. Чем больше времени прошло с момента возникновения импульса, тем больший объем вокруг дефекта вовлечен в процесс колебаний, тем больше частот может быть «замешено» в сигнале.

Истинная частота импульса частичного разряда максимально достоверно может быть определена только параметрами переднего фронта импульса, что полностью соответствует использованию математического выражения:

F = 1 / 4*T

Согласно этому выражению, величину «длительности одного периода импульса частичного разряда» можно определить как длительность переднего фронта импульса, умноженная на четыре. Данное определение не нужно путать с другим параметром, называемым «длительностью импульса частичного разряда». Этот параметр мы определим иначе.

Общая «длительность импульса частичного разряда». С расчетом этого параметра импульса частичного разряда дело обстоит существенно проще. Для этого необходимо только принять решение о моменте времени, который следует считать окончанием импульса частичного разряда. Дело в том, при медленном затухании импульса в определении этого параметра может быть большой произвол.

Самое простое решение – импульс частичного разряда можно считать завершившимся в тот момент времени, когда его амплитуда станет меньше значения в 10% от максимальной амплитуды данного сигнала. Ограничение в 10% является условным, это может быть и 5%, но именно 10% наиболее просто использовать на практике. При меньших значениях этого параметра окончание процесса труднее определить, так как он теряется в шуме.

Таким образом, каждый импульс частичного разряда характеризуется тремя параметрами:

• «Q» – величина кажущегося заряда, количественно пропорциональная максимальной амплитуде импульса.
• «F» – частота импульса частичного разряда, количественно обратно пропорциональная длительности первого фронта импульса, умноженной на четыре.
• «T» – длительность импульса частичного разряда, определенная по уровню 10% от максимального значения импульса.

Причины возникновения частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования

Появление частичных разрядов – начальная стадия развития большинства дефектов в высоковольтной изоляции. Возникшие частичные разряды со временем перерастают в искровые и дуговые разряды, приводящие к авариям.

Обычно частичные разряды возникают в полостях и зонах изоляции, имеющих дефекты – посторонние вкрапления, газовые пузырьки, зоны увлажнения.

При росте напряжения на участке дефекта возникает один или несколько частичных разрядов, приводящих к перераспределению потенциалов внутри объема изоляции.

Если дефект располагается ближе к внешней поверхности изоляции, к более высокому потенциалу, то частичных разрядов будет больше на положительной полуволне питающего напряжения, и меньше на отрицательной.

Если дефект располагается ближе к «земляному» потенциалу, то наооборот, разрядов будет больше на отрицательной полуволне питающего напряжения.

Это статья взята из книги Русова В.А. «Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования»

Похожие материалы:

 

ЦИАМ

ЦИАМ

Об институте Центральный институт авиационного моторостроения Администрация История ЦИАМ 90 ЦИАМ 90 ЦИАМ 90 История Института Мероприятия, приуроченные к 90-летию со дня основания ЦИАМ Символика Поздравления ЦИАМ-85 Партнеры Социальная ответственность Закупки Раскрытие информации Конкурсы на замещение должностей научных работников Противодействие коррупции Специальная оценка условий труда Газета «Голос ЦИАМ» Исследования Двигатели Узлы Системы Прочность и надежность Газовая динамика и горение Кинетика физико-химических процессов Авиационная химмотология Метрология и измерения Центр сертификации Экспериментальная база Высотно-скоростные и климатические испытания ВРД Испытания узлов и систем авиационных двигателей Исследования и испытания аэрокосмических двигателей Специальные и прочностные сертификационные испытания Испытания горюче-смазочных материалов Исследования газодинамических и теплофизических процессов Исследование кинетики физико-химических процессов Измерительные приборы и метрологические компетенции Опытно-экспериментальное производство Центральный институт авиационного моторостроения Наука Диссертационные советы Издания Гранты Журнал «Авиационные двигатели»

Образование Учебный центр ЦИАМ Высшее образование Аспирантура Дополнительное профессиональное образование Целевое обучение Пресс-центр Новости Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) СМИ о ЦИАМ Интервью Фото-видеогалерея Журналистам Символика Конференции и семинары Контакты Контакты

Аккредитованных программ на получение степени

Квалифицированные, знающие и компетентные специалисты в области химии необходимы для создания процветающего и устойчивого мира. В основе этого лежит высококачественное образование в области химии, которое вдохновляет и привлекает следующее поколение практикующих ученых.

Степень в области химии, аккредитованная Королевским химическим обществом, является гарантией того, что она соответствует определенным стандартам, используемым в профессии. Он предоставляет людям знания, навыки и компетентность, необходимые для продвижения их карьеры в области химии.

Наш рецензируемый процесс аккредитации пользуется уважением и дает учреждениям внешне подтвержденный знак качества за их программы на получение степени в области химии.

Мы аккредитовываем степени бакалавра (BSc), интегрированные степени магистра (MCchem и MSci) и степени магистра последипломного образования (MSc).

Узнайте больше о преимуществах аккредитованных степеней:

Преимущества для учреждений

Преимущества для частных лиц

Какие преимущества есть для учреждений?

Многие национальные и международные химические сообщества теперь считают нас одним из лучших химических факультетов в Индонезии с международным стандартом преподавания и обучения. С аккредитацией RSC студентам стало проще, чем когда-либо, найти международных коллег для участия в программах обмена как на краткосрочный, так и на долгосрочный период. С нынешней структурой учебной программы мы настолько уверены, что проводим обучение по химии, чтобы выпускать выпускников, которые соответствуют ожиданиям наших уважаемых заинтересованных сторон.

Д-р Агус Кунчака , заведующий кафедрой химии, Universitas Gadjah Mada

Каковы основные требования?

Ключевые требования — см. список

Ключевые требования (КР) для аккредитации			Бакалавриат	Интегрированная степень магистра	Дискретная степень магистра
Широта (знания)	КР1	Доказательства изучения основных разделов химии предоставляются и развиваются в соответствующее время в течение курса.	✓	✓
	КР2	Результаты программы должны включать в себя широту понимания химии со способностью решать проблемы на пороговом уровне компетентности, как показано в Приложении A (см. брошюру).	✓	✓
	КР3	Широта понимания химии в результате предварительного обучения должна быть обеспечена в процессе приема.			✓
Глубина (знания)	КР4	Программы должны основываться на базе знаний, чтобы учащиеся могли оценить достижения в некоторых областях, находящихся в авангарде дисциплины.	✓
	КР5	Программы должны обеспечивать глубину знаний в специальных областях химической науки, демонстрируемую способностью решать проблемы на уровне, приведенном в Приложении B (см. брошюру).		✓	✓
Практические навыки	КР6	Студенты должны развить ряд практических навыков.	✓	✓	✓
Проектная работа	КР7	Программы должны включать некоторую независимую методологию расследования.	✓
	КР8	Программы должны обеспечивать исследовательскую подготовку, чтобы студенты могли завершить значительный проект, результаты которого потенциально могут быть опубликованы.		✓	✓
Размещение	КР9	Любое внешнее трудоустройство должно подлежать оценке по четким и строгим критериям, при этом университеты сохраняют контроль и надзор за своими студентами.	✓	✓	✓
Профессиональные навыки	КР10	Программы должны развивать широкий спектр передаваемых ключевых навыков.	✓	✓
Оценка	КР11	Программы должны развивать профессиональные навыки для тех, кто собирается заниматься химическими науками в качестве профессии.		✓	✓
	КР12	Оценка должна быть разнообразной, уместной и строгой и требовать от учащихся применения своих знаний и решения проблем.	✓	✓	✓
Название	КР13	Название программы должно отражать содержание и учитывать предположения работодателя о способностях выпускников на основе названия.	✓	✓	✓
Обеспечение качества	КР14	Университеты должны иметь надежные механизмы обеспечения качества для всех аспектов своих программ.	✓	✓	✓
	КР15	Ресурсы, предназначенные для программы, должны предоставлять учащимся соответствующую благоприятную среду, позволяющую им добиться успеха в достижении заявленных результатов обучения. Загрузите наше руководство по передовой практике внешнего экзамена , чтобы получить рекомендации по назначению и поддержке внешних экзаменаторов.	✓	✓	✓
Среда обучения	КР16	Учебная среда должна предоставлять сотрудникам и учащимся подходящие механизмы поддержки академического развития и благополучия для достижения заявленных результатов обучения.	✓	✓	✓

Загрузите наше руководство для студентов по аккредитации ученых степеней по химии Найдите аккредитованный курс прямо сейчас

Как подать заявку

Процесс аккредитации состоит из трех простых шагов, и мы будем поддерживать вас на всех этапах. После аккредитации ваш факультет будет включен в базу данных аккредитованных курсов.

Стать оценщиком

Хотите внести свой вклад в развитие вашего сообщества? Если вы опытный преподаватель в аккредитованном университете и член Королевского химического общества (MRSC или выше), вы можете стать оценщиком. В идеале, вы должны пройти курс одной полной когорты и участвовать в подаче заявки на аккредитацию. Департаменты могут иметь не более одного оценщика одновременно.

Если вы хотите стать волонтером, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Какие льготы для студентов?

Когда я искал университетские курсы, для меня было очень важно, чтобы степень была аккредитована, поскольку это показывает, что то, что я буду изучать, будет соответствовать высоким стандартам, и моя степень будет признана высококачественной. .

Maciej Walerowski RSci , аспирант Университета Саутгемптона

Выбор степени, аккредитованной Королевским химическим обществом, дает вам преимущество в карьере:

• гарантирует, что у вас есть знания и навыки, необходимые для достижения успеха0377
• повышает ваши шансы на трудоустройство и мобильность – наша аккредитация признана во всем мире
• дает вам автоматический доступ к профессиональным категориям членства в Королевском химическом обществе и ко всем преимуществам, которые это дает
• , обеспечивающий путь к профессиональным наградам, в том числе сертифицированному химику (CChem)

Загрузите наше руководство для студентов по аккредитации ученых степеней по химии Найдите аккредитованный курс сейчас

SCIRP Open Access

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и медико-биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по тематике  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикуйтесь у нас

• Подача документов
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Подача статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

• Синтез и характеристика аналогов амида 1,4-бензодиоксан-6-карбоновой кислоты()

  Набиль Идрис, Алан Дж. Андерсон, Оладапо Бакаре

  Международный журнал органической химии Том 12 № 3, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ijoc.2022.123012 10 загрузок  48 просмотров

• Дальнейшие разработки в области региоселективного синтеза производных 3-аройлиндола из C — Нитрозоароматические соединения и алкиноны: новый синтетический подход к правадолину, JWH-073, аналогам индотиазинона и родственным соединениям()

  Лука Скапинелло, Федерико Вавассори, Габриэлла Иеронимо, Кешав Л. Амета, Джанкарло Кравотто, Марко Симонетти, Стефано Толлари, Джованни Пальмизано, Кеннет М. Николас, Андреа Пенони, Анджело Масперо

  Международный журнал органической химии Том 12 № 3, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10. 4236/ijoc.2022.123011 12 загрузок  46 просмотров

• H-CUP: повышение уровня навыков мышления более высокого порядка с помощью структуры, основанной на когнитивном обучении, универсальном дизайне и проектном обучении ()

  Джанетт Уолтерс-Уильямс

  Творческое образование Том 13 № 9, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ce.2022.139181 10 загрузок  40 просмотров

• Нейронные и кинематические показатели почерка у нейротипичных взрослых ()

  Эльхам Бахшипур, Мэнди С. Пламб, Реза Койлер, Нэнси Гетчелл

  Journal of Behavioral and Brain Science Vol. 12 No.9, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/jbbs.2022.129025 7 загрузок  40 просмотров

• Юридические атрибуты информации об атрибуции ИС в соответствии с PIPL Китая: разъяснение терминологии идентифицируемости и введение в действие критериев идентифицируемости ()

  Чаолинь Чжан, Гэн Ван

  Beijing Law Review Vol.13 No.3, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/blr.2022.133040 12 загрузок  61 просмотр

• Кальцифицирующая уремическая артериолопатия или кальцифилаксия у пациентов, находящихся на гемодиализе: тематическое исследование и обзор литературы()

  Моду Ндонго, Нестор Нанкеу, Жозефина Нкок, Элен Мессе, Фабрис Тиако, Мамаду Муктар Диалло, Мисилиас Буауд, Аттия Хуйем, Фатиха Лахуэль, Джиллали Зиан Берруджа, Тайеб Бенсалем, Сид Али Туфик Беньягла, Кэтрин Альберт, Сиди Мохамед Сек, Эль Хаджи Фари Ка

  Открытый журнал нефрологии Том 12 № 3, 23 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ojneph.2022.123031 16 загрузок  113 просмотров

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp.org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Бесплатные информационные бюллетени SCIRP

Copyright © 2006-2022 Scientific Research Publishing Inc. Все права защищены.

верхний

Можем ли мы оптимизировать дуговой разряд и лазерную абляцию для контролируемого синтеза углеродных нанотрубок? | Nanoscale Research Letters

• Nano Review
• Открытый доступ
• Опубликовано: 18 ноября 2016 г.

• Rasel Das ¹ ,
• Zohreh Shahnavaz ¹ ,
• Md. Eaqub Ali ¹ ,
• Mohammed Moinul Islam ² &
• …
• Sharifah Bee Abd Hamid ¹  

Письма об исследованиях в области наноразмеров том 11 , номер статьи: 510 (2016) Процитировать эту статью

• 5022 доступа

• 49 цитирований

• Сведения о показателях

Abstract

Несмотря на то, что было задокументировано множество методов синтеза углеродных нанотрубок (УНТ), тем не менее, мы заметили множество аргументов, критических замечаний и призывов к его оптимизации и управлению процессом. Производство УНТ промышленного качества является неотложным, так как необходимо изобретение новых методов и инженерных принципов для крупномасштабного синтеза. Здесь мы всесторонне рассматриваем методы дугового разряда (AD) и лазерной абляции (LA) с выделенными функциями для производства УНТ. Мы также показываем механизмы роста CNT с достаточно широкими знаниями, чтобы сделать синтез более эффективным. Мы постулируем последние разработки в области инженерного углеродного сырья, катализаторов и температуры, а также других второстепенных параметров реакции для оптимизации выхода УНТ с желаемым диаметром и хиральностью. Шаги AD и LA, ограничивающие скорость, выделены из-за их непосредственной роли в настройке процесса роста. Также намечена будущая дорожная карта по изучению методов синтеза УНТ.

Обзор

Введение

Углеродные нанотрубки (УНТ) являются одним из самых захватывающих и очаровательных наноматериалов двадцать первого века [1] со многими привлекательными физико-химическими свойствами, такими как высокие механические свойства (упругость ~ 1 ТПа и предел прочности при растяжении 50– 500 ГПа), термостабильность (>700 °С) и электропроводность (3000–3500 Вт·м·^–1··К·^–1·) [2–4]. С тех пор как материал, впервые определенный Иидзимой [5] в 1991 году, УНТ продемонстрировали великолепный рост во многих дисциплинах, включая полимеры и композиты [6], проводящие кабельные волокна и термопласты [7], носители для хранения водорода [8], биомедицинские науки [9].], автоэмиссионные устройства [10], восстановление окружающей среды [11–13], электрохимия и наносенсоры [14, 15], массивы наноэлектродов или микрочипы [16, 17], оптоэлектронные устройства [18], носители катализаторов [19, 20], и многие другие [21, 22]. Недавно ученые Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и другие исследователи изучили возможность золотой лихорадки для применения УНТ в аэрокосмических исследованиях, особенно для улучшения радиолокационного поглощения. УНТ были исследованы для изготовления космического лифта, корпуса самолета, гибкого автомобиля; портативный рентгеновский аппарат и светодиодный (LED) дисплей различных крошечных устройств и были получены вдохновляющие результаты [23]. Материалы пользуются большим спросом в нынешнем столетии, и ожидается, что с годами он будет расти по спирали.

Хотя синтез УНТ считается зрелой технологией, каждый год он продолжает приносить сотни публикаций и патентов наряду с новой методологией. Голнаби [24] сравнил общее количество опубликованных статей и патентов за период 2000–2010 гг. За этот период годовой прирост исследований CNT составил 8,09% для бумаги и 8,68% для патентов на разных языках и увеличивается с каждым днем. Новые и инновационные области применения этих материалов быстро расширяются, чтобы удовлетворить текущие и будущие потребности.

Хотя многие методы, такие как дуговой разряд (AD) [25], лазерная абляция (LA) [26], химическое осаждение из газовой фазы (CVD) [27], электролитический [28], гидротермальный [29] и темплатный [30] были задокументированы с течением времени, AD, LA и CVD являются наиболее широко используемыми методами производства УНТ. Однако каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки. Во-первых, основным преимуществом метода AD является производство большого количества УНТ, и они имеют меньше структурных дефектов, чем те, которые производятся низкотемпературными методами, например, CVD. Большинство синтезированных УНТ при БА являются совершенно прямыми по сравнению с УНТ изогнутого типа, полученными методами CVD [31]. Но основным недостатком АД является его слабое влияние на выравнивание УНТ (т.е. хиральность), что важно для их характеристики и применения [32]. Кроме того, необходима очистка полученных УНТ, так как для их применения необходимо удалить металлический катализатор и аморфный углерод [33, 34]. Во-вторых, основное преимущество метода LA заключается в том, что в УНТ образуются относительно низкие металлические примеси по сравнению с AD, поскольку вовлеченные атомы металла имеют тенденцию испаряться с конца УНТ после его закрытия. Но главный недостаток ЛА состоит в том, что полученные УНТ не являются однородно прямыми, а содержат некоторые разветвления. Метод ЛА экономически невыгоден, так как процедура требует стержней из графита высокой чистоты и требует больших мощностей лазера, а количество УНТ, которое можно синтезировать в день, не так велико, как метод АД [32]. Наконец, по сравнению с ЛА, CVD является экономически практичным методом крупнотоннажного и достаточно чистого производства УНТ. Метод также прост в контроле за ходом реакции. Но большинство УНТ, полученных с помощью CVD, являются более структурно дефектными, чем полученные методами AD или LA [35].

Здесь мы подчеркиваем AD и LA, поскольку большинство исследователей часто упускали из виду возможности этих двух методов, чтобы расставить приоритеты CVD. Большинство УНТ, полученных с помощью CVD, представляют собой многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), и они пронизаны дефектами. Также трудно контролировать их хиральность и диаметр. Такие УНТ не подходят для изготовления промышленных изделий, например оптоэлектроники и светодиодных дисплеев. Поскольку промышленные потребности в одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ) растут день ото дня, для оптимизации выхода УНТ необходимо срочно решить множество загадок, путаниц и непонимания методов AD и LA. До сих пор остается неясным правильное понимание механизма роста УНТ [36]. Обширный поиск литературы подтверждает, что огромный объем литературы включает несколько книг и обзоров, описывающих синтез УНТ различными путями [37–47]. Однако мы обнаружили, что большинство из них излишне многословны и не дают четкого представления о методах AD и LA. Большинство из них имели дело с одним методом, оставляя потенциальным читателям ловушку для понимания других. Здесь мы минимизируем текстовое обсуждение и прибегаем к таблицам, иллюстрациям и рисункам, чтобы четко отображать обновления и глубокие знания об экспериментальных попытках AD и LA. В разделе «Механизм роста УНТ» мы описываем новые механизмы роста УНТ и предлагаем некоторые подсказки для контроля роста. Конструкции реакторов и экспериментальные доказательства оптимизации процессов AD и LA критически обсуждаются в разделах «Рост CNT в AD» и «Рост CNT в LA» соответственно. Ограничивающие скорость шаги каждого метода выделены здесь из-за их роли в настройке процесса роста. В разделе «Хиральный контролируемый синтез УНТ с использованием AD и LA» показано, как контролировать хиральность УНТ с использованием AD и LA. Будущая дорожная карта по изучению методов синтеза УНТ также изложена в разделе «Выводы».

Механизм роста УНТ

Все распространенные методы синтеза УНТ, такие как AD, LA и CVD, требуют одинаковых катализаторов для выращивания УНТ. Следовательно, они могут иметь общий механизм роста. Фактический механизм роста не ясен, и это остается дискуссионным вопросом среди ученых. Хотя было предложено несколько механизмов [48–55], детальный механизм реакции, приводящий к образованию УНТ, до сих пор четко не решен. Как правило, на протяжении многих лет были задокументированы два основных пути, а именно модель роста основания [56] и модель роста вершины [57]. Общий процесс включает в себя три основных этапа: (i) углеродное сырье подается на поверхность катализатора для получения фуллеренов в качестве промежуточного продукта, (ii) ускорение (мелкие углеродные фрагменты, такие как C ₂ и C ₃ ) образуется при разложении углеводородов под действием тепла и впоследствии осаждается на поверхности катализатора, и (iii) наконец, нанотрубка растет до тех пор, пока металл полностью не покроется избыточным углеродом, его каталитическая активность прекратится, и рост УНТ прекращается.

Недавно Нессим [58] предложил режим роста УНТ как методы «рост на месте» и «рост затем на месте». В режиме роста на месте нанотрубка синтезируется на границе раздела катализатор–подложка. CVD обычно используется для этого. Преимущества режима роста на месте включают (i) контроль и настройку положения УНТ на точках катализатора, (ii) возможности для вертикально ориентированных УНТ (VACNT), (iii) хорошее физическое взаимодействие с подложкой и (iv) быстрый рост. С другой стороны, в режиме «рост, затем размещение» УНТ получают с помощью AD и LA (методы синтеза УНТ без подложки). Затем синтезированные трубки отделяют друг от друга в виде ОУНТ или малостенных углеродных нанотрубок (FWCNT) или MWCNT, а отдельные нанотрубки очищают и переносят на заранее определенную область целевой подложки. Было обнаружено, что для осаждения УНТ на подложку эффективны различные методы, такие как диэлектрофорез [59].), литографическое [60] и переменное электрическое поля. Основными преимуществами режима выращивания с последующим размещением являются (i) простой процесс, (ii) отсутствие требований / низкая температура и (iii) селективность, чистота, изготовление и простота функционализации. К основным недостаткам метода относятся скомпрометированная надежность и сложный механизм переноса УНТ в определенные области подложки.

Чтобы лучше понять рост УНТ, разные исследователи предложили разные пути синтеза УНТ. Наглядная иллюстрация для быстрого и всестороннего понимания различных механизмов роста УНТ показана в дополнительном файле 1: рисунок S1. Он отображает множество маршрутов, таких как (i) модель винтовой дислокации (SDL) [61]; (ii) ткачество модели коврика [62]; (iii) выращивание УНТ по мере деформации металлических частиц и границы раздела С-металл [63]; (iv) зарождение и рост МУНТ [63]; (v) зарождение и рост ОУНТ [63]; (vi) карбидная фаза роста ОУНТ внутри МУНТ в виде гибрида [64]; (vii) весьма правдоподобный сценарий роста образования ОСУНТ и МУНТ, катализируемый металлическими частицами [64]; (viii) образование гексагональных и пентагональных колец посредством взаимодействий металл-углерод [65]; (ix) парожидкостно-твердый (ПЖС) механизм роста ОУНТ [66]; (x) твердо-жидкостно-твердое (SLS) механизм зарождения и роста ОУНТ [67]; (xi) механизм зарождения ОУНТ из металлического кластера [66]; (xii) влияние скорости введения углерода на процесс роста [66]; (xiii) циклодегидрирование молекул-предшественников концевых кэпов ОУНТ и последующий рост УНТ [68]; (xiv) способ диффузии углерода [69]; (xv) холм, нанополость и оболочка толщины модели роста корня [70]; (xvi) способ воздействия роста ОУНТ на металлический катализатор [71]; (xvii) рост ОУНТ и выбор хиральности, индуцированные добавлением одного атома углерода и димера C ₂ в условиях без катализатора [72]; (xviii) пар–твердое–твердое (VSS) [73]; (xix) циклопарафенилены как матрицы для быстрого образования УНТ [74, 75]; (xx) диффузия поступающих углеродных частиц на наночастицы [76]; (xxi) механизм роста ориентированных углеродных нанотрубок [77]; и (xxii) модель провод-трубка в безкаталитическом методе CVD [78].

Недавно Мохаммад [70] попытался разработать девять базовых правил, управляющих механизмами роста УНТ. Автор использовал теоретические модели с экспериментальными данными для изучения, в частности, VACNT распределений узкой хиральности. Таким образом, было показано, что высокоэнергетические центры (HET) каталитического агента чужеродного элемента (FECA) и наночастицы субстрата (SUBSANO) определяют каталитический распад предшественников источника углерода (Rs), которые должны быть нестабильны под влиянием HET ( правило 1). Наночастицы (катализатор и субстрат) регулируют диффузию поступающих видов Rs двумя путями, такими как объемная и поверхностная диффузия (правило 2) (дополнительный файл 1: рисунок S1 (XX)). Оболочка УНТ, которая создается путем диффузии частиц Rs к периферийной поверхности, сопровождается объемной диффузией R _S видов через капельку. При дальнейшей посадке Rs на наночастицы преобладала оболочка (правило 3). Наночастицы с более высокой поверхностной энергией, чем частицы Rs, были необходимы для диффузии частиц Rs с низкой поверхностной энергией до высокой периферийной поверхностной энергии наночастиц. Он пассивирует оборванные связи на поверхности и в конечном итоге стимулирует дальнейший рост нанотрубки (правило 4). Диффузия частиц Rs на наночастицы контролируется морфологией оболочки, такой как пористость. Гомогенные поры с плавной диффузией могут быть получены путем оксигенации. Он стимулирует сборку атом за атомом небольших углеродных фрагментов для зародышеобразования УНТ (правило 5). В дополнение к пористости для лучшего роста нанотрубок важны предварительно насыщенные растворимые формы Rs, однородные в оболочке наночастицы (правило 6). Процент растворимости был выше для Fe, Ni и Co, чем для Au, Pd и Re оболочек. Поверхностные атомы наночастиц и межатомные взаимодействия между наночастицами и объемными атомами создают стрессовую среду на их поверхности [79].]. Эта энергия поверхностного напряжения обеспечивает рост нанотрубок с узким хиральным распределением. Оболочка должна иметь равномерное распределение напряжения на поверхности, которое разделяет частицы R _S на периферийные пространства наночастиц (правило 7). Правило 8 определяло размеры ножек оболочки по скорости и типам роста УНТ. Наночастицы с малой шириной оболочки показали наибольшую растворимость частиц R _S в оболочке наночастиц. Меньшая толщина стенки нанотрубки при одинаковой ширине оболочки позволила увеличить скорость роста в направлении ОУНТ > двухстенные УНТ (ДУНТ) > МУНТ > МУНТ. Наконец, скорость роста УНТ (GN) на поверхности наночастиц уменьшается с увеличением обратной температуры T [например, log (GN)/1/T ¹ ] (правило 9). Это связано с контролирующим поведением температуры на проницаемости частиц R _S в скорлупе [76].

Однако мы считаем, что одного механизма недостаточно для роста всех нанотрубок разного диаметра, длины и хиральности. Способы настройки атомного масштаба еще предстоит разработать. Процесс настройки может быть связан с формой катализатора, химическим составом, морфологией, текстурой и некоторыми другими факторами. Еще предстоит решить проблемы с добавлением небольших углеродных фрагментов, называемых scoot, на концах нанотрубок. В некоторых статьях сообщалось, что добавление мономерных и димерных углеродных фрагментов к кончикам растущих нанотрубок способствует процессу роста. Однако, насколько нам известно, точная природа такого механизма еще не установлена. Выращивание гибрида или смеси УНТ долгое время было проблемой. Отделение чистых УНТ, особенно ОУНТ, от их смесей является сложной задачей, поскольку они имеют много общих черт с МУНТ, что делает традиционные методы разделения неэффективными. Если бы мы могли контролировать добавление одного атома углерода к перетяжке нанотрубок, можно было бы изменить их свойства, необходимые для объемных применений. Например, мы можем контролировать их электронные свойства, изменяя их хиральный угол, который может превратить металлические нанотрубки в полупроводниковые свойства, которые мы выделяем в разделе «Хиральный контролируемый синтез УНТ с использованием AD и LA». Особое внимание следует уделять контролю диаметра и хирального угла, поскольку эти параметры определяют металлические, полупроводниковые или запрещенные свойства синтезированных УНТ. С другой стороны, количество образовавшихся стенок, за которыми следует их сила укладки, может потребовать MWCNT. Мы считаем, что полное понимание роли катализатора в росте нанотрубок позволило бы раскрыть оба явления и предложило бы программируемый надежный путь для синтеза структурно однородных УНТ, которые часто важны для специализированных приложений.

Обширное литературное исследование показывает некоторые пробелы в исследованиях, противоречивые гипотезы и проблемы, которые могут быть рассмотрены для понимания лучших механизмов роста и должны быть исправлены для увеличения выхода УНТ с желаемыми свойствами. Во-первых, спорное понимание катализатора металлических наночастиц во время роста УНТ заключается в том, остаются ли они в твердом или жидком/расплавленном состоянии, является ли диффузия углерода в металле объемной или поверхностной диффузией, является ли фактическим катализатором роста УНТ чистый металл или карбид металла и др. [80]. Гавилле и др. В работе [81] предложен механизм базового роста УНТ, учитывающий объемную диффузию углеродных частиц через объем металла при температуре (T) ниже температуры эвтектики (T _E ) каталитического эвтектического сплава в процессе роста. Большая часть УНТ росла в прошлом, когда T < T _E поднимали вопрос, как могла происходить объемная диффузия при T < T _E ? Мог ли вообще образоваться для этого эвтектический сплав при Т > ТЕ — в нарушение правил образования эвтектического сплава? [76] Существующие механизмы роста никогда не могли быть объяснены этим сценарием и оставались непрозрачными. Во-вторых, нет ранее опубликованных объяснений, позволяющих расширить наши знания о том, где и как активный R _s частиц создаются из их предшественников/источников и зародышеобразуются, образуя стенку УНТ на поверхности катализатора. Использование просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) in situ в атомном масштабе [82] во время процесса реакции, безусловно, может помочь в наблюдении и понимании процесса зародышеобразования. В-третьих, хорошо известно, что диффузия углерода будет происходить после роста основания или механизма роста корней, когда осаждение УНТ не сможет вытолкнуть металлическую частицу вверх (особенно в случае, когда наночастица катализатора прочно прикреплена к подложке). Поскольку на поверхности наночастиц имеется покрытие, которое образовалось на ранней стадии реакции, покрытие будет блокировать попадание частиц углерода на поверхность наночастиц для дальнейшего зародышеобразования. Таким образом, Gohier et al. [83] утверждали, что и рост основания, и рост кончика могут происходить на одной и той же наночастице, сформированной на одной и той же подложке. Это предполагает, что адгезия подложки к наночастицам, вероятно, не является реальной причиной базового роста УНТ. Наконец, отсутствуют опубликованные исследования, посвященные раскрытию вклада различных размеров и форм катализатора наночастиц в рост нанотрубок. Поскольку металлический катализатор может быть зернистым, островковым, карманным или пятнистым из-за воздействия температуры, они могут иметь различную форму и размер. Мацубара и Камия [84] заметили, что колебания атомов в наночастице более анизотропны и намного больше на верхней поверхности, чем внутри нее. При высокой температуре поверхность наночастиц проходит несколько стадий беспорядка. Вклад этих беспорядков в подрешетку может оказывать положительное и/или отрицательное влияние на диффузию углерода на неупорядоченную поверхность катализатора. Поэтому катализатор может быть кристаллическим, полукристаллическим и некристаллическим в зависимости от температуры роста. Основываясь на этих гипотезах, можно провести будущие исследования для настройки форм наночастиц, которые могут определить общую хиральность и диаметры УНТ, созданных методами AD, LA и CVD.

Рост УНТ в н.э.

н.э. — это распространенный и простой метод синтеза УНТ, который изначально применялся для синтеза фуллеренов. Метод синтезирует УНТ [85–88] со смесью компонентов, таких как углеродсодержащие частицы и металлические катализаторы, поэтому очистка продукта является обязательной [89]. Принцип метода АД схематически изображен на рис. 1. В этом методе большой ток (50–100 А) подается через два графитовых электрода — анод и катод в закрытой камере. Плазма инертного газа поджигается при высокой температуре (>1700°С) и низком давлении (50–700 мбар) в камере. Два графитовых электрода со средним диаметром около 6–12 мм располагаются лицом к лицу с зазором 1–4 мм [9].0, 91]. Подаваемый ток образует мелкие углеродные фрагменты, разрушая графитовые углеродные сети в электроде положительного анода. Затем фрагменты одновременно осаждаются на отрицательном катодном электроде. Таким образом, длина отрицательного анода уменьшается с инициированием образования УНТ на положительном электроде катода [92]. Таким образом, длина и состав анода прямо пропорциональны образованию УНТ на катодном электроде. Атомы углерода испаряются под действием высокой температуры и давления и высвобождаются из графитового стержня анода в виде небольших углеродных кластеров (C ₃ /C ₂ ) [90]. Впоследствии этот кластер осаждается на предшественнике или на металлической поверхности катализатора на поверхности катодного электрода и перестраивается в структуру УНТ, подобную микротрубочкам. Однако образование желаемых УНТ (либо ОУНТ, либо МУНТ) в значительной степени зависит от типа инертного газа, температуры, тока и катализаторов, используемых в разрядной камере, что мы подчеркиваем в конце раздела «Технические принципы оптимизации выхода УНТ». .

Рис. 1

Схема устройства AD для синтеза ОУНТ и МУНТ

Увеличенное изображение

Технологические принципы оптимизации выхода УНТ

Синтез чистых ОУНТ весьма востребован, поскольку они имеют широкое применение в электронике и биомедицинских областях [93, 94]. Для синтеза этой специальной трубки методом АД анод пропитывают различными металлическими катализаторами, которые не требуются для синтеза МУНТ (рис. 1). Анодный композит определяет основную морфологию ОУНТ, поскольку он содержит либо один металл (Fe, Co, Al, Ag, Mn, Mg, Pt, Pd, Ni и т. д.), либо металлокомпозит (Mg–Ni, Fe–Co). , Ni–Ti, Co–Au и др.) [95, 96].

Iijima и Ichihashi [86] и Bethune et al. [87] впервые синтезировали ОУНТ методом АД. Сайто и др. В работе [97] использовались катализаторы Ru, Pd, Rh, Os, Ir и Pt, причем Pd, Rh и Pt продемонстрировали хорошую каталитическую активность с выходом ОУНТ более высокого качества. Таким образом, как рост, так и качество синтезируемых УНТ зависят от конкретного металлического катализатора, используемого в реакционном сосуде. Помимо металлических катализаторов, катализаторы на основе оксидов металлов (Y ₂ O, C _e O ₂ и La ₂ O ₃ ) также широко используются в синтезе ОУНТ [98]. Чжао и его коллеги (2010) разработали эффективный и экономичный метод с использованием древесного угля в качестве основного источника углерода и FeS в качестве катализатора. ОУНТ диаметром 1,2 нм были синтезированы в большом количестве с использованием этой угольной подложки. Этот метод снизил стоимость исходных материалов примерно в десять раз [99]. Эта группа также использовала битумно-угольную подложку и смеси катализаторов Ni-Y и получила умеренные выходы ОУНТ диаметром 1,2–1,7 нм [100]. УНТ наблюдались даже в отсутствие металлических катализаторов, когда в качестве субстрата использовался пиритсодержащий уголь. Вероятно, загрязненный металл, изначально присутствующий в колчеданном угле, мог выступать дополнением к постороннему катализатору. Мути и др. [47] подробно рассмотрели синтез УНТ на основе угля с использованием AD, термического и плазменного осаждения CVD.

Недавно Xu et al. представили другой экономически эффективный метод. [101]. Эта группа синтезировала ОУНТ, УНТ с двойными стенками (УНТ) и УНТ с тройными стенками (ТУНТ) из асфальтового субстрата — распространенного источника углерода, встречающегося в природе. В другом эксперименте Xu et al. [102] использовали электрод из нефтяного кокса в качестве источника анодного углерода, который смешивали с порошком Fe (1:2) для синтеза как ОУНТ (диаметром 1,0–1,6 нм), так и ДУНТ (диаметром 3,0–4,4 нм) в соответствии с N _{. 2} , давление газов He и Ar 0,04–0,05 МПа. Преобразование нефтяного кокса в ОУНТ с высокой добавленной стоимостью показало уникальную возможность использования других дешевых источников углерода в качестве основного углеродного сырья, что может снизить общую стоимость производства как ОУНТ, так и ДУНТ в коммерческих помещениях.

Синтез ОУНТ с контролируемым диаметром, которые обладают превосходными физико-химическими свойствами, часто является сложной задачей. Температура играет решающую роль в этом предприятии, поскольку она вызывает конденсацию металлов и атомов углерода между окружающей плазмой и катодным электродом и, таким образом, контролирует диаметр нанотрубки в реакционном сосуде. Используя аргон с более низкой теплопроводностью, Farhat et al. [103] получили ОУНТ меньшего диаметра (1,2 нм). Диаметр уменьшался на 0,2 нм на каждые 10 % увеличения соотношения аргона и гелия при использовании «C:Ni» и «C:Y» при соотношении 9.4,8:4 и 94,8:1 соответственно. Следовательно, изменение температуры вызывает изменение соотношения Ar:He, что может привести к изменению морфологии нанотрубок. Температура изменяет рост нанотрубок, так как напрямую влияет на срок службы катализаторов. Другим механизмом управления морфологией ОУНТ является регулирование расстояния между электродами анода и катода. Он регулирует поток и увеличивает скорость разложения анода с последующим увеличением производства ОУНТ. В методе CVD некоторые металлические катализаторы, такие как Co, Mo и Ni, используются для синтеза ОУНТ малого диаметра (0,6–1,2) [9]. 8]. Применение таких катализаторов в методе АД также приводит к получению ОУНТ с аналогичными характеристиками [98]. Эти диаметры значительно меньше нормального диаметра (1,2–1,4 нм) ОУНТ [104]. В дополнение к контролю диаметра устойчивые к окислению ОУНТ часто являются предпочтительным материалом в области оптоэлектроники. Хуанг и др. [105] значительно улучшили метод АД с использованием чашеобразного катода для синтеза ОУНТ с высокой устойчивостью к окислению и меньшим уровнем дефектов (рис. 2). Магнитное поле также может применяться для контроля диаметра ОУНТ в камере AD [106, 107]. Йокомичи и др. [108] применили сильное магнитное поле (10 Тл) для контроля диаметра ОУНТ (1,3 нм с магнитными полями и 0,8 нм без магнитных полей) и увеличили скорость осаждения.

Рис. 2

Схематические чертежи установки электродов для a a обычного и b новых электродов AD с чашеобразным основанием. Рисунок адаптирован с разрешения Американского химического общества. [109]. Для устранения примесей можно применять несколько методов, таких как влажное окисление, кислотная и термическая обработка, отжиг, фильтрация, ультразвуковая обработка и очистка газа для получения высококристаллических ОУНТ [46]. Чон и др. [110] синтезировали ОУНТ методом АД и очищали их термической и кислотной обработкой. Высококристаллические ОУНТ с превосходными характеристиками наблюдались после тщательной очистки. Таким образом, синтез чистых, бездефектных и высококристаллических ОУНТ до сих пор остается технологической задачей.

Синтез малостенных и двустенных углеродных нанотрубок (Ф/ДУНТ) аналогичен синтезу ОУНТ, но более сложен [111]. Процесс в гораздо большей степени зависит от факторов роста, смешанных в реакционном сосуде. Несколько успешных проектов по синтезу F/ДУНТ представлены в разделе LA. Интересно отметить, что ДУНТ с высокой чистотой и выходом (4 г/ч) также могут быть синтезированы из МУНТ вместо графитового порошка [112].

Вероятно, метод углеродного AD является самым простым способом получения МУНТ при условии соблюдения надлежащих условий роста. Игольчатые МУНТ были впервые синтезированы Иидзимой [5] с использованием метода AD-испарения с постоянным током в сосуде, заполненном аргоном, под давлением 100 Торр. Размер трубки составлял 4–30 нм в диаметре и 1 мм в длину. Однако чистые МУНТ с высоким выходом трудно получить с помощью AD из-за влияния различных параметров, таких как атмосфера, ток и состав электрода; плазма и давление используются в реакционной камере. Различные факторы реакции могут изменить морфологию конечных продуктов УНТ [113]. Обширные экспериментальные данные синтеза МУНТ по методу AD были предоставлены Shimotani et al. [114] в четырех различных атмосферах (He, CH ₃ CH ₂ OH, CH ₃ COCH ₃ и C ₆ H ₆ ) при давлении 50–500 Торр. Атмосферы CH ₃ CH ₂ OH, CH ₃ COCH ₃ и C ₆ H ₆ увеличивают производство МУНТ вдвое по сравнению с атмосферой He. Вероятно, разложение CH ₃ CH ₂ OH, CH ₃ COCH ₃ и C ₆ H ₆ под действием высокого давления и температуры способствует образованию свободных атомов углерода и водорода, которые синтезируют кластер МУНТ на электронно-лучевая трубка [46]. В плазменном вращающемся АД внутренняя плазма циркулирует в реакционной камере. Вращающая сила распределяет и ускоряет атомы углерода в паре и ускоряет их по направлению к сборке нанотрубок. Однако недавние исследования показали, что влияние высокого давления более заметно, чем газовая атмосфера, при синтезе МУНТ. Кота и др. [115] использовали разные давления He (80–600 Торр). Самый высокий процент МУНТ был обнаружен при 450 Торр из-за его высокой скорости испарения в анодном электроде. Они также предложили метод получения высококристаллических МУНТ на графитовом электроде высокой плотности. Такая нанотрубка может открыть новые возможности в области очистки воды, поскольку УНТ могут создавать мембрану УНТ, которая действует как полая трубка для транспортировки в нее воды и одновременно отталкивает несколько загрязняющих веществ в воде [116]. Интересно отметить, что Ким и др. [117] синтезировали отводы из МУНТ (73 % кристаллических, 10 нм в диаметре, 2,3 мкм в длину) с использованием подвижного графитового анода и вращающегося высокорезистивного катода в условиях стабильной дуги. Такая трубка может быть использована для легкого и контролируемого приготовления токопроводящих пластиковых композиционных материалов. Хотя DC AD обычно используется в качестве источника тока, на практике также применяются импульсные методы. Используя импульс длительностью 0,2 мкс, Parkansky et al. [118] синтезировали МУНТ диаметром 10 нм и длиной до 3 нм.

AD между двумя электродами из чистого графита без каких-либо металлических катализаторов дает окончательную структуру МУНТ. Его морфология во многом зависит от гомеостатической среды реакционного сосуда. Жидкий азот как атмосферный газ эффективно работает [119, 120] с точки зрения высокой чистоты и выхода. Процедура экономична, так как не требует высокого давления и дорогих инертных газов. Метод вращающейся плазмы полезен для увеличения выхода [121]. Он предполагает равномерное распределение разрядов, что позволяет стабилизировать плазму в большом объеме. Различные атмосферные газы имеют разные диффузионные способности, которые могут влиять на зарождение углеродных кластеров на катодном электроде. Это создает однородную теплопроводность, которая помогает выращивать МУНТ равномерно с различными слоями, диаметрами и распределением по размерам в зависимости от скорости коэффициента диффузии окружающей плазмы в разрядном реакционном сосуде.

Чтобы помочь потенциальным читателям понять целостный подход к производству SWCNT, FWCNT и MWCNT с использованием метода AD, здесь мы собираем некоторые основные результаты, как показано в таблице 1. Как показано в таблице 1, ясно, что использование катализаторов является обязательным для синтеза как SWCNT, так и FWCNT, тогда как MWCNT можно получить без катализатора. Три катализатора, такие как Fe, Ni и Co, широко используются с другими активаторами катализатора в форме би(три)металлических наночастиц. Хотя наночастиц Fe достаточно для производства SWCNT, добавление серы оказалось важным для производства FWCNT. Это может быть связано с влиянием серы на образование ядра/оболочки на катоде, которые могут иметь разные точки плавления, и это ядро/оболочка может способствовать росту FWCNT [122]. Гелий и аргон являются широко используемыми газами для производства ОУНТ, тогда как водород и аргон оказались популярными для производства ОУНТ (таблица 1). Но мы не рекомендуем использовать чистый водород, так как замечаем, что он неблагоприятен для массового производства Т/УНТ из-за нестабильности АД-плазмы [123]. Для производства МУНТ обычно используются гелий, воздух и водород (таблица 1). Водород более подходит, потому что он обладает высокой теплопроводностью, и использование водорода может обеспечить высокую чистоту УНТ, поскольку он может восстанавливать аморфный углерод, образуя с ними углеводород [124]. Таблица 1 также показывает, что использование гелия и аргона подходит для получения высококачественного и длительного производства УНТ. Средний диапазон давления для выхода УНТ, показанный в таблице 1, составляет от 200 до 500 Торр, но зависит от природы газов. Давление необходимо для обеспечения энергией молекул газа и действия в качестве стенки для устойчивого потока ионов между электродами АД. Для гелия обычно требуется более высокое давление (500 Торр), чем для монооксида углерода, аргона и водорода. Обнаружено, что при давлении ниже 300 Торр выход очень низок, поскольку плотность ионов будет уменьшаться при более низком давлении, что может привести к нестабильности AD-плазмы. С другой стороны, при высоком давлении в плазме участвует больше ионов, что ограничивает движение паров углерода от анода к катоду и снижает выход УНТ. Как показано в таблице 1, средняя плотность тока используется в AD от 50 до 200 А. Самая высокая плотность тока может дать лучший выход S/FWCNT, тогда как самая низкая плотность тока может дать толстые и длинные MWCNT. Однако нет убедительных доказательств того, что регулирование плотности тока может обеспечить высокое качество УНТ, и, следовательно, существует острая необходимость установить сильную корреляцию между оптимальными уровнями тока и образованием нанотрубок.

Таблица 1 Параметры реакции для оптимизации выхода УНТ с использованием метода AD

Полная таблица

Качество УНТ и скорость их производства в AD зависят от нескольких факторов, таких как подача энергии, прекурсоры углерода, атмосферные газы, типы катализаторов , давление газа и, наконец, температура. Здесь мы выделяем один за другим в последующих абзацах, чтобы потенциальные читатели могли оптимизировать желаемый выход УНТ, используя метод AD.

Во-первых, источник питания необходим для создания электронного разряда, который в конечном итоге контролирует температуру плазмы. Чтобы генерировать дугу между электродами, большинство исследователей использовали как источник питания переменного, так и постоянного тока. На рисунке 3а представлена ​​популярность переменного, постоянного тока и импульсной дуги для производства УНТ. Как показано на рис. 3а, несмотря на то, что источник питания постоянного тока широко используется, большую часть времени ионизированный газ в реакционной камере может дрейфовать к катоду и препятствовать осаждению ионов углерода на поверхности катода. Это можно преодолеть, используя переменный ток и/или импульсный AD. Было показано, что переменный ток образует углеродные отложения на стенке камеры вместо катода [125], и для этого нет установленной причины, и он остается открытой областью для будущих исследований. Однако основным недостатком питания дуги переменного тока является низкий выход УНТ. Наше мнение — использование импульсной дуги, так как они более энергичны и могут быть благоприятны для производства УНТ. Этот энергетический импульс может непрерывно бомбардировать анод, что приводит к более высокой энергии электронов, что может увеличить выход [126].

Рис. 3

Круговая диаграмма, показывающая процент опубликованных работ по AD-опосредованному синтезу УНТ с использованием источников питания a , прекурсоров углерода b и атмосфер c . Рисунок изменен и перепечатан с разрешения Elsevier [128]

Полноразмерное изображение

Электропитание также зависит от напряжения, которое обычно прикладывается между 15 и 30 В к электродам, которое должно поддерживаться постоянным для стабильной плазмы. Методом AD было показано, что внезапные изменения напряжения могут формировать не прямые, а бамбуковые УНТ [127]. В дополнение к напряжению ток дуги показал прямое влияние на скорость производства УНТ. В большинстве литературных источников для абляции анода указан фиксированный нефлуктуирующий ток около 50–100 А. Но Кадек и др. [128] утверждали, что плотность тока должна фиксироваться в диапазоне 165–196 А/см ² , чтобы увеличить выход УНТ.

Во-вторых, выбор подходящего прекурсора углерода в AD очень важен для регулирования качества, особенно чистоты УНТ. Как показано на рис. 3b, в большинстве опубликованных работ в качестве прекурсора углерода используется графит, возможно, из-за его превосходной теплопроводности и электронной проводимости, а также доступного на рынке в чистом виде. Хотя некоторые ученые использовали технический углерод из-за его природного содержания, мы считаем, что этого следует избегать, поскольку технический углерод содержит аморфный углерод, который может добавлять примеси в конечный продукт УНТ. Помимо сажи, было обнаружено, что уголь идеально подходит для синтеза FWCNT. Было показано, что сера в угле ускоряет рост FWCNT и влияет на распределение диаметра производимых CNT [129]. ]. Хотя использовались некоторые другие второстепенные источники углерода, такие как фуллерен [130], шинный порошок [131] и углеводороды [132], их вклад в производство УНТ требует дальнейшего изучения и изучения.

В-третьих, как показано на рис. 3в, наибольший процент исследований, проведенных АД, проводился в присутствии таких газов, как гелий, водород и аргон. Здесь мы суммируем влияние этих трех газов на производство УНТ, а также показываем влияние азота на скорость роста нанотрубок, контроль диаметра, чистоту и типы УНТ, как показано на рис. 4. Танг и др. [133] утверждали, что быстрый запуск водорода может препятствовать закрытию концов нанотрубки. Вот почему большинство ученых могут использовать водород в смеси с благородным газом, таким как аргон или гелий, для стабилизации плазмы. Вместо газов добавляют некоторые жидкости, например, деионизированную воду и солевой раствор, которые используются, как показано на рис. 3c. Некоторые авторы [134] использовали раствор NaCl из-за его хорошей проводимости и более низкой стоимости по сравнению с газами водорода, азота и гелия, но его вклад в получение высококачественных УНТ был неудовлетворительным.

Рис. 4

Влияние обычных газов, используемых в производстве УНТ методом AD. Прямые и пунктирные линии обозначают положительные и отрицательные эффекты соответственно. Пересечения линий указывают на синергетические эффекты

В-четвертых, наночастицы катализатора являются основным параметром для производства УНТ. Обширное литературное исследование подтверждает, что большинство широко используемых катализаторов представляют собой Ni, Fe и Co. Иногда эти катализаторы используются вместе с другими катализаторами в качестве промоторов. Здесь мы иллюстрируем влияние некоторых распространенных катализаторов на рост УНТ, контроль диаметра, чистоту и типы, как показано на рис. 5. Согласно таблице 1, существует множество би(три)металлических катализаторов, которые используются для желаемых УНТ. производство. Но следует иметь в виду, что размер УНТ обычно зависит от соответствующего размера частиц металлического катализатора. Большинство би- или триметаллических катализаторов могут иметь длительный срок службы катализатора, но размер этого гибрида будет выше. Однако Ni и Fe остаются популярными катализаторами для выращивания высококачественных УНТ. Основным узким местом использования Fe является их преобразование в неактивную форму катализатора, например, Fe 9.0732 2 О ₃ . Хотя хорошо известно, что МУНТ были получены в отсутствие катализатора, в нескольких сообщениях было доказано образование МУНТ в присутствии катализатора [135, 136]. Сначала следует оптимизировать концентрацию металлического катализатора, чтобы оптимизировать скорость зародышеобразования. Ван и др. [137] утверждали, что максимальная концентрация Fe в аноде не должна превышать 10% для образования УНТ. Одной из гипотез этого может быть то, что более высокое количество Fe может ограничивать движение углеродных паров к катоду.

Рис. 5

Влияние катализаторов на образование УНТ в методе AD. Прямые и пунктирные линии обозначают положительные и отрицательные эффекты соответственно. Пересечения линий указывают на синергетические эффекты

Изображение в полный размер

В-пятых, давление в дуговой камере важно для высвобождения энергии газа и поддержания гомеостатической среды, т. е. потока ионов между катодом и анодом. В большинстве опубликованных работ использовалось давление газа от 300 до 700 Торр [138], которое является эффективным давлением для водорода (500) [139].], азот (350) [140], аргон (100) [141], гелий (500) [142], воздух (60 Торр) [143]. В целом можно сделать вывод, что оптимальное давление может быть установлено около 500 Торр для высокого выхода УНТ. Тем не менее, экспериментаторы должны выполнить план эксперимента и оптимизировать эти требования к давлению на основе других факторов, прежде чем установить оптимальное значение.

Наконец, температура является основной движущей силой в ионизации газа и создании плазмы, которая напрямую регулируется плотностью тока. Считается, что синтез УНТ при более высокой температуре может дать более кристаллические УНТ. Более высокая температура (3600–3800 К) может быть достигнута при использовании водородной плазмы, тогда как для аргоновой плазмы требуется от 2200 до 2400 К [138]. Требования к температуре соответствуют тенденции MWCNT> DWCNT> SWCNT, как исследовали Joshi et al. [144]. Хотя более высокая температура может ускорить выход УНТ, она может оказывать альтернативное влияние на контроль диаметра, например, уменьшая диаметр ОУНТ [145]. Чжао и др. [146] предположили, что оптимальная температура для образования УНТ составляет 600 °С, за пределами которой их диаметр уменьшается.

В целом, чтобы увеличить выход УНТ с желаемым качеством, вышеуказанные параметры должны быть серьезно пересмотрены, поскольку метод AD не может производить чистые УНТ для крупномасштабного использования. Получение высокого выхода УНТ также зависит от скорости охлаждения, которая также зависит от тока дуги и формы катода, температуры и теплопроводности газов камеры. Как правило, за минуту реакции может быть получено 20–50 мг УНТ, что может быть дополнительно увеличено за счет оптимизации значений тока и давления, диаметров электродов, состава катализатора и атмосферы. Хотя в некоторых источниках удалось получить высокий выход УНТ 2–6 г/ч [139, 147], контроль размеров и диаметра нанотрубок до сих пор остается без ответа.

Рост УНТ в LA

Несмотря на то, что метод AD позволяет использовать подходящие катализаторы и газовые фазы, синтез однородных и чистых ОУНТ остается давней проблемой [88]. Поэтому парадигма была смещена, чтобы изобрести другой метод, называемый процессом импульсной лазерной абляции (PLAP) [148] или просто LA, способный производить 500 мг SWCNT за 5 минут с чистотой до 90 % [149]. Основной принцип ЛА очень прост и легок в исполнении. Особенностью этого метода является использование источника света, который отсутствует в процессе AD и был впервые введен Guo et al. [150]. Группа предложила модель (рис. 6) с использованием импульсного лазерного источника ND:YAG (алюминий-иттрий-гранат, легированный неодимом), который используется до сих пор. Установка состоит из реакционной камеры в кварцевой трубке (диаметром 25 мм и длиной 1000–1500 мм), установленной в регулируемой откидной трубчатой ​​печи/духовке. По запросу оператора целевой стержень (либо чистый графит для МУНТ, либо смесь металлического графита для ОУНТ) помещается в среднюю высокотемпературную зону, обычно работающую при 1200 °C. Затем кварцевая трубка герметизируется на выходе насоса. Затем в кварцевую трубку на входной стороне трубки вводят инертный газ или газовую смесь. Регулятор давления на стороне выхода управляется для подачи потока газа в трубу. Затем в кварцевую трубку вводят лазерный источник типа ND:YAG и размещают таким образом, чтобы он непосредственно фокусировался на целевом стержне в середине. Мощность лазера испарила целевой стержень и произвела множество рассеянных частиц углерода. Инертный газ или его составные потоки уносят частицы углерода, чтобы осадить их в коллекторе на выходе из трубы. Прежде чем инертный газ выйдет из трубки, он поступает в водоохлаждаемый коллектор и фильтр для осаждения УНТ. Обычно ND:YAG работает со следующими параметрами (длина волны колебаний составляет 1064 или 532 нм, тепловыделение составляет 300 мДж, частота повторения составляет 10 Гц, половина максимальной ширины поля (FWHM) <10 нс и диаметр сфокусированного луча на цели. пятно 3–8 мм).

Рис. 6

Схематическое изображение установки LA с использованием лазерной системы ND:YAG. МУНТ и ОУНТ синтезируются, когда целевым стержнем является чистый графит и смесь графитового катализатора, соответственно ЛА методы. Синтез УНТ зависит от многих параметров, таких как состав целевого материала, типы катализаторов и их конкретное соотношение, расход газа [151], давление, температура печи и другие свойства лазера (например, тип, длина волны колебаний, тепло, повторение, диаметр пятна). , и другие). Анализируя события, представленные в таблице 2, можно сделать несколько гипотез. Во-первых, как SWCNT, так и MWCNT могут быть получены, когда в методе LA используются графитовые стержни, легированные катализатором, и стержни из чистого графита соответственно. В целом ЛА может обеспечить более высокий выход ОУНТ с лучшими свойствами и меньшим размером по сравнению с ОУНТ, полученными методом АД. Большинство полученных ОУНТ относительно чисты, чем ОУНТ, произведенные AD. Во-вторых, наиболее часто используемыми катализаторами являются Ni, Co, Fe и Pt, и очень часто существуют промоторы (т. е. смешанные катализаторы) для более высокого выхода ОУНТ. Эффективность катализатора соответствует тенденции Ni > Co > Pt или биметаллического Co/Ni > Co/Pt > Ni/Pt > Co/Cu. Самый высокий выход может быть обеспечен при использовании Ni/Y и Ni/Co. В-третьих, аргон чаще используется в ЛА и подходит для производства ОУНТ. В-четвертых, большая часть давления аблации находится в диапазоне от 200 до 500 Торр. Предполагается, что менее 200 Торр может производить аморфный углерод, а более высокая температура может производить кристаллические УНТ. В-пятых, более высокая температура (>1000 °C) благоприятна для производства УНТ с минимальными дефектами. Температура <1000 °C может вызывать дефекты и снижать выход УНТ. В-шестых, как ND:YAG, так и непрерывная волна (cw)-CO ₂ лазерная абляция используется чаще, но лазерная абляция cw-CO ₂ показала лучший результат, чем ND:YAG при более низкой температуре. Энергия солнечного света может быть экономичной, но испарение целевого графита может быть неоднородным.

Таблица 2 Параметры реакции для оптимизации выхода УНТ методом ЛА процесс ЛА. Их взаимодействия вместе с ключевыми факторами вкратце изображены на рис. 7. В качестве углеродного сырья для роста нанотрубок могут выступать не только целевой графитовый стержень, но и атомы углерода, взвешенные в окружающей атмосфере в реакционной камере [152]. Имеющийся запас углеродного сырья позволяет регулировать рост УНТ в зоне реакции, чтобы обеспечить образование чистых и бездефектных УНТ. Фуллерен образуется как промежуточный продукт в реакционной зоне при синтезе УНТ [152]. Промежуточные фуллерены могут разлагаться на низшие углеродные фрагменты (C ₂ , C ₃ и др.) за счет лазерного воздействия, а дезинтегрированные углеродные фрагменты могут служить сырьем для дальнейшего роста УНТ.

Рис. 7

Стадии, ограничивающие скорость, и основные факторы, регулирующие рост ОУНТ

Изображение в полный размер

На рисунке 7 показаны некоторые катализаторы, исследованные для синтеза ОУНТ лазерным методом. Каждый металлический катализатор обладает специфическим каталитическим эффектом роста и синтезирует ОУНТ с большим разнообразием. Основная роль данного катализатора заключается в раскрытии каркасной структуры фуллеренов в реакционной камере с последующим формированием начального кластера УНТ. Затем кластер действует как основа, из которой вырастает нанотрубка, похожая на микротрубочку. Он работает до тех пор, пока кластер катализатора не станет слишком большим, чтобы препятствовать испарению и диффузии углерода через поверхность катализатора или над ней [49]., 150]. Осажденный углеродный слой может быть насыщен, чтобы принять дополнительные мелкие углеродные фрагменты и остановить рост нанотрубок. Импульсный лазер нагревает целевой графитовый металлический стержень, который также производит большое количество смеси расплавленного углерода и катализатора в газовой фазе [52, 53]. Затем эти выброшенные кластеры расплавленного углеродного катализатора охлаждаются с последующим разрушением. Затем сегрегированные углероды осаждаются на коллекторе, и происходит рост ОУНТ.

Однако о фактической роли данных катализаторов в росте нанотрубок известно недостаточно. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять роль одного или комбинации определенных катализаторов, необходимых для роста УНТ. Документально подтверждено, что биметаллическая смесь более эффективна, чем одиночная [150]. Наиболее часто используемые металлические катализаторы в ND:YAG, CO ₂ , а солнечные лазеры — Ni/Co (0,6/0,6 ат.%) и Ni/Yt (4/1 и 2/0,5 ат.%) [149]. Каталитическая смесь должна использоваться при низкой концентрации, поскольку высокая концентрация катализатора загрязняет конечный продукт и существует в виде примесей в ОУНТ. Очистка загрязненных ОУНТ является сложной задачей, но необходимой для многих промышленных применений, особенно для оптоэлектроники, а также для снижения воздействия на окружающую среду.

Расход газа и его давление считаются наиболее важными факторами, ограничивающими скорость в процессе ЛА. Чжан и др. [51] изучали синтез ОУНТ как в N ₂ и газ Ar при различных условиях. Они наблюдали рост УНТ при более высокой температуре, когда N ₂ устраняется продуктами абляции. И Ar, и N ₂ продемонстрировали сходные эффекты, тогда как He не показал влияния на образование УНТ. Атмосфера инертного газа, вероятно, ускоряет волновое расширение и теплопроводность в процессе роста УНТ. При более низком давлении (около 100 Торр) образование аморфного углерода предпочтительнее образования ОУНТ. ОУНТ начинают формироваться при давлении выше 200 Торр. Скорость образования УНТ сильно возрастает при давлении выше 600 Торр [153]. Эффект давления зависит от концентрации металла и типа лазера, используемого в реакциях. Порог низкого давления может составлять 100 Торр при соответствующей концентрации металла и точном LA [153].

Поскольку ОУНТ необходимо собирать из водоохлаждаемой камеры процесса ЛА, образование ОУНТ происходит на графитовой мишени или рядом с ней вблизи поверхности лазерного воздействия. В реакционной камере должна поддерживаться соответствующая температура, чтобы добиться большей абляции мишени лазерным облучением. Горячий плазменный шлейф образуется за счет высокотемпературной абляции материала мишени, что обеспечивает правильный и быстрый рост ОУНТ в газовой фазе [88, 154]. Кокаи и др. [53] исследовали скорость роста нанотрубок при нормальной температуре печи. ОУНТ большего диаметра были получены при более высоких температурах, чем низкотемпературные. Такидзава и др. В работе [54] было получено аналогичное влияние температуры на образование УНТ. Непрерывная подача горячих углеродных кластеров может стимулировать и активировать активные центры других углеродных фрагментов, которые должны слипаться во время синтеза нанотрубок. Оптимальная зона роста для образования ОУНТ должна поддерживать температуру >1200 °C. Более низкая температура создает нанотрубки дефектов и стимулирует образование аморфного углерода. Фактический механизм температуры в реакционной камере должен способствовать испарению целевого сырья, а также поддерживать процессы сборки более мелких углеродных фрагментов, таких как C ₂ и C ₃ в росте УНТ в газовой фазе.

Испарение мишени осуществляется различными лазерами на разных длинах волн [155] или источниками света, такими как ND:YAG, УФ-лазеры, непрерывный CO ₂ и солнечная энергия [50, 150, 156, 157]. ЛА материала мишени может быть осуществлена ​​с использованием одно- или двухимпульсных лазеров на различных длинах волн, а не непрерывного лазерного луча CO ₂ [50, 153]. Хотя для этих двух методов требуется почти одинаковое оборудование и условия, основное различие между ними заключается в требовании более высокой интенсивности света, т. е. 100 кВт/см ² . Лазер cw-CO ₂ не требует внешней печи, в отличие от импульсной лазерной системы ND:YAG. Однако больших различий в росте ОУНТ в процессе ЛА не наблюдается. Лазерная система cw-CO ₂ почти аналогична дуговой абляции с точки зрения смесей фонового газа и металлического катализатора [152]. Он более эффективен для синтеза ОУНТ при комнатной температуре с использованием импульсной лазерной системы ND:YAG, для которой требуется высокая температура [158]. Брейди и др. [157] впервые применили УФ-лазер для испарения целевого материала при более низкой длине волны. Группа успешно синтезировала SWCNT диаметром от 15 до 20 нм при 550 °C, в то время как лазерной системе ND:YAG требуется 850 °C. Хотя ND:YAG, cw-CO ₂ , и УФ-лазерные системы эффективны, им нужен лазер и большая мощность, и поэтому они экономически невыгодны. Лаплаз и др. [156] синтезировали УНТ, используя солнечную энергию в качестве экономичного источника света, как показано на рис. 8. Солнечная энергия улавливалась в колбе-баллоне из пирекса, который устанавливался поверх водоохлаждаемой подставки. Воздушный шар действовал как реакционная камера, улавливал и концентрировал падающую солнечную энергию для поддержания высокой температуры, необходимой для испарения материала мишени. Затем материал помещали в графитовый тигель, который состоит из графита и катализаторов, таких как смеси Ni/Co и Ni/Yt. Затем тигель устанавливали в графитовую трубку. Затем труба была соединена с латунным стволом с водяным охлаждением. На выходе через графитовую трубку вводили инертный газ (Ar). Другая труба была приспособлена для обслуживания насоса для регулирования циркуляции газа и давления. На мишени закреплялось зеркало параболической формы для улавливания солнечного света. С помощью установки удалось собрать и сконцентрировать температуру около 3000 К и достичь мощности 2 кВт при чистом и свежем небе. Это испаряло целевой материал с образованием более мелких углеродных фрагментов, которые затем протягивались через графитовую трубку и осаждались на трубке в виде нанотрубчатого материала сажи. Материал сажи может состоять из MWCNT или FWCNT в зависимости от приложенного давления и расхода газа. Лаплаз и др. [156] синтезировали ОУНТ диаметром 1,2–1,5 нм с выходом 100 мг/ч. Недостатками метода являются необходимость хорошей погоды, чистого и свежего неба, чтобы обеспечить оптимальную температуру для роста УНТ. Кроме того, было обнаружено, что трубки загрязнены аморфным углеродом и металлическими примесями, что делает обязательной очистку УНТ перед применением. Хотя процедура экономична, ее производительность меньше, чем у импульсного лазера (ND:YAG), но сравнима с CO ₂ лазерный подход. Для обоих методов требуется непрерывная мощность волны и очень небольшая процедура настройки, поскольку им не нужна внешняя печь для высокой температуры [149].

Рис. 8

Схематическое изображение экспериментальной установки для системы солнечного испарения. Мишень и труба нагреваются падающим солнечным излучением Солнца. Горячий канал между мишенью и трубой действует как локальная печь, что позволяет избежать необходимости во внешней печи. Рисунок адаптирован с разрешения Elsevier [156]

Изображение полного размера

В дополнение к основным факторам роста УНТ в процессе ЛА, таким как катализаторы, температура, источник лазера и природа газа, другие параметры, такие как повторение импульсов, время затухания между двумя импульсами [159] и внутренний кварц размер трубы должен быть настроен для получения оптимального выхода. Повторение лазерных импульсов необходимо для локализации взвешенного углеродного кластера в зоне реакции. Тесс и др. [49] повторили поступление импульсов ND:YAG (первый на 532 нм, второй на 1064 нм) с задержкой около 50 нс. Они достигли более высокого выхода SWCNT > 70%. Юдасака и др. [52] обнаружили лучший результат при интервалах 0,1/с. Однако значительных изменений не наблюдалось, когда затухание составляло от 0,1 до 120 с. Задержка между двумя импульсами ионизирует факел, достаточно расширяется [152]. Между импульсами поверхность материала мишени реорганизуется и значительно охлаждается.

Тесс и др. [49] разработали внутреннюю кварцевую трубку диаметром 25 мм внутри внешней трубки диаметром 56 мм. Они пропустили газообразный аргон через внутреннюю трубку и обнаружили, что размер трубки помогает удерживать шлейф LA и поддерживает соответствующий поток газа для формирования УНТ. Они предположили, что увеличение диаметра внутренней трубки может снизить скорость образования УНТ. Размещение внутренней реакционной трубки перед мишенью играет жизненно важную роль в формировании нанотрубок. Ринзлер и др. [160] объяснили использование типичной 25-мм кварцевой трубки. Это увеличило возможность получения 50 об.% ОУНТ. Чтобы оптимизировать выход, они удлинили 25-мм кварцевую трубку до 50 мм. Это приводит к увеличению выхода ОУНТ на 90 об.%. Вероятно, фактическая роль соответствующего размера трубки заключается в поддержании однородности газа и прямолинейного лазерного потока к целевому материалу для быстрого создания шлейфа без отрыва и одновременного уменьшения питтинга мишени. Кроме того, закупорка подходящей узкой трубки ~ 2,5 см, а не большей, поможет сконцентрировать лазерный свет, чтобы он падал на поверхность мишени, чтобы поддерживать соответствующую температуру для абляции мишени. Он может повторно собирать свободные атомы катализатора, взвешенные в газовой фазе, и ограничивать их для контроля рассеяния мишени. Следовательно, за счет повторного испарения мишени он увеличивается и обеспечивает новое углеродное сырье для роста нанотрубок. Мы считаем, что дальнейшее масштабирование исходного дизайна обеспечит более высокую производительность даже от нескольких секунд до минут.

Большинство авторов скорректировали как основные, так и второстепенные параметры, чтобы настроить оптимальные условия для преодоления проблемы, с которой они столкнулись в процессе абляции образования УНТ. Мы не должны избегать какого-либо одного параметра, чтобы получить максимальную отдачу, поскольку они являются частью каскада регулируемых взаимодействий. Точная настройка всех параметров, особенно температуры и типа лазера, необходима для быстрого превращения испаренных мелких углеродных фрагментов в нанотрубки. Насколько нам известно, доступно только несколько типов лазерных источников, и они не являются экономически выгодными и экологически безопасными, за исключением солнечной энергии. Обнаружение альтернативного целевого материала, а не чистого графита, в качестве основных источников углерода, таких как уголь, древесный уголь и асфальт, позволит значительно снизить стоимость синтеза ОУНТ, поскольку это снизит стоимость исходного материала примерно в десять раз.

Хиральный контролируемый синтез УНТ с использованием AD и LA

Хиральность УНТ, особенно ОУНТ наряду с их диаметром, определяет их электрические свойства с помощью хиральных чисел [161]. В общем случае, когда n  =  m , это ОУНТ «кресло», будучи металлическими с нулевой запрещенной зоной; когда n  −  m  = 3 i и i  ≠ 0 ОУНТ имеют очень маленькую ширину запрещенной зоны и обычно считаются металлическими; а когда n  −  m  = 3 i  ± 1 ОУНТ являются полупроводниковыми. Наконец, ОУНТ с индексами хиральности ( n , 0) называются «зигзагообразными» и могут быть как металлическими, так и полупроводниковыми [162]. Среди всех возможных комбинаций ( n , m ) почти 67 % ОУНТ являются полупроводниковыми, а 33 % — металлическими [163]. Это свидетельствует о том, что УНТ, полученные нами методами AD, LA и CVD, представляют собой смесь наноструктур с широким распределением по диаметру и хиральности. Как следствие, выделение идентичных структур SWCNT (т. е. одинакового диаметра и одинаковой хиральности) остается серьезной проблемой для крупномасштабного использования нанотрубок.

Чтобы обеспечить хиральные структуры УНТ, были тщательно изучены два подхода: во-первых, разделение после синтеза в соответствии с хиральными векторами ( n , m ) УНТ основано на аффинном подходе, подходе с поверхностно-активными веществами и т. д. ., которые были рассмотрены Чжаном и Зенгом [164], и, во-вторых, также возможно контролировать хиральность УНТ при прямом синтезе УНТ с теми же ( n , m ). Хотя обширные усилия по контролируемому росту УНТ определенного диаметра, хиральности и типа проводимости были предприняты только с использованием CVD, опубликовано лишь несколько отчетов, касающихся AD и LA для изучения и определения хирального синтеза УНТ. Контролируя температуру в диапазоне 780 < T < 1050 °C в методе LA, Bandow et al. [165] попытались настроить диаметр канальцев от 0,81 до 1,51 нм. Большинство киральных векторов ( C ), относящиеся к этой работе, были отнесены к направлению трубки кресла ( n , n ), и было обнаружено, что пороговая температура для значительного образования SWCNT составляет 850 ° C. Напомним, что одним из основных недостатков метода AD является относительно небольшой контроль над выравниванием (т.е. хиральностью) созданных УНТ. Отсюда Keidar et al. [166] использовали магнитные поля для контроля диаметра и хиральности ОУНТ, как показано на рис. 9. Авторы утверждали, что полученные ОУНТ образовались путем скручивания решетки графена под разными углами, что могло создать видимый поворот, хиральность или спираль в ОУНТ. молекулярная структура, хотя общая форма остается цилиндрической. Эти результаты предполагают, что длину, диаметр и, следовательно, хиральность ОУНТ, образованных дугой, можно контролировать с помощью внешнего магнитного поля, приложенного к разряду. Было обнаружено, что магнитное поле относительно небольшой величины в несколько килограммов приводит к резкому увеличению производства ОУНТ меньшего диаметра (около 1 нм) и расширению спектра диаметров/хиральностей синтезированных ОУНТ. Частным выводом из этой работы является то, что в основе управления синтезом АД лежат основы формирования катализатора и взаимодействия катализатора с активными углеродными частицами. Также было обнаружено, что в зависимости от используемой конфигурации магнитного поля могут быть сформированы листы графена с несколькими слоями. Фактически это привело к одностадийному одновременному синтезу и магнитной сепарации высококачественных чешуек графена и ОУНТ в плазме с магнитным усилением. На основании этих результатов можно предложить активное электромагнитное устройство, которое можно было бы внедрить для управления зарождением наночастиц катализатора и ростом ОУНТ и графена. Другая стратегия была недавно опубликована Fang et al. [121], которые синтезировали полупроводниковые ОУНТ диаметром около 1,5 нм с использованием высокоскоростной системы с исполнительным приводом, способной извлекать материал из объема плазмы дуги во время процедуры синтеза.

Рис. 9

Фотография приложенного магнитного поля в дуговой плазме ( a ), расчетное распределение плотности частиц углерода и катализатора, показывающее области с предпочтительными условиями для хирального синтеза УНТ ( b ), изображение сканирующего электронного микроскопа листы графена ( c ) и ПЭМ-изображение пучков ОУНТ с определенной хиральностью ( d ). Рисунки адаптированы с разрешения Института физических наук [166]

Полноразмерное изображение

Выводы

Мы критически рассматриваем продвижение AD и LA для контролируемого синтеза SWCNT и MWCNT. Хотя доступно много методов, неудивительно, что новые методы или способы появляются каждый день из-за неспособности одного метода получить высококачественные УНТ для промышленного использования. Мы выделяем новые механизмы роста и зарождения УНТ с помощью упрощенных иллюстраций, которые легко понять обычным экспериментаторам, потенциальным читателям в этой области, а также неспециалистам. Хотя основной механизм, стоящий за ними, довольно прост, такие ингредиенты, как углеродное сырье, катализаторы, субстраты и температурные эффекты, оказались нервными центрами для получения УНТ промышленного качества в мегатонных объемах. Настраивая эти параметры, можно контролировать общие условия реакции и поможет получить SWCNT и MWCNT с дискретными свойствами, качеством, кристалличностью, хиральностью, более высоким выходом и архитектурой. В целом, производительность AD может обеспечить более высокий выход УНТ, чем у LA. Хотя оба метода популярны для синтеза ОУНТ, большинство ОУНТ, продуцируемых БА, короче по сравнению с длинными пучками ОУНТ, продуцируемыми ЛА. Синтез МУНТ с использованием AD и LA не очень интересен, так как оба метода дороги. Оба метода AD и LA могут производить УНТ с небольшим количеством структурных дефектов, но продукт реакции из LA более чистый, чем продукт из метода AD. Некоторые исследования должны быть проведены для дальнейшего улучшения методов AD и LA, чтобы можно было гарантировать более высокое качество и количество УНТ. Литература, опубликованная по исследованиям наиболее важных параметров AD и LA, остается противоречивой, и необходимо провести дальнейшие эксперименты, чтобы понять жизненно важную роль предшественников углерода, температуры, давления, типа и формы катализатора, а также геометрии электродов / мишеней. Сведение к минимуму стоимости синтеза УНТ остается большой проблемой. Большинство авторов использовали дорогой графит в качестве прекурсора, в то время как другие дешевые углеродные материалы, такие как сажа и уголь, широко не использовались и являются потенциальной областью исследований. Ученый также может позаботиться об использовании естественных источников углерода, таких как активированный уголь и материалы на растительной основе. Чтобы максимизировать скорость производства AD и / или LA, мы предлагаем использовать математические или теоретические модели перед оптимизацией экспериментальных параметров реакции. Это поможет сопоставить прогнозируемое значение с экспериментальными данными, что еще больше улучшит понимание механизмов роста УНТ, участвующих в обоих процессах. Они также могли решить проблемы, препятствующие эффективности процессов.

Сокращения

AD:

Дуговой разряд

CNT:

Углеродная нанотрубка

ССЗ:

Химическое осаждение из паровой фазы

ДУНТ:

Двустенная углеродная нанотрубка

FECA:

Катализатор с посторонним элементом

ФУНТ:

Малостенная углеродная нанотрубка

HET:

Высокоэнергетический объект

Лос-Анджелес:

Лазерная абляция

MWCNT:

Многостенная углеродная нанотрубка

ПЛАП:

Процесс импульсной лазерной абляции

SDL:

Винтовой дислокационный

SLS:

Твердое-жидкое-твердое

SWCNT:

Одностенная углеродная нанотрубка

TWCNT:

Тройная углеродная нанотрубка

ВАКНТ:

Вертикально ориентированная углеродная нанотрубка

СЛС:

Пар–жидкость–твердое тело

ВСС:

Пар–твердый–твердый

Ссылки

1. «>

   Георгакилас В., Перман Дж. А., Тусек Дж., Зборил Р. (2015) Широкое семейство углеродных наноаллотропов: классификация, химия и применение фуллеренов, углеродных точек, нанотрубок, графена, наноалмазов и комбинированных суперструктур. Chem Rev 115(11):4744–822

   Статья Google ученый

2. Wong EW, Sheehan PE, Lieber CM (1997) Механика нанолучей: эластичность, прочность и ударная вязкость наностержней и нанотрубок. Science 277(5334):1971–5

   Статья Google ученый

3. Tans SJ, Verschueren ARM, Dekker C (1998) Транзистор комнатной температуры на основе одной углеродной нанотрубки. Природа 393(6680):49–52

   Артикул Google ученый

4. Hone J, Batlogg B, Benes Z, Johnson AT, Fischer JE (2000) Квантованный фононный спектр одностенных углеродных нанотрубок. Science 289(5485):1730–3

   Статья Google ученый

5. Iijima S (1991) Спиральные микротрубочки графитового углерода. Природа 354(6348):56–8

   Статья Google ученый

6. Goodwin DG, Xia Z, Gordon T, Gao C, Bouwer E, Fairbrother D (2016)Развитие биопленки на углеродных нанотрубках/полимерных нанокомпозитах. Environ Sci Nano 3(3):545–58

   Артикул Google ученый

7. Johannsen I, Jaksik K, Wirch N, Pötschke P, Fiedler B, Schulte K (2016) Электропроводность формованных из расплава термопластичных волокон из поли(гидроксиэфира бисфенола А), содержащих многостенные углеродные нанотрубки. Полимер 97:80–94

   Артикул Google ученый

8. Разер С.У. (2016) Триметаллический катализатор синтезировал многостенные углеродные нанотрубки и их применение для хранения водорода. Корейский J Chem Eng 33 (5): 1551–6

   Артикул Google ученый

9. Саджид М.И., Джамшайд У., Джамшайд Т., Зафар Н., Фесси Х., Элаиссари А. (2016)Углеродные нанотрубки от синтеза до биомедицинских приложений in vivo. Int J Pharm 501(1):278–99

   Статья Google ученый

10. Yang X, Li Z, He F, Liu M, Bai B, Liu W и др. (2015) Усиленная эмиссия поля из массива углеродных нанотрубок, покрытого тонкой пленкой из гексагонального нитрида бора. Малый 11(30):3710–6

    Артикул Google ученый

11. Али М., Дас Р., Маамор А., Хамид SBA (2014) Многофункциональные углеродные нанотрубки (УНТ): новое измерение в восстановлении окружающей среды. Adv Mat Res 832: 328–32

    Google ученый

12. Дас Р. , Али М.Е., Хамид С.Б.А., Рамакришна С., Чоудхури З.З. (2014) Мембраны из углеродных нанотрубок для очистки воды: светлое будущее опреснения воды. Опреснение 336:97–109

    Артикул Google ученый

13. Дас Р., Хамид С.Б.А., Али М.Е., Исмаил А.Ф., Аннуар М., Рамакришна С. (2014)Многофункциональные углеродные нанотрубки в очистке воды: настоящее, прошлое и будущее. Опреснение 354:160–79

    Статья Google ученый

14. Shahnavaz Z, Woi PM, Alias ​​Y (2015) Гидротермально приготовленный гибрид феррита меди на основе восстановленного оксида графена для определения глюкозы. Керам Инт 41(10):12710–6

    Артикул Google ученый

15. Shahnavaz Z, Woi PM, Alias ​​Y (2016)Электрохимическое определение глюкозы восстановленными ферроспинелями оксида графена и цинка. Appl Surf Sci 379:156–62

    Статья Google ученый

16. «>

    Koehne JE, Chen H, Cassell AM, Ye Q, Han J, Meyyappan M et al (2004) Миниатюрный мультиплексный электронный чип без меток для быстрого анализа нуклеиновых кислот на основе массивов наноэлектродов из углеродных нанотрубок. Клин Хим 50 (10): 1886–1893

    Артикул Google ученый

17. Абузайри Т., Окада М., Пурнаманингсих Р.В., Поэспавати Н.Р., Ивата Ф., Нагацу М. (2016)Локальное формирование рисунка биомолекул без маски на микрочипе углеродных нанотрубок, функционализированное сверхтонкой плазменной струей атмосферного давления с использованием биотин-авидиновой системы. Appl Phys Lett 109(2):023701

    Статья Google ученый

18. Ядав С., Кумар В., Арора С., Сингх С., Бхатнагар Д., Каур И. (2015) Изготовление ультратонкой, отдельно стоящей, прозрачной и проводящей пленки из графена/многослойных углеродных нанотрубок с превосходными оптоэлектронными свойствами. Тонкие твердые пленки 595:193–9

    Статья Google ученый

19. Das R, Hamid SBA, Annuar MSM (2016) Высокоэффективный и стабильный новый нанобиогибридный катализатор для предотвращения загрязнения воды 3,4-дигидроксибензойной кислотой. Научный представитель 6:33572

    Статья Google ученый

20. Дас Р., Абд Хамид С.Б., Али М.Э. (2016) Нанобиогибрид: любимый кандидат для будущей технологии очистки воды. Adv Mat Res 1131:193–197

    Google ученый

21. Стоунер Б.Р., Браун Б., Гласс Дж.Т. (2014) Избранные темы по синтезу, свойствам и применению многослойных углеродных нанотрубок. Diamond Relat Mater 42:49–57

    Статья Google ученый

22. Hamid SBA, Das R, Ali ME (2014) Фотопроводящие углеродные нанотрубки (CNT): потенциальный кандидат на использование возобновляемых источников энергии в будущем. Adv Mat Res 925:48–51

    Google ученый

23. Кумар М., Андо Ю. (2010) Химическое осаждение углеродных нанотрубок из паровой фазы: обзор механизма роста и массового производства. J Nanosci Nnotechnol 10(6):3739–58

    Статья Google ученый

24. Golnabi H (2012) Исследовательские разработки по углеродным нанотрубкам с точки зрения опубликованных статей и патентов, синтеза и производства. Научный Иран 19(6):2012–22

    Артикул Google ученый

25. Гаттиа Д.М., Антисан М.В., Марацци Р., Пиллони Л., Контини В., Монтоне А. (2006) Дуговой разрядный синтез углеродных нанорогов и многослойных углеродных нанотрубок. В: Ускокович Д.П., Милонич С.К., Ракович Д.И. (ред.) Последние разработки в области передовых материалов и процессов. Материаловедческий форум., стр. 23–8

    . Google ученый

26. Батани Д., Винчи Т., Блейнер Д. (2014) Лазерная абляция и индуцированный синтез наночастиц. Лучи лазерных деталей 32(1):1–7

    Артикул Google ученый

27. Мирабиле Гаттиа Д., Виттори Антисари М., Марацци Р., Пиллони Л., Контини В., Монтоне А. (2006) Дуговой разрядный синтез углеродных нанорогов и многостенных углеродных нанотрубок. Mat Sci Forum 518:23–28

    Статья Google ученый

28. Новоселова И., Олейник Н., Волков С., Кончиц А., Янчук И., Ефанов В. и др. (2008) Электролитический синтез углеродных нанотрубок из диоксида углерода в расплавленных солях и их характеристика. Physica E Low Dimens Syst Nanostruct 40(7):2231–7

    Артикул Google ученый

29. Гогоци Ю. , Либера Дж. А., Йошимура М. (2000) Гидротермальный синтез многостенных углеродных нанотрубок. J Mater Res 15(12):2591–4

    Статья Google ученый

30. Hornyak GL, Dillon AC, Parilla PA, Schneider JJ, Czap N, Jones KM et al (1999) Матричный синтез углеродных нанотрубок. Наноструктур Матер 12(1-4):83–8

    Артикул Google ученый

31. Кейдар М. (2007) Факторы, влияющие на синтез одностенных углеродных нанотрубок в дуговом разряде. J Phys D Appl Phys 40(8):2388

    Статья Google ученый

32. Eatemadi A, Daraee H, Karimkhanloo H, Kouhi M, Zarghami N, Akbarzadeh A и др. (2014) Углеродные нанотрубки: свойства, синтез, очистка и медицинские применения. Nanoscale Res Lett 9(1):393

    Артикул Google ученый

33. «>

    Дас Р., Али М.Э., Хамид С.Б.А., Аннуар М., Рамакришна С. Общие влажные химические вещества для очистки многостенных углеродных нанотрубок. Дж Наноматер. 2014; дои: 10.1155/2014/945172

34. Das R, Hamid SBA, Ali M, Annuar M, Samsudin EMB, Bagheri S (2015) Схемы ковалентной функционализации для настройки растворимости многостенных углеродных нанотрубок в воде и ацетоновых растворителях. Sci Adv Mater 7(12):2726–37

    Статья Google ученый

35. Яхья Н. (2011) Углеродные и оксидные наноструктуры: синтез, характеристика и применение. Берлин: Springer Science & Business Media

36. Страница A, Ding F, Irle S, Morokuma K (2015) Взгляд на механизмы образования углеродных нанотрубок и графена на основе молекулярного моделирования: обзор. Респ Прог Физ 78(3):036501

    Статья Google ученый

37. «>

    Синнотт С.Б., Эндрюс Р. (2001) Углеродные нанотрубки: синтез, свойства и применение. Crit Rev Solid State Mater Sci 26 (3): 145–249

    Артикул Google ученый

38. Авастхи К., Шривастава А., Шривастава О.Н. (2005) Синтез углеродных нанотрубок. J Nanosci Nanotechnol 5(10):1616–36

    Статья Google ученый

39. Ando Y, Zhao XL (2006) Синтез углеродных нанотрубок методом дугового разряда. New Diamond Front Carbon Technol 16(3):123–37

    Google ученый

40. Фалман Б.Д. (2006) Последние достижения в области химического осаждения из паровой фазы. Curr Org Chem 10(9):1021–33

    Статья Google ученый

41. Сато Х., Хата К. (2006) Рост углеродных нанотрубок методом химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы. New Diam Front Carbon Technol 16(3):163–76

    Google ученый

42. Белл М., Ласерда Р., Тео К.К., Милн В. (2006) Характеристика механизма роста многослойных углеродных нанотрубок во время PECVD. В: Мессина Г., Сантанджело С., редакторы. Углерод. Темы прикладной физики. Берлин: 100: Спрингер; стр. 77–93

43. Терранова М.Л., Сесса В., Росси М. (2006) Мир углеродных нанотрубок: обзор методологий роста CVD. Chem Vap Deposition 12(6):315–25

    Статья Google ученый

44. Jorio A, Kauppinen E, Hassanien A (2008) Метрология углеродных нанотрубок. Берлин: Углеродные нанотрубки: Springer; стр. 63–100

45. Симейт Г.С., Июке С.Е., Ндлову С., Ях К.С., Валубита Л.Ф. (2010) Производство углеродных нанотрубок из двуокиси углерода: проблемы и возможности. J Nat Gas Chem 19(5):453–60

    Артикул Google ученый

46. «>

    Прашек Дж., Дрбоглавова Дж., Хомоуцка Дж., Хубалек Дж., Яшек О., Адам В. и др. (2011) Методы синтеза углеродных нанотрубок — обзор. J Mater Chem 21:15872–15884

    Статья Google ученый

47. Moothi ​​K, Iyuke SE, Meyyappan M, Falcon R (2012) Уголь как источник углерода для синтеза углеродных нанотрубок. Углерод 50 (8): 2679–90

    Артикул Google ученый

48. Гуо Т., Николаев П., Тесс А., Колберт Д.Т., Смолли Р.Э. Каталитический рост одностенных трубок лазерным испарением. Письмо о хим. физике. 1995B;243(1–2):49-54

49. Тесс А., Ли Р., Николаев П., Дай Х., Пети П., Роберт Дж. и др. (1996) Кристаллические канаты из металлических углеродных нанотрубок. Science 273(5274):483–7

    Статья Google ученый

50. Мазер В. К., Муньос Э., Бенито А.М., Мартинес М.Т., де ла Фуэнте Г.Ф., Маниетт И. и др. (1998) Производство материала одностенных нанотрубок высокой плотности с помощью простого метода лазерной абляции. Chem Phys Lett 292(4-6):587–93

    Статья Google ученый

51. Zhang Y, Gu H, Iijima S (1998) Одностенные углеродные нанотрубки, синтезированные методом лазерной абляции в атмосфере азота. App Phys Lett 73(26):3827–9

    Статья Google ученый

52. Юдасака М., Ичихаси Т., Комацу Т., Иидзима С. (1999) Одностенные углеродные нанотрубки, образованные одним импульсом лазерного луча. Chem Phys Lett 299(1):91–6

    Статья Google ученый

53. Кокаи Ф., Такахаши К., Юдасака М., Ямада Р., Ичихаши Т., Иидзима С. (1999) Динамика роста одностенных углеродных нанотрубок, синтезированных с помощью лазерного испарения CO2. J Phys Chem B 103(21):4346–51

    Статья Google ученый

54. Такидзава М., Бандоу С., Тории Т., Иидзима С. (1999). Влияние температуры окружающей среды на синтез одностенных углеродных нанотрубок методом дугового испарения. Chem Phys Lett 302(1):146–150

55. Zhang Y, Iijima S (1999) Формирование одностенных углеродных нанотрубок путем лазерной абляции фуллеренов при низкой температуре. Appl Phys Lett 75(20):3087–9

    Статья Google ученый

56. Baker RTK, Waite RJ (1975) Образование углеродистых отложений при катализируемом платино-железом разложении ацетилена. J Catal 37(1):101–5

    Артикул Google ученый

57. Бейкер РТК, Барбер М.А., Харрис П.С., Фиатс Ф.С., Уэйт Р.Дж. (1972) Зарождение и рост углеродистых отложений в результате разложения ацетилена, катализируемого никелем. J Catal 26(1):51–62

    Артикул Google ученый

58. Нессим Г.Д. (2010) Свойства, синтез и механизмы роста углеродных нанотрубок с особым акцентом на термическое химическое осаждение из паровой фазы. Наношкала 2(8):1306–23

    Артикул Google ученый

59. Дюшан М., Ли К., Двир Б., Сео Дж.В., Капон Э., Форро Л. и др. (2010) Контролируемое позиционирование углеродных нанотрубок с помощью диэлектрофореза: понимание роли растворителя и субстрата. ACS Nano 4(1):279–84

    Артикул Google ученый

60. Ahlskog M, Seynaeve E, Vullers RJM, Van Haesendonck C (1999) Метод микроосаждения углеродных нанотрубок на основе электронно-лучевой литографии. J Appl Phys 85(12):8432–5

    Статья Google ученый

61. «>

    Маршан М., Журне С., Гийо Д., Бенуа Дж.-М., Якобсон Б.И., Перселл С.Т. (2009) Выращивание углеродных нанотрубок атом за атомом: «и все же они вращаются». Nano Lett 9(8):2961–6

    Статья Google ученый

62. Дин Ф, Арутюнян А.Р., Якобсон Б.И. (2009) Дислокационная теория роста нанотрубок, контролируемого хиральностью. Proc Natl Acad Sci U S A 106(8):2506–9

    Статья Google ученый

63. Хофманн С., Шарма Р., Дукати С., Ду Г., Маттеви С., Чепек С. и др. (2007) Наблюдения на месте за динамикой катализатора во время зародышеобразования углеродных нанотрубок, связанных с поверхностью. Nano Lett 7(3):602–8

    Статья Google ученый

64. Родригес-Мансо Дж.А., Терронес М., Терронес Х., Крото Х.В., Сан Л.Т., Банхарт Ф. (2007) Зарождение углеродных нанотрубок на месте путем инъекции атомов углерода в металлические частицы. Nature Nanotechnol 2(5):307–11

    Статья Google ученый

65. Page AJ, Ohta Y, Irle S, Morokuma K (2010) Механизмы зарождения, роста и заживления однослойных углеродных нанотрубок, определенные с использованием методов QM/MD. Acc Chem Res 43 (10): 1375–85

    Артикул Google ученый

66. Дин Ф., Болтон К., Розен А. (2004) Зарождение и рост однослойных углеродных нанотрубок: исследование молекулярной динамики. J Phys Chem B 108(45):17369–77

    Статья Google ученый

67. Горбунов А., Йост О., Помпе В., Графф А. (2002) Механизм роста одностенных углеродных нанотрубок твердое-жидкое-твердое. Углерод 40(1):113–8

    Артикул Google ученый

68. Мюллер А., Амшаров К.Ю., Янсен М. (2010)Синтез молекул-предшественников концевой крышки для (6,6) кресло и (9,0) зигзагообразных одностенных углеродных нанотрубок. Tetrahedron Lett 51(24):3221–5

    Статья Google ученый

69. Хельвег С., Лопес-Картес С., Сехестед Дж., Хансен П.Л., Клаузен Б.С., Роструп-Нильсен Дж.Р. и др. (2004) Визуализация роста углеродных нановолокон в атомном масштабе. Природа 427(6973):426–9

    Артикул Google ученый

70. Мохаммад С.Н. (2014) Некоторые возможные правила, регулирующие синтез и характеристики нанотрубок, особенно углеродных нанотрубок. Углерод 71:34–46

    Артикул Google ученый

71. Raty JY, Gygi F, Galli G (2005) Рост углеродных нанотрубок на металлических наночастицах: микроскопический механизм из моделирования молекулярной динамики ab initio. Phys Rev Lett 95(9):096103

    Статья Google ученый

72. Wang Q, Ng MF, Yang SW, Yang Y, Chen Y (2010) Механизм роста одностенных углеродных нанотрубок и выбора хиральности, вызванный добавлением атома углерода и димера. ACS Nano 4(2):939–46

    Артикул Google ученый

73. Chen Y, Zhang J (2011) Рост одностенных углеродных нанотрубок из SiO 9 с контролируемым диаметром0732 2 наночастицы. Углерод 49(10):3316–24

    Артикул Google ученый

74. Каяхара Э., Патель В.К., Ямаго С. (2014) Синтез и характеристика [5]циклопарафенилена. J Am Chem Soc 136(6):2284–7

    Статья Google ученый

75. Omachi H, Nakayama T, Takahashi E, Segawa Y, Itami K (2013)Инициирование роста углеродных нанотрубок с помощью четко определенных углеродных наноколец. Nature Chem 5(7):572–6

    Артикул Google ученый

76. Мохаммад С.Н. (2014) Систематическое исследование механизмов роста обычных, легированных и бамбуковых нанотрубок. Углерод 75:133–48

    Артикул Google ученый

77. Li H, He DL, Li TH, Genestoux M, Bai JB (2010) Химическая кинетика каталитического химического осаждения из паровой фазы смеси ацетилен/ксилол для улучшения производства углеродных нанотрубок. Углерод 48(15):4330–42

    Артикул Google ученый

78. Liu Y, Xu MH, Zhu XZ, Xie MM, Su YJ, Hu NT и др. (2014) Синтез углеродных нанотрубок на поверхности квантовых точек графена методом химического осаждения из паровой фазы без катализатора. Углерод 68:399–405

    Артикул Google ученый

79. «>

    Ле Буар Ю., Томас О., Понше А., Форест С. (2011) Введение в стабильность наночастиц. Механика нанообъектов. Les Presses de l’École des Mines de Paris, Париж, стр. 213–40

    Google ученый

80. Kumar M, Ando Y (2011) Синтез и механизм роста углеродных нанотрубок: INTECH

    Book Google ученый

81. Gavillet J, Loiseau A, Journet C, Willaime F, Ducastelle F, Charlier JC (2001) Механизм корневого роста одностенных углеродных нанотрубок. Phys Rev Lett 87(27):275504

    Статья Google ученый

82. Петков Н. (2013) ПЭМ in situ в режиме реального времени выявляет рост, трансформацию и функционирование одномерных наноразмерных материалов: с точки зрения нанотехнологии. ISRN Nanotechnology 2013. doi: 10.1155/2013/8
    .

83. «>

    Gohier A, Ewels C, Minea T, Djouadi M (2008) Механизм роста углеродных нанотрубок переключается с роста кончика на рост основания с уменьшением размера частиц катализатора. Углерод 46(10):1331–8

    Артикул Google ученый

84. Мацубара Т., Камия К. (1977) Самосогласованная модель Эйнштейна и теория ангармонических поверхностных колебаний. I одномерная модель. Progr Theoret Phys 58(3):767–76

    Статья Google ученый

85. Эббесен Т.В., Аджаян П.М. (1992) Крупномасштабный синтез углеродных нанотрубок. Природа 358(6383):220–2

    Статья Google ученый

86. Иидзима С., Ичихаси Т. (1993) Однооболочечные углеродные нанотрубки диаметром 1 нм. Природа 363:603–605

    Статья Google ученый

87. «>

    Bethune DS, Klang CH, de Vries MS, Gorman G, Savoy R, Vazquez J et al (1993) Катализируемый кобальтом рост углеродных нанотрубок со стенками из одного атомного слоя. Природа 363(6430):605–7

    Артикул Google ученый

88. Журне К., Мазер В.К., Бернье П., Луазо А., ДелаШапель М.Л., Лефрант С. и др. (1997) Крупномасштабное производство одностенных углеродных нанотрубок электродуговым методом. Природа 388(6644):756–8

    Статья Google ученый

89. Хокканен М.Дж., Лаутала С., Шао Д., Турпейнен Т., Койвистойнен Дж., Альског М. (2016) Очистка на кристалле с помощью погружения в жидкость многослойных углеродных нанотрубок, синтезированных дуговым разрядом. Appl Phys A 122(7):1–8

    Статья Google ученый

90. Мейяппан М. (2004) Углеродные нанотрубки: наука и приложения. Бока-Ратон: CRC press

91. Poole Jr CP, Owens FJ (2003) Введение в нанотехнологии. Хобокен: John Wiley & Sons

92. Уилсон М., Каннангара К., Смит Г., Симмонс М., Рагус Б. (2002) Нанотехнология: фундаментальная наука и новые технологии. Hoboken: CRC Press

93. Лян Ф., Чен Б. (2010) Обзор биомедицинских применений одностенных углеродных нанотрубок. Curr Med Chem 17(1):10–24

    Артикул Google ученый

94. McEuen PL (2000) Одностенные углеродные нанотрубки. Phys World 13(6):31–6

    Статья Google ученый

95. Homma Y (2015) Синтез углеродных нанотрубок и роль катализатора. Берлин: Границы графена и углеродных нанотрубок: Springer, стр. 125-9.

96. Yan Y, Miao J, Yang Z, Xiao F-X, Yang HB, Liu B et al (2015) Катализаторы из углеродных нанотрубок: последние достижения в синтезе, характеристике и применении. Chem Soc Rev 44 (10): 3295–346

    Артикул Google ученый

97. Saito Y, Okuda M, Koyama T (1996) Углеродные нанокапсулы и одностенные нанотрубки, образованные дуговым испарением. Surf Rev Lett 3(1):863–7

    Статья Google ученый

98. Рао С., Говиндарадж А. (2005) Нанотрубки и нанопроволоки, серия RSC по нанонауке и нанотехнологиям. Издательство RSC, Кембридж

    Google ученый

99. Williams K, Tachibana M, Allen J, Grigorian L, Cheng S, Fang S и др. (1999) Одностенные углеродные нанотрубки из угля. Chem Phys Lett 310(1):31–7

    Статья Google ученый

100. Чжао Дж., Бао В., Лю С. (2010) Синтез ОСНТ из древесного угля дуговым разрядом. J Уханьский технологический университет – степень магистра наук, выпуск 25(2):194–6

     Статья Google ученый

101. «>

     Сюй К., Ли Ю.Ф., Сюй С.М., Гао Дж.С., Лю Х.В., Ян Х.Т. и др. (2013) Управляемый синтез углеродных нанотрубок с одной, двумя и тремя стенками из асфальта. Chem Eng J 225:210–5

     Статья Google ученый

102. Сюй К., Ли Ю.Ф., Ян Ф., Ян В., Чжан Л.К., Сюй С.М. и др. (2014) Управляемый синтез углеродных нанотрубок с одинарными и двойными стенками из нефтяного кокса и их применение в солнечных батареях. Углерод 68:511–9

     Артикул Google ученый

103. Фархат С., Лами де ла Шапель М., Луазо А., Скотт К.Д., Лефрант С., Журне С. и др. (2001) Контроль диаметра одностенных углеродных нанотрубок с использованием газовой смеси аргона и гелия. J Chem Phys 115(14):6752–9

     Статья Google ученый

104. Журне С., Бернье П. (1998) Производство углеродных нанотрубок. Appl Phys A Mater Sci Process 67 (1): 1–9

     Артикул Google ученый

105. Huang HJ, Marie J, Kajiura H, Ata M (2002) Улучшенная стойкость к окислению одностенных углеродных нанотрубок, полученных дуговым разрядом в чашеобразном катоде. Nano Lett 2(10):1117–9

     Статья Google ученый

106. Рослан М.С., Чаудари К., Ризви С.Ж., Дауд С., Али Дж., Мунаджат Й. (2016) Синтез УНТ в дуговом разряде в водородной среде в присутствии магнитного поля. J Технологии. 78(3):257–260

107. Саха С., Пейдж А.Дж. (2016) Влияние магнитного момента на зарождение углеродных нанотрубок. Углерод 105:136–43

     Артикул Google ученый

108. Yokomichi H, Ichihara M, Kishimoto N (2014) Магнитно-индуцированные изменения диаметра и скорости осаждения однослойных углеродных нанотрубок в дуговом разряде. Jpn J Appl Phys. 53(2):02BD05–1

109. Yeh Y-W, Raitses Y, Yao N (2016) Структурные вариации катодных отложений в угольной дуге. Углерод 105:490–5

     Артикул Google ученый

110. Jeong MS, Han JH, Choi YC (2013) Влияние процесса очистки на содержание полупроводников в одностенных углеродных нанотрубках, синтезированных с помощью дугового разряда. Углерод 57:338–45

     Артикул Google ученый

111. Fujisawa K, Kim HJ, Go SH, Muramatsu H, Hayashi T, Endo M et al (2016) Обзор синтеза и применения углеродных нанотрубок с двойными и тройными стенками. Прикладная наука 6 (4): 109

     Артикул Google ученый

112. Li LX, Li F, Liu C, Cheng HM (2005) Синтез и характеристика двустенных углеродных нанотрубок из многослойных углеродных нанотрубок с помощью водородно-дугового разряда. Углерод 43(3):623–9

     Артикул Google ученый

113. Wang M, Zhao XL, Ohkohchi M, Ando Y (1996) Углеродные нанотрубки, выращенные на поверхности катодного осадка с помощью дугового разряда. Fullerene Sci Techn 4(5):1027–39

     Google ученый

114. Shimotani K, Anazawa K, Watanabe H, Shimizu M (2001) Новый синтез многослойных углеродных нанотрубок с использованием метода дугового разряда в органических молекулярных атмосферах. Appl Phys A Mater Sci Process 73(4):451–4

     Статья Google ученый

115. Кота М., Падья Б., Рамана Г.В., Джайн П.К., Падманабхам Г. (2013) Роль давления буферного газа в синтезе углеродных нанотрубок методом дугового разряда. AIP Conf Proc 1538:200–4

     Артикул Google ученый

116. «>

     Corry B (2018) Разработка мембран из углеродных нанотрубок для эффективного опреснения воды. J Phys Chem B 112(5):1427–1434

117. Kim HJ, Oh E, Lee J, Lee KH (2012) Синтез одностенных углеродных нанотрубок с использованием железа в качестве катализатора на основе гемоглобина. Carbon 50(2):722–6

     Артикул Google ученый

118. Парканский Н., Боксман Р.Л., Альтеркоп Б., Зонтаг И., Лереа Ю., Баркай З. (2004) Одноимпульсное дуговое производство углеродных нанотрубок в окружающем воздухе. J Phys D Appl Phys 37(19):2715–9

     Артикул Google ученый

119. Jung SH, Kim MR, Jeong SH, Kim SU, Lee OJ, Lee KH et al (2003) Высокопроизводительный синтез многостенных углеродных нанотрубок дуговым разрядом в жидком азоте. Appl Phys A Mater Sci Process 76(2):285–6

     Статья Google ученый

120. «>

     Sornsuwit N, Maaithong W (2008) Исследование синтеза многослойных углеродных нанотрубок с использованием жидкого азота и последующей фильтрации. Int J Precis Eng Man 9(3):18–21

     Google ученый

121. Фанг Х, Шашурин А, Тил Г, Кейдар М (2016) Определение области синтеза одностенных углеродных нанотрубок в объеме дуговой плазмы. Углерод 107:273–80

     Артикул Google ученый

122. Zhao J, Su YJ, Yang Z, Wei LM, Wang Y, Zhang YF (2013) Дуговой синтез углеродных нанотрубок с двойными стенками в воздухе низкого давления и их превосходные свойства полевой эмиссии. Углерод 58:92–8

     Артикул Google ученый

123. Zhao X, Inoue S, Jinno M, Suzuki T, Ando Y (2003) Макроскопически ориентированная сеть одностенных углеродных нанотрубок. Chem Phys Lett 373(3):266–71

     Статья Google ученый

124. «>

     Zhao X, Ando Y (1998) Спектры комбинационного рассеяния и рентгеновские дифрактограммы углеродных нанотрубок, полученных с помощью водородно-дугового разряда. Jpn J Appl Phys 37 (часть 1): 4846–9

     Артикул Google ученый

125. Дервиши Э., Ли З.Р., Сюй Ю., Сайни В., Бирис А.Р., Лупу Д. и др. (2009) Углеродные нанотрубки: синтез, свойства и применение. Particul Sci Technol 27(2):107–25

     Статья Google ученый

126. Scholl R (1999) Источники питания для импульсных плазменных технологий: состояние и перспективы. Adv Energy Indus Inc. 1-8. http://www.advanced-energy.com/upload/File/White_Papers/SL-WHITE9-270-01.pdf

127. Ando Y, Zhao X, Inoue S, Iijima S (2002) Массовое производство многостенных углеродных нанотрубок с помощью водородного дугового разряда. J Cryst Growth 237:1926–30

     Статья Google ученый

128. «>

     Кадек М., Мерфи Р., Маккарти Б., Друри А., Лар Б., Баркли Р. и др. (2002) Оптимизация производства многослойных углеродных нанотрубок дуговым разрядом. Carbon 40(6):923–8

     Артикул Google ученый

129. Qiu J, Wang Z, Zhao Z, Wang T (2007) Синтез углеродных нанотрубок с двойными стенками из угля в безводородной атмосфере. Топливо 86(1):282–6

     Артикул Google ученый

130. Qiu J, Chen G, Li Z, Zhao Z (2010) Получение углеродных нанотрубок с двойными стенками из сажи фуллереновых отходов с помощью дугового разряда. Carbon 48(4):1312–5

     Артикул Google ученый

131. Murr L, Brown D, Esquivel E, Ponda T, Martinez F, Virgen A (2005) Углеродные нанотрубки и другие фуллерены, полученные из порошка шин, введенного в электрическую дугу. Mater Charact 55(4):371–7

     Статья Google ученый

132. «>

     Чжао С., Хун Р., Луо З., Лу Х., Ян Б. Производство углеродных наноструктур с помощью плазменного процесса дугового разряда переменного тока при атмосферном давлении. Дж Наноматер. 2011 г.; DOI: 10.1155/2011/346206.

133. Tang D, Xie S, Liu W, Chang B, Sun L, Liu Z и др. (2000) Доказательства модели роста нанотрубок с открытым концом в дуговом разряде. Carbon 38(3):480–3

     Артикул Google ученый

134. Wang S-D, Chang M-H, Ming-Der Lan K, Wu C-C, Cheng JJ, Chang HK (2005) Синтез углеродных нанотрубок дуговым разрядом в растворе хлорида натрия. Carbon 43(8):1792–5

     Артикул Google ученый

135. Джаханшахи М., Рауф Дж., Джабари С.Р. (2009) Влияние напряжения на производство наноуглеродов с помощью уникальной установки дугового разряда в растворе. J Exp Nanosci 4(4):331–9

     Статья Google ученый

136. «>

     Tsai Y, Su J, Su C, He W (2009) Производство углеродных нанотрубок одноимпульсным разрядом в воздухе. J Mater Process Technol 209(9):4413–6

     Статья Google ученый

137. Wang Y-H, Chiu S-C, Lin K-M, Li YY (2004) Формирование углеродных нанотрубок из поливинилового спирта методом дугового разряда. Углерод 42(12):2535–41

     Артикул Google ученый

138. Арора Н., Шарма Н.Н. (2014) Дуговой разрядный синтез углеродных нанотрубок: всесторонний обзор. Diamond Relat Mater 50:135–50

     Артикул Google ученый

139. Zhao T, Liu Y, Zhu J (2004) Влияние газа и давления на синтез аморфных углеродных нанотрубок. Chin Sci Bull 49(24):2569–71

     Статья Google ученый

140. Гребенюков В. , Образцова Е., Пожаров А., Арутюнян Н., Ромейков А., Козырев И. (2008) Дуговой синтез однослойных углеродных нанотрубок в атмосфере азота. Fuller Nanotub Car N 16(5-6):330–4

     Артикул Google ученый

141. Карими М., Навид С., Мохаммад А., Хамед Миршекари, Эльмира М., Махдиар Т., Махшид Х. и др. (2015) Углеродные нанотрубки, часть I: подготовка нового и универсального средства доставки лекарств. Мнение экспертов по доставке лекарств 12(7):1071–1087

142. Kim HH, Kim HJ (2006) Получение углеродных нанотрубок с помощью процесса дугового разряда постоянного тока при пониженном давлении в воздушной атмосфере. Mater Sci Eng B 133(1):241–4

     Статья Google ученый

143. Zhao J, Jing Z, Yanjie S, Zhi Y, Liangming W, Yafei Z (2012) Синтез прямых многостенных углеродных нанотрубок с помощью дугового разряда в воздухе и их свойства полевой эмиссии. J Mat Sci 47(18):6535–6541

144. Джоши Р., Энгстлер Дж., Наир П.К., Харидос П., Шнайдер Дж.Дж. (2008) Высокопроизводительное образование углеродных нанотрубок с использованием вращающегося катода на открытом воздухе. Diamond Relat Mater 17(6):913–9

     Артикул Google ученый

145. Liu Y, Xiaolong S, Tingkai Z, Jiewu Z, Hirscher M, Philipp F (2004) Аморфные углеродные нанотрубки, полученные дуговым разрядом постоянного тока с регулируемой температурой. Carbon 42(8):1852–5

     Артикул Google ученый

146. Zhao T, Liu Y, Zhu J (2005) Влияние температуры и катализатора на производство аморфных углеродных нанотрубок с помощью модифицированного дугового разряда. Углерод 43(14):2907–12

     Артикул Google ученый

147. Cheng H, Liu C, Fan Y, Li F, Su G, Cong H и др. (2000) Синтез и хранение водорода в углеродных нановолокнах и одностенных углеродных нанотрубках. Z Metallkd 91(4):306–410

     Google ученый

148. Ka I, Le Borgne V, Fujisawa K, Hayashi T, Kim YA, Endo M, et al. Множественная генерация экситонов вызвала усиление фотоотклика наногибридов одностенных углеродных нанотрубок/PbS-квантовых точек, синтезированных с помощью импульсной лазерной абляции. 2016;6

149. Мазер В.К., Бенито А.М., Мартинес М.Т. (2002) Производство углеродных нанотрубок: световой подход. Углерод 40(10):1685–95

     Артикул Google ученый

150. Гуо Т., Николаев П., Ринзлер А.Г., Томанек Д., Колберт Д.Т., Смолли Р.Э. Самосборка трубчатых фуллеренов. J Phys Chem-Us. 1995A; 99 (27): 10694–7.

151. Al-Zanganawee J, Katona A, Moise C, Bojin D, Enachescu M. Криптоновый газ для синтеза высококачественных одностенных углеродных нанотрубок с помощью эксимерного лазера KrF. Дж Наноматер. 2015 г.; DOI: 10.1155/2015/

     2.

152. Scott CD, Arepalli S, Nikolaev P, Smalley RE (2001) Механизмы роста одностенных углеродных нанотрубок в процессе лазерной абляции. Appl Phys a-Mater 72(5):573–80

     Статья Google ученый

153. Юдасака М., Кокаи Ф., Такахаши К., Ямада Р., Сенсуи Н., Ичихаши Т. и др. Формирование одностенных углеродных нанотрубок: сравнение абляции лазером CO2 и абляции лазером Nd:YAG. J Phys Chem B. 1999B;103(18):3576-81.

154. Su Y, Zhang Y (2015) Углеродные наноматериалы, синтезированные горячей плазмой дугового разряда. Углерод 83:90–9

     Артикул Google ученый

155. Хшановска Дж., Хоффман Дж., Малолепши А., Мазуркевич М. , Ковалевский Т.А., Шиманский З. и др. (2015) Синтез углеродных нанотрубок методом лазерной абляции: влияние длины волны лазера. Phys Status Solidi B 252(8):1860–7

     Статья Google ученый

156. Лаплаз Д., Бернье П., Мазер В.К., Фламан Г., Гийяр Т., Луазо А. (1998) Углеродные нанотрубки: солнечный подход. Углерод 36(5-6):685–8

     Артикул Google ученый

157. Брейди Н., Эль Хакани М.А., Боттон Г.А. (2002) Синтез однослойных углеродных нанотрубок с помощью УФ-лазерного испарения. Chem Phys Lett 354(1-2):88–92

     Статья Google ученый

158. Муноз Э., Мазер В.К., Бенито А.М., Мартинес М.Т., де ла Фуэнте Г.Ф., Риги А. и др. (2000) Одностенные углеродные нанотрубки, полученные с помощью непрерывной абляции CO2-лазером: изучение параметров, важных для их образования. Appl Phys a-Mater 70(2):145–51

     Статья Google ученый

159. Choi S, Byeon C, Park D, Jeong M (2016) Поляризационно-селективное выравнивание пленки углеродных нанотрубок с использованием фемтосекундной лазерной абляции. J Korean Phys Soc 68 (2): 210–4

     Артикул Google ученый

160. Ринзлер А.Г., Лю Дж., Дай Х., Николаев П., Хаффман С.Б., Родригес-Масиас Ф.Дж. и др. (1998) Крупномасштабная очистка одностенных углеродных нанотрубок: процесс, продукт и характеристика. Appl Phys a-Mater 67(1):29–37

     Статья Google ученый

161. Bachilo SM, Strano MS, Kittrell C, Hauge RH, Smalley RE, Weisman RB (2002) Определенные по структуре оптические спектры однослойных углеродных нанотрубок. Наука 298(5602):2361–6

     Статья Google ученый

162. «>

     Дин Дж., Ли З., Лефевр Дж., Ченг Ф., Дубей Г., Цзоу С. и др. (2014) Обогащение полупроводниковых ОУНТ большого диаметра путем экстракции полифлуорена для тонкопленочных транзисторов с высокой плотностью сети. Наношкала 6(4):2328–39

     Артикул Google ученый

163. Saito R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus UM (1992) Электронная структура хиральных графеновых трубочек. Appl Phys Lett 60 (18): 2204–6

     Артикул Google ученый

164. Zhang Y, Zheng L (2010) На пути к хирально чистым углеродным нанотрубкам. Наношкала 2(10):1919–29

     Артикул Google ученый

165. Bandow S, Asaka S, Saito Y, Rao AM, Grigorian L, Richter E et al (1998) Влияние температуры роста на распределение диаметра и хиральность одностенных углеродных нанотрубок. Phys Rev Lett 80 (17): 3779

     Артикул Google ученый

166. «>

     Кейдар М., Шашурин А., Ли Дж., Волоцкова О., Кундрапу М., Чжуан Т.С. (2011) Дуговой плазменный синтез углеродных наноструктур: где граница? J Phys D Appl Phys 44(17):174006

     Статья Google ученый

167. Серафин С., Чжоу Д. (1994) Одностенные углеродные нанотрубки, полученные с высоким выходом с помощью смешанных катализаторов. Appl Phys Lett 64 (16): 2087–9.

     Артикул Google ученый

168. Shi ZJ, Lian YF, Zhou XH, Gu ZN, Zhang YG, Iijima S и др. (1999) Массовое производство одностенных углеродных нанотрубок методом дугового разряда. Carbon 37(9):1449–53

     Артикул Google ученый

169. Chen B, Inoue S, Ando Y (2009) Рамановские спектроскопические и термогравиметрические исследования высококристаллических ОСНТ, синтезированных методом FH-дугового разряда. Алмазная родственная мать 18 (5–8): 975–8

     Артикул Google ученый

170. Чжао Т., Лю Ю., Ли Т., Чжао Х. (2010) Влияние силы тока и толкающей дуги на синтез одностенных углеродных нанотрубок с помощью дугового разряда. J Nanosci Nanotechnol 10(6):4078–81

     Статья Google ученый

171. Su YJ, Yang Z, Wei H, Kong ESW, Zhang YF (2011) Синтез одностенных углеродных нанотрубок с избирательным распределением диаметров с использованием дугового разряда постоянного тока в смешанной атмосфере с CO. Appl Surf Sci 257 (7): 3123–7

     Артикул Google ученый

172. Su YJ, Zhang YZ, Wei H, Yang Z, Kong ESW, Zhang YF (2012) Контроль диаметра одностенных углеродных нанотрубок, полученных с помощью дугового разряда с магнитным полем. Carbon 50(7):2556–62

     Артикул Google ученый

173. «>

     Фанг Л., Шэн Л.М., Ан К., Ю Л.М., Рен В., Андо Ю.Л. и др. (2013) Влияние добавления W к катализатору Fe на синтез ОУНТ с помощью дугового разряда. Phys E 50:116–21

     Артикул Google ученый

174. Su YJ, Wei H, Li TT, Geng HJ, Zhang YF (2014) Недорогой синтез одностенных углеродных нанотрубок с помощью воздушно-дугового разряда низкого давления. Mater Res Bull 50:23–5

     Статья Google ученый

175. Zhang YL, Hou PX, Liu C, Cheng HM (2014) Разделение одностенных углеродных нанотрубок, индуцированное электрическим полем во время синтеза дугового разряда. Углерод 74:370–3

     Артикул Google ученый

176. Хатчисон Дж.Л., Киселев Н.А., Криничная Е.П., Крестинин А.В., Лутфи Р.О., Моравский А.П. и др. (2001) Углеродные нанотрубки с двойными стенками, изготовленные методом водородно-дугового разряда. Углерод 39(5):761–70

     Артикул Google ученый

177. Sugai T, Yoshida H, Shimada T, Okazaki T, Shinohara H (2003) Новый синтез высококачественных углеродных нанотрубок с двойными стенками с помощью высокотемпературного импульсного дугового разряда. Нано Летт 3 (6): 769–73

     Артикул Google ученый

178. Huang HJ, Kajiura H, Tsutsui S, Murakami Y, Ata M (2003) Высококачественные суперпучки углеродных нанотрубок с двойными стенками, выращенные в безводородной атмосфере. J Phys Chem B 107(34):8794–8

     Статья Google ученый

179. Qiu HX, Shi ZJ, Guan LH, You LP, Gao M, Zhang SL и др. (2006) Высокоэффективный синтез углеродных нанотрубок с двойными стенками методом дугового разряда с использованием хлорида в качестве промотора. Углерод 44(3):516–21

     Артикул Google ученый

180. «>

     Liu Q, Ren W, Li F, Cong H, Cheng H-M (2007) Синтез и высокая термическая стабильность двустенных углеродных нанотрубок с использованием дигидрата формиата никеля в качестве предшественника катализатора. J Phys Chem C 111(13):5006–13

     Статья Google ученый

181. Yoshida H, Sugai T, Shinohara H (2008) Изготовление, очистка и характеристика углеродных нанотрубок с двойными стенками с помощью импульсного дугового разряда. J Phys Chem C 112 (50): 19908–15

     Артикул Google ученый

182. Su YJ, Zhou P, Zhao J, Yang Z, Zhang YF (2013) Крупномасштабный синтез малостенных углеродных нанотрубок с помощью дугового разряда постоянного тока в потоке воздуха низкого давления. Mater Res Bull 48(9):3232–5

     Статья Google ученый

183. Zhao X, Ohkohchi M, Shimoyama H, Ando Y (1999) Морфология аллотропов углерода, полученных водородным дуговым разрядом. J Рост кристаллов 198:934–8

     Статья Google ученый

184. Anazawa K, Shimotani K, Manabe C, Watanabe H, Shimizu M (2002) Метод синтеза высокочистых углеродных нанотрубок дуговым разрядом в магнитном поле. Appl Phys Lett 81(4):739–41

     Статья Google ученый

185. Ким Х.Х., Ким Х.Дж. Получение углеродных нанотрубок в процессе дугового разряда постоянного тока с использованием ксилола-ферроцена в качестве плавающего катализатора-предшественника. IEEE Nmdc 2006: Конференция IEEE по нанотехнологическим материалам и устройствам 2006 г., Материалы. 2006:496-7.

186. Song X, Liu Y, Zhu J (2007) Многостенные углеродные нанотрубки, полученные дуговым разрядом постоянного тока в водороде при повышенной температуре окружающей среды. Mater Lett 61(2):389–91

     Статья Google ученый

187. «>

     Xing G, Jia SL, Shi ZQ (2009) Влияние магнитного поля, параллельного дуге, на формирование углеродных наноматериалов дуговым разрядом в воде. Carbon 47(8):2131–3

     Артикул Google ученый

188. Teymourzadeh M, Kangarlou H (2012) Синтез многостенных углеродных нанотрубок в дуговом разряде с использованием предшественников углеводородов в качестве источников углерода. World Appl Sci J 18(7):879–883

     Google ученый

189. Zhao J, Wei L, Peng C, Su Y, Yang Z, Zhang L et al (2013) Неферментативный датчик глюкозы на основе композита кубических наночастиц меди и многостенных углеродных нанотрубок, синтезированных дуговым методом. Биосенс ​​Биоэлектрон 47: 86–91

     Артикул Google ученый

190. Большаков А.П., Углов С.А., Савельев А.В., Конов В.И., Горбунов А. А., Помпе В. и др. (2002) Новый непрерывный лазерно-порошковый метод производства углеродных одностенных нанотрубок. Diamond Relat Mater 11(3–6):927–30

     Артикул Google ученый

191. Икегами Т., Наканиши Ф., Утияма М., Эбихара К. (2004) Оптические измерения при формировании углеродных нанотрубок с помощью импульсной лазерной абляции. Тонкие твердые пленки 457(1):7–11

     Артикул Google ученый

192. Kusaba M, Tsunawaki Y (2006) Производство одностенных углеродных нанотрубок с помощью эксимерного лазера XeCl. Тонкие твердые пленки 506:255–8

     Артикул Google ученый

193. Лебель Л.Л., Аисса Б., Эль Хакани М.А., Террио Д. (2010) Подготовка и механические характеристики одностенных углеродных нанотрубок/полиуретановых нанокомпозитных пучков с лазерной абляцией. Compos Sci Technol 70(3):518–24

     Артикул Google ученый

194. Ле Борн В., Аисса Б., Мохамеди М., Ким Ю.А., Эндо М., Эль Хакани М.А. (2011) Импульсный KrF-лазерный синтез одностенных углеродных нанотрубок: влияние содержания катализатора и температуры печи на их наноструктуру и фотолюминесцентные свойства. J Nanopart Res 13(11):5759–67

     Артикул Google ученый

195. Исмаил И., Хашим М., Яхья Н. (2011) Магнитная характеристика углеродных нанотрубок в виде паутины, катализированных Fe2O3 с помощью метода импульсного лазерного абляции (PLAD). Int J Nanosci 10 (03): 403–12

     Артикул Google ученый

196. Yuge R, Toyama K, Ichihashi T, Ohkawa T, Aoki Y, Manako T (2012) Характеристика и свойства полевой эмиссии многостенных углеродных нанотрубок с тонкой кристалличностью, полученных лазерной абляцией CO ₂ . Appl Surf Sci 258(18):6958–62

     Статья Google ученый

197. Енджеевска А., Бахматюк А., Ибрагим И., Срекова Х., Нгану С., Шухнер Ф. и др. (2013) Систематическое и сравнительное исследование бинарных металлических катализаторов для изготовления углеродных нанотрубок с использованием CVD и лазерного испарения. Fuller Nanotub Car N 21(4):273–85

     Артикул Google ученый

Скачать ссылки

Финансирование

Эта работа финансировалась проектом №. RU004-2015 и УМРГ (RP022-2012A).

Вклад авторов

RD собрал и проанализировал литературу и написал рукопись. ZS, MEA и MMI редактировали рукопись, а SBAH руководил RD по сбору идей и анализу литературы. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Информация о авторе

Авторы и принадлежность

1. Нанотехнологии и исследовательский центр по катализу, Университет Малайи, 50603, Куала -Лумпур, Малайзия

   RASEL DAS, Zohrehre Shahnavaz, MD. Eaqub Ali & Hamdeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee. Кафедра биохимии и молекулярной биологии, Университет Читтагонга, 4331, Хатазари, Бангладеш

   Мохаммед Мойнул Ислам

Авторы

1. Расель Дас

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Zohreh Shahnavaz

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Md. Eaqub Ali

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. Мохаммед Мойнул Ислам

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Шарифа Би Абд Хамид

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Авторы, переписывающиеся

Переписка с Расель Дас или Шарифа Би Абд Хамид.

Дополнительный файл

Дополнительный файл 1: Рисунок S1.

Схематическое изображение рождения CNT различными путями. (DOCX 2313 КБ)

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения.

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Синтез углеродных нановолокон с помощью тлеющего дугового разряда

• Панель авторов Вход

Что такое открытый доступ?

Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

Наши авторы и редакторы

Мы являемся сообществом из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах, в том числе лауреатов Нобелевской премии и самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

Оповещения о содержимом

Краткое введение в этот раздел, описывающий открытый доступ, особенно с точки зрения IntechOpen

Как это работаетУправление предпочтениями

Контакты

Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь:

Карьера:

Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

Открытый доступ

Автор:

Маркидия Пачеко, Джоэл Пачеко и Рикардо Вальдивия

Опубликовано: 1 февраля 2010 г.

DOI: 10.5772/8157

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

Из отредактированного тома

Под редакцией Ашока Кумара

Сведения о книге Заказать Печать

Обзор показателей главы

3 713 загрузок глав

Посмотреть полные показатели

СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

Рекламное объявление

1.

Введение

Углеродные нановолокна (УНВ) состоят из графитовых пластинок, расположенных в различной ориентации относительно оси волокна и обладающих отличительными и особыми функциональными свойствами; эти структуры имеют большое количество ребер и заметное химическое взаимодействие, способствующее абсорбционной способности [1], они также обладают высокой каталитической активностью, которая может использоваться в качестве твердых углеродных носителей для других каталитических реакций [2], [3].

Поскольку все эти замечательные функции, CNF вполне подходят для здравоохранения [4,5] и очистки от атмосферных загрязнителей [6-8], интеграции межсоединений на кристалле [9,10], а также могут использоваться как химические или биохимические датчики на молекулярном уровне [11].

Чтобы немного лучше оценить огромный мир углеродных наноструктур, М. Монтиу и В. Кузнецов подробно описали [12] некоторые удивительные данные об истории углеродных наноструктур; в частности они упоминают патент Томас Альба Эдисон в 1892 году , , посвященный синтезу углеродных нитей для лампы накаливания с использованием термического разложения газообразного метана . Однако такой патент нельзя рассматривать как первое свидетельство роста углеродных нанотрубок или нановолокон, поскольку разрешение доступных оптических микроскопов едва ли позволяло отображать нити диаметром менее нескольких микрометров. Благодаря последующему изобретению просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) в 19Опубликовано 53 первых ПЭМ-изображения УТС [13].

В конце 50-х и в течение 60-х годов многие лаборатории и компании начинают интересоваться УНВ, например, Р. Бэкон синтезировал УНВ длиной около 200 нм электродуговым методом [14]. Позднее, в 70-х годах, А. Оберлин , М. Эндо и др. получили УНВ размером около 7 нм методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) [15-17].

Впоследствии в литературе постоянно сообщалось о новых методах синтеза УНВ. В настоящее время существует большое количество методов синтеза углеродных нановолокон, наиболее распространенным является метод CVD; этот газофазный процесс, как правило, проводят при более низких температурах, эксперимент проводят в проточной печи при атмосферном давлении. Возможно, в самой простой экспериментальной установке катализатор помещают в керамическую лодочку, которую затем помещают в кварцевую трубку. Реакционную смесь, состоящую, например, из ацетилена и аргона, пропускают над слоем катализатора в течение нескольких часов при температуре от 500 до 1100 °С [18-23].

Другой способ получения УНВ из паровой фазы основан на использовании «плавающего катализатора», переносимого газовым потоком внутри проточного реактора [24]. Катализаторы на носителе использовались для синтеза УНВ для достижения контроля ширины волокна. Катализаторы Fe, Ni или Co, нанесенные на кремнезем, дают узкотрубчатые УНВ из смесей CO/H ₂ и этилена/H ₂ [25]. Аналогичная методика, но на водорастворимых носителях (Na ₄ SiO ₄ , Na ₂ SiO ₃ и Na ₂ CO ₃ ) [26].

Относительно новый метод синтеза УНВ основан на процессе электроформования, при котором раствор полимера подается из шприца в коллектор с двумя электродами различной формы [27, 28].

Что касается плазменных процессов синтеза углеродных наноструктур, электродуговой метод использовался для синтеза в основном углеродных нанотрубок [13, 29,30], а также УНВ [31-33].

Традиционный метод CVD теперь дополнен плазменной технологией; он имеет два преимущества по сравнению с обычным методом CVD: более низкая температура процесса и более гибкие свойства пленки [34-38].

Плазменный метод, который также используется для синтеза углеродных наноструктур, — плазмотрон; однако получается относительно низкий выход этих структур [39]. Его принципиальным ограничением может быть очень короткое время пребывания (менее 1 мс) частиц катализатора в плазме из-за высокой осевой скорости плазменных струй (осевая скорость может достигать 300 м/с).

Представленная работа посвящена исследованию синтеза УНВ с использованием комбинированной энергии для двух типов плазмы (тлеющего разряда и электродугового разряда) с целью снижения энергопотребления. Наша цель состоит в том, чтобы предложить альтернативу существующим плазменным методам синтеза УНВ. Здесь мы предлагаем подход, заключающийся в высокочастотном тлеющем дуговом разряде, работающем при низком энергопотреблении (<300 Вт) и малых расходах закачки углеводородов (<0,1 л/мин). Этот метод имеет дополнительные преимущества, такие как очень короткое время реакции, простота в эксплуатации (не требует ни субстратов, ни специальной предварительной обработки) и дешевизна организации (не требуется дорогостоящее вакуумное оборудование).

Реклама

2. Принцип.

Настоящая работа посвящена выращиванию УНВ в тлеющем дуговом ВЧ разряде; переменное электрическое поле на электродах и температура в зазоре обеспечивают энергию и динамику, необходимые для диссоциации углерода, поступающего из углеводородного газа (CH ₄ + He) и из графитовых электродов, с образованием УНВ с помощью переходного металла. катализаторы (Ni, Y).

Несмотря на то, что преобразование углерода и катализатора в углеродные наноструктуры дуговым разрядом и лазерным методом является очень эффективным, энергозатраты на испарение углерода становятся их основным недостатком. Для атомизации моля графита требуется количество энергии 716,6 кДж по сравнению с 80 кДж/моль, если в плазменном разряде используется газообразный метан. Следовательно, мы предлагаем чередующийся процесс с использованием не мощного разряда постоянного тока, а высокочастотного и маломощного разряда с использованием метана как углеродсодержащего газа.

Представленный здесь метод характеризуется двумя режимами разряда: тлеющим разрядом и электродуговым разрядом. Тлеющий разряд характеризуется очень энергичными электронами, в отличие от других видов в плазме с более низкой кинетической энергией, очень характерный розовато-лиловый свет в наших условиях излучается примерно при температуре окружающей среды. Этот разряд используется для предварительного нагрева катализаторов для реакции с углеродсодержащим газом (Ch5) при зажигании электрической дуги. В этом электродуговом режиме происходит сублимация углерода и последующая реакция с катализатором. Режим электрической дуги характеризуется тем, что он близок к локальному термодинамическому равновесию, это означает, что электроны и тяжелые частицы имеют почти одинаковую кинетическую энергию или температуру, которая легко может достигать от 4000 К до 12000 К.

Преимущество использования переменного тока (AC) и ВЧ-разряда заключается в получении квазимгновенных пиков напряжения пробоя, получении достаточной удельной энергии для диссоциации и ионизации углеродного сырья, и, следовательно, синтез УНВ осуществляется при меньших энергозатратах.

В процессе процессов происходит агломерация частиц в межэлектродном промежутке; этот эффект наблюдался некоторыми авторами [40-42]. Они обнаружили, что частицы, протекающие через зазор, зависят от напряженности переменного электрического поля, силы гравитации и сил трения, описываемых уравнением движения Ньютона. Амплитуда колебаний уменьшается с увеличением частоты в векторе электрического поля. В этом случае более целесообразны более высокие частоты, так как меньшая амплитуда колебаний частиц приводит к меньшей вероятности их осаждения на электроды и, следовательно, для достижения сублимации углерода требуются небольшие энергозатраты.

Для характеристики некоторых физических параметров во время плазменных процессов применяется спектроскопический метод: оптическая эмиссионная спектроскопия (ОЭС), которая исследует длины волн фотонов, испускаемых частицами плазмы, во время их перехода из возбужденного состояния в более низкое энергетическое состояние. . Каждый элемент излучает характерный набор импульсов на определенных длинах волн в соответствии с его электронной структурой; наблюдая за этими длинами волн, можно определить элементный состав образца; кроме того, могут быть получены дополнительные параметры, такие как, например, электронная и вращательная температуры (температура молекул) и плотность электронов. Этот метод имеет огромное преимущество в том, что он является неинтрузивным методом.

Объявление

3. Экспериментальная установка.

Плазменный разряд генерировался внутри реактора, где давление можно было регулировать с помощью очень простой насосной системы в диапазоне 10-100 кПа. Электрическая энергия обеспечивается специально разработанным для этой цели высокочастотным резонансным преобразователем (см. рис. 1(а)) [43]. Ток переменного тока можно регулировать в диапазоне от 10 мА до 2 А от пика к пику. Частота приложенного напряжения будет влиять на напряжение, при котором происходит пробой, в стабильном состоянии напряжение пробоя составляет 200 В. В общем, если используется постоянное напряжение, потребуется более высокое напряжение пробоя [44]. Кривые эволюции электрического тока от тлеющего к дуговому разряду, а также кривые зависимости напряжения от тока в обоих режимах были построены с использованием реальных данных, полученных в ходе экспериментов, проведенных на установке, описанной на рис. 1(а). Эти результаты показаны на рисунке 1(b) [45]. Путем умножения напряжения на ток определяется мгновенная мощность, приложенная к плазме, и 9Значения мощности 2484 rms составляют 51 Вт для тлеющего разряда и 96,7 Вт для дугового разряда. В электрической диагностике видно, что дуговой разряд потребляет больше энергии, чем тлеющий разряд. Однако разница невелика; фактически дуговой режим требует на 45,7 Вт больше, чем режим тлеющего разряда, потому что дуговой разряд существует почти 100% времени, а режим тлеющего разряда представляет собой разрывы. Причина в том, что при разрыве связей молекулы СН ₄ часть атомов водорода оказывается свободной, что вызывает прирост электропроводности плазмы, требующий, следовательно, меньшей мощности для поддержания дугового режима. Температурная зависимость электропроводности различных газов (H ₂ , He, N ₂ и Ar) показывает, что H ₂ обладает большей проводимостью, чем He; это связано с более высоким потенциалом ионизации He [46].

Плазменный реактор имеет специальный оптический порт для измерения. Оптический сигнал плазменного разряда направлялся оптическим волокном, установленным в электромеханической системе XY, для достижения вертикального и горизонтального сканирования плазменного разряда с очень точными шагами приращения (0,1 мм). Конечный конец оптического волокна фокусируется во входную щель монохроматора, снабженного голографической решеткой 1800 штрихов/мм.

Рис. 1.

а) Экспериментальная установка для синтеза УНВ, (б) Электрические формы волны в процессе тлеющей дуги [45]

Нижний электрод одновременно играет роль контейнера для порошкового катализатора. Смесь катализаторов (34 % ат. Ni/10,32 % ат. Y/55,68 % ат. C) размещают в нижнем электроде (см. рис. 2). Были протестированы две конфигурации нижнего электрода (содержащего катализаторы); на рис. 2 показана перфорированная структура с отверстиями диаметром 1 мм и электрод простейшей конфигурации, состоящий из цилиндрического угольного электрода с просверленным в центре коаксиальным отверстием, заполненного графитовым порошком и катализатором.

Рис. 2.

Тлеющий разряд и подробный вид нижнего электрода.

Верхний электрод из чистого углерода (диаметр 10 мм, длина 100 мм) может автоматически регулироваться для сохранения постоянного зазора в 5 мм. Все рабочие режимы выполнялись в стабильных условиях на частоте 42 кГц, а мощность источника варьировалась от 150 до 400 Вт. В качестве углеродсодержащего газа использовали метан со скоростью подачи 0,1 л/мин. В качестве плазмообразующего газа использовался гелий с расходом 0,3 л/мин.

Большим преимуществом использования переменного электрического поля является возможность точного управления двумя отдельными режимами (тлеющий и дуговой разряд). На рис. 2 показан тлеющий разряд, необходимый для нагрева катализатора в течение предшествующего времени (всего несколько секунд) для образования паров, используемых для реакции с углеродсодержащим газом (CH ₄ ) при зажигании электрической дуги (рис. 3). При этом режиме происходит сублимация углерода и последующая реакция с катализатором.

Рис. 3.

Электродуговой разряд

Реклама

4. Результаты и обсуждение

4.1. Диагностика оптической эмиссионной спектроскопии

ОЭС является одним из наиболее часто используемых методов диагностики плазмы. Измерения оптической эмиссии полосы Лебедя обычно используются для диагностики высокотемпературных или даже низкотемпературных процессов путем введения в процесс углеродных материалов.

Для плазмы, находящейся в состоянии отклонения от локального теплового равновесия, температуры вращения, колебаний и возбуждения от электронов могут отличаться от температур тяжелых частиц. Принимая во внимание связь между вращательным и поступательным состояниями, вращательная температура обычно получается из температуры тяжелых частиц. Тогда температура тяжелых частиц может быть получена из измерения вращательной температуры с помощью C ₂ (0,0) Лебединая полоса расположена между 513 и 517 морскими милями.

Эволюция оптического спектра плазмы в полосе Свана для обеих атмосфер (He и He + CH ₄ ) представлена ​​на рисунке 12. Из этого рисунка видно, что газ метан ускоряет свечение. процесс дугового разряда; эволюция перехода уменьшена в пять раз. Кроме того, интенсивность спектра в атмосфере He-CH ₄ выше, чем в атмосфере He. Применяя метод, описанный в [47, 48], получают значения температуры 6180K и 4830K в He и He-CH ₄ атмосферы соответственно.

Это достаточные температуры для осуществления сублимации катализатора, углерода и метана. К сожалению, диагностика не может быть продлена до финала экспериментов, так как пылевая плазма быстро заполняет реактор, и, следовательно, спектральные линии не могут быть четко выделены на фоне, что приводит к относительно большой неопределенности в этих условиях.

Рис. 4.

Эволюция ОЭС от тлеющего к дуговому в атмосфере: (a) He, (b) He-CH ₄

4.2. Морфологический анализ

Следует отметить, что основное накопление продукта образуется в обоих электродах за счет переменного тока (рис. 5), при этом основной процент этого продукта накапливается в верхнем электроде за счет конвекционного эффекта. В электродуговом разряде постоянного тока, обычно используемом для получения углеродных нанотрубок, только катод более компактно накапливает углеродный продукт (рис. 6) [29].

Рис. 5.

Углеродистое отложение в обоих электродах при использовании переменного тока

Рис. 6.

Углеродистое отложение в катоде при использовании постоянного тока его подвергали ультразвуковой обработке в изопропиловом спирте в течение 10 минут и, наконец, анализировали с помощью сканирующей электронной микроскопии JEOL JSM-5900LV.

Исследуемые образцы в основном состоят из углеродных нановолокон (рис. 7). Дополнительный эксперимент по очистке раствором толуола в течение 5 минут приводит к получению конечного продукта, совершенно свободного от аморфного углерода, как показано на рис. 8. Очень похожая морфологическая структура была получена Мацуурой и сотрудниками [49].], в плазменном реакторе с двенадцатифазным разрядом переменного тока мощностью 3 кВт.

Для дальнейшей характеристики микроструктуры УНВ был проведен анализ с помощью трансмиссионного электронного микроскопа JEOL 2010. Изображения образцов представлены на рис. 9 и 10, где наблюдались однородные нановолокна; диаметры УНВ варьируются от 30 до 200 нм. На рис. 9 показан УНВ диаметром около 120 нм. На рис. 10 показана более толстая УНВ с относительно периодическими стыками, как наблюдалось в [50], с внешним диаметром 30 нм и внутренним диаметром около 15 нм.

Рис. 7.

w3.org/2012/symbol»> РЭМ-изображение, детализирующее классическую морфологию «спагетти».

Рис. 8.

СЭМ-изображение некоторых плетеных нановолокон (очищенный образец).

Рисунок 9.

УНВ относительно большого диаметра

4.3. Результаты РСА.

На рис. 11 наложены четыре рентгенограммы. Эти закономерности подтверждают относительно высокое количество УНВ. Каждый шаблон соответствует образцам, полученным в очень специфических условиях эксплуатации. Образец а) представляет собой смесь катализатор-графит до воздействия на них плазмы; эта рентгенограмма показывает богатую кристаллическую структуру. Образец б) был получен при низкой подводимой мощности (158 Вт). После исследования электронной микроскопии (СЭМ и

Рисунок 10.

УНВ с периодическими соединениями

Рисунок 11.

Рентгенограммы

ПЭМ) было обнаружено, что УНВ не являются репрезентативными, однако рентгенограмма все же показывает поликристаллическую структуру. Образец c) был получен при подаваемой мощности 360 Вт. Рентгеновский спектр показывает несколько отчетливых пиков, указывающих на редуцированную кристаллическую структуру УНВ [51]. Наиболее интенсивными пиками являются пики (0,02) и (10,0), расположенные соответственно при 26,25 и 42,20 в системе 2θ. Угол 26,25 соответствует межплоскостному расстоянию d ₀₀₂ углеродных нановолокон и нанотрубок [52]. Наконец, спектр г) соответствует очищенному образцу. Пик (0 0 2) более интенсивен, чем пики, обнаруженные в других образцах.

4.4. Результаты комбинационного рассеяния

Для поддержки нашего анализа, полученного методами SEM, TEM и XRD, был применен четвертый. Образцы также были проанализированы с помощью метода комбинационного рассеяния, который в основном используется для характеристики кристаллической структуры.

Основным критерием, используемым в литературе [50, 53] для выявления качества углеродных наноструктур методом комбинационного рассеяния, является отношение пиков G к D. Пик G расположен около 1590 см ^-1 и атрибуты С-С удлиненные колебания графитовых слоев, указывающие на хорошо графитизированную углеродную наноструктуру. Несовершенная структура графита характеризуется пиком D вблизи 1349 см ^-1 и также связана с наличием фрагментов аморфного углерода, а не дефектов структуры. Пик B, расположенный на 159 см ^-1 , обычно представляет моду радиального дыхания (RBM) в моностенных углеродных нанотрубках. Формирование нановолокон вместо нанотрубок можно объяснить присутствием водорода в плазменном разряде, который разрывает оборванные связи на краях уложенных друг на друга графитовых пластин [54].

Из рисунка 12 следует, что отношение G/D составляет около 1,41, что соответствует высокому качеству образцов [55 — 57].

Рис. 12.

Рамановский спектр образца, полученный при мощности 360 Вт, с пиками B, D и G.

4.5. Влияние мощности

Для изучения влияния подводимой мощности при синтезе УНВ были протестированы несколько значений подводимой мощности, а полученные продукты были проанализированы методом СЭМ. Результаты этих испытаний схематически представлены на рисунке 13, который показывает эволюцию УНВ в зависимости от мощности: более высокие выходы УНВ достигаются при 360 Вт; в этих экспериментальных условиях плазма остается очень стабильной. Для увеличения мощности несколько модульных реакторов можно было собрать в массив. Простота электрической схемы и возможность адаптации к тлеющему дуговому разряду переменного тока являются одними из наиболее привлекательных особенностей этого метода. О модульном плазменном разряде, работающем в массиве, уже сообщали Куо и Корецки [58, 59].].

Рис. 13.

Качественно выход УНВ в зависимости от потребляемой мощности

4.6. Предварительные результаты адсорбции NO

_x УНВ

Для определения энергии активации в УНВ и затем процесса сорбции образцы УНВ контаминировали NO _X . Загрязненный и незагрязненный УНВ анализировали методом термогравиметрии (рисунок 14), который обычно заключается в потере веса в зависимости от определения температуры.

Рис.

14.

УНВ незагрязненный и загрязненный NO _x

Следуя следующей процедуре, можно получить энергетическую активацию. Уравнение (1) представляет кинетику адсорбции первого порядка

ln(−ln(1−α))=(AβRT2Eades)−EadesR(1T) E1

Где,

T температура

R = 8,134 Дж/моль-К,

A : предэкспоненциальный множитель (s ^-1 )

β : скорость нагрева (К/мин)

Eades : активация энергии

 — потеря веса в зависимости от T , точнее,

α=mo-mTmo-mf Е2

м _или начальный вес при т , м _Т — это вес в зависимости от T и m _ф — окончательный вес.

Из данных рисунка 15, построив ln ( -ln ( 1- )) против 1/ T , можно получить энергию активации незагрязненного УНВ (рис. 15а) и из них загрязнены NOx (рис. 15б).

Рисунок 15.

а) Незагрязненный УНВ, (б) Загрязненный УНВ

Для незагрязненного и загрязненного образцов значения энергии активации соответственно равны: Идес = 68,12 кДжмоль а также Идес = 80,98 кДжмоль . Эти относительно низкие значения соответствуют физическому поглощению.

Эти результаты аналогичны значениям, полученным некоторыми другими авторами (для углеродных наноструктур энергия активации составляет от 10 кДж/моль до 100 кДж/моль [60,61]). Преимущество физической адсорбции, подтвержденное термогравиметрическим анализом, заключается в том, что NOx можно удалить из псевдоожиженного слоя УНВ с помощью физических средств, таких как камера давления.

Был проведен дополнительный эксперимент для проверки адсорбционной способности УНВ, заключающийся в пропускании постоянного потока 400 ppm NOx в течение нескольких минут через слой УНВ. Используя датчик NOx (PG250), можно было определить степень удаления около 87%. Стоит отметить, что необходимо провести дополнительные эксперименты, чтобы подтвердить срок службы УНВ в качестве носителя в псевдоожиженном слое.

Объявление

5. Заключение

Сообщается о простой методике синтеза УНВ, продолжительности процессов менее 5 минут и не требующей предварительного нагрева и большого потока газа-носителя. Синтез был осуществлен путем разложения метана в низкоэнергетическом плазменном разряде переменного тока. Сформированные УНВ имели диаметр около 80 нм и относительно не содержали примесей. Эта чистота позволяет использовать УНВ в качестве носителя катализатора для последующего применения в формировании полимерных композитов или поглотителей загрязненных газов.

Потребляемая мощность плазменного разряда является важным параметром в процессе, оптимизация синтеза УНВ была получена около 360Вт. Большое преимущество использования высокочастотного электрического поля состоит в управлении мощностью, передаваемой при тлеющем разряде, и режимами электрической дуги.

При сравнении потребления энергии для этого плазменного разряда переменного тока с другими различными конфигурациями ясно показано, что синтез УНВ может быть произведен с минимальными затратами энергии при использовании этого типа дугового тлеющего разряда переменного тока. Для производства 1 г УНВ необходимо 800 кДж.

Предварительные экспериментальные результаты показывают, что полученные УНВ могут быть использованы в качестве адсорбентов токсичных газов.

Для увеличения мощности и производства УЯС эти модульные плазменные реакторы могут быть соединены последовательно или параллельно. Преимущество использования углеродсодержащего газа вместо расходуемых углеродных электродов заключается в небольшом количестве энергии, необходимой для его распыления. Все эти атрибуты будут способствовать внедрению нового устройства для получения исследовательских количеств УТС с низкой стоимостью и простотой.

Реклама

Благодарности

Поддержка, полученная от ININ (Мексиканский институт ядерных исследований), CONACyT (Мексиканский совет по технологическому образованию заключает контракты SEP-2004-C01-46959 и PCP) и ICyTDF (Совет по науке и технологий Мехико) заслуживают благодарности. Авторы также выражают благодарность М. Дурану, М. Идальго, Ф. Рамосу, Н. Эстраде, С. Веласкесу, К. Торресу, А. Хуанико, М. Л. Хименесу за помощь в экспериментальных испытаниях и анализе. М.И. Мартинесу и Х. Пересу дель Прадо за ценную помощь в микроскопическом анализе и Л. Эскобар-Аларкону за рамановский анализ.

Ссылки

1. 1. BlackmanJ. М. Патрик Дж. В.АренильясА.ШиВ.СнейпК. E.2006 «Активация углеродных нановолокон для хранения водорода» Carbon, 44813761385, Jul.
2. 2. SerpP.CorriasM.KalckP.2003 «Углеродные нанотрубки и нановолокна в катализе», Appl. Катал. A, Gen, 2532337358,
3. 3. ParkC.BakerR. Т.К.1999 «Каталитическое поведение графитовых нановолокон, нанесенных на частицы никеля. Влияние химической блокировки на производительность системы» J. Phys. хим. Б, 1031324532459,
4. 4. Михаловский С.С. В.МихаловскаяЛ. И.НиколаевВ. Г.ЧернышевВ. И.СарнацкаяВ. В.БардаховскаяК.НиколаевА. В.СахноЛ. A.2004 «Использование нановолокнистых материалов с высокой поверхностью в медицине», глава в Наноинженерных нановолокнистых материалах, Научная серия НАТО, Математика, физика и химия 169 243-254,
5. 5. TejralG.PanyalaN. R.HavelJ.2009 «Углеродные нанотрубки: токсикологическое воздействие на здоровье человека и окружающую среду», J Appl Biomed, 7: 1-13,
6. 6. MasciangioliT.ZhangW. X.2003 «Экологические технологии в наномасштабе» Окружающая среда. науч. Техн., 375102108,
7. 7. КолвинВ. L.2003 «Потенциальное воздействие инженерных наноматериалов на окружающую среду» Нац. Биотехнолог 21 (10), 1166 70 ,
8. 8. ДаннаА. Б. М.ИюкеС. Э.Фахрул-РазиА.ЧуахТ. Г.АтьехМ. А.Аль-ХатибМ. F.2003 «Синтез и характеристика углеродных наноструктур для хранения метана», Архивы экологической информатики, 1 597-605,
9. 9. NgoQ.KrishnanS.CassellA. M.OminamiY.LiJ.MeyyappanM.YangC. Y.2005 «Электрические характеристики углеродных нановолокон для приложений межсоединений на кристалле», Материалы 5-й конференции IEEE по нанотехнологиям 2005 г., Нагоя, Япония, 9 июля.0377
10. 10. НгоК.КасселлА. М.ОстинА. Дж.ЛиДж.КришнанС.МейяппанМ.ЯнгК. Y.2006 «Характеристики выровненных углеродных нановолокон для межсоединений через приложения», IEEE Electron Device Letters, 27 (4), 221 224,
11. 11. GaoT.WangT. H.2005 «Синтез и свойства многоструйных наностержней ZnO для применения в газовых сенсорах» Appl. физ. A, Solids Surf., 80714511454 ,
12. 12. MonthiouxM.KuznetsovV.2006 «Кому следует отдать должное за открытие углеродных нанотрубок?», Carbon 44, 1621 1623 -1622,
13. 13. Дэвис У. Р.СлоусонР. Дж. Ригби Г. Р. (1953). «Необычная форма углерода», Nature 171, 756,
14. 14. Bacon R. 1960 «Рост, структура и свойства графитовых усов». Дж. Заявл. Phys, 31(2), 283-290
15. 15. OberlinA.EndoM.KoyamaT.1976 «Нитевидный рост углерода посредством разложения бензола», J. Cryst. Growth, 32, 335 349
16. 16. EndoM.KoyamaT.HishiyamaY.1976 «Структурное улучшение углеродных волокон, полученных из бензола», Jap. Дж. Заявл. физ., 1520732076
17. 17. Иванов В.Надь Ж. Б.ЛамбинП.ЛукасА.ЧжанX. Б.ЧжанС. Ф. Бернартс, Д. ван Тенделу, Г. Амелинк, С. ван Ландуит, Дж. 1994 «Исследование углеродных нанотрубок, полученных каталитическим методом», Хим. физ. лат. 2234329335 .
18. 18. Родригес Н. М.1993 «Обзор каталитически выращенных углеродных нановолокон», J. Mater. Рез. 832333250
19. 19. Бейкер Р. T. K.1989 «Каталитический рост углеродных нитей» Carbon 27(33), 315 323
20. 20. RodriguezN. М.ЧемберсА.БейкерР. Т. К. 1995 «Каталитическая инженерия углеродных наноструктур», Ленгмюр 11 (1010), 3862 3866
21. 21. ParkC.RodriguezN. М.БейкерР. Т.К.1997 «Отложение нагара на железо-никель при взаимодействии со смесями окись углерода-водород», Журн. Катал. 169 (1), 212 227
22. 22. Манафис. А. Бади С. H.2008 «Производство углеродных нановолокон методом CVD с использованием фторида лития в качестве кобальтового катализатора на носителе», Research Letters in Materials Science Article ID 850975, 5 страниц,
23. 23. BenitoA. М.МаньеттЮ.МунозЭ.МартинесМ. Т.1998 «Производство углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом бензола», Carbon, 36(5), 681 683 ,
24. 24. Тиббетс Г. Г.ГоркевичД. В.АлигР. L.1993 «Новый реактор для выращивания углеродных волокон из жидкофазного и парофазного углеводорода», 31(5), 809 814,
25. 25. AndersonP. Э.Родригес Н. М.2000 «Влияние носителя на структурные характеристики углеродных нановолокон, полученных катализируемым металлом разложением этилена», Хим. Матер. 12, 823 830 (2000)
26. 26. SteigerwaltE. С.ЛюкхартК. М.2002 «Получение графитовых углеродных нановолокон с использованием водорастворимых носителей», J. Nanosci. Нанотех. 2, 25 8 ,
27. 27. SunD.WangL.WuD.LinL.2006 «Электроспинованные пучки нановолокон» Материалы 1-й Международной конференции IEEE по нано-/микроинженерным и молекулярным системам, январь 1821 г., Чжухай, Китай
28. 28. YeoL. Ю.ФрендДж. R.2006 «Электроспинование полимерных композитных нановолокон из углеродных нанотрубок», Journal of Experimental Nanoscience, 12 июня, 177 209 .
29. 29. PachecoM.2003 «Синтез углеродных нанотрубок дугового электричества, докторская диссертация, Université Paul Sabatier,
30. 30. DervishiE.LiZ.XuY.SainiV..BirisA. Р.ЛупуД.БирисА. С.2009«Углеродные нанотрубки: синтез, свойства и применение», Наука о частицах и технологии, 27 (2), 107 125,
31. 31. HuangH.KajiuraH.MurakamiY.AtaM.2003 «Сульфид металла, катализируемый ростом углеродных нановолокон и нанотрубок». Carbon 41, 615 -618,
32. 32. SeraphinS.WangS.ZhouD.JiaoJ.1994 «Струны сферических углеродных кластеров, выращенных в каталитическом дуговом разряде», Chem Phys Lett. 228, 506 -512,
33. 33. KajiuraH.HuangH.TsutsuiS.MurakamiY.MiyakoshiM.2002 «Высокочистый волокнистый углеродный осадок на поверхности анода в водородном дуговом разряде постоянного тока», Carbon 40, 2423 2428
34. 34. Коман Дж. Б. О. Бэйлор Л. Р.Гиллорн М. А.МеркуловВ. И.ЛоундесД. Х.Аллард Л. F.2003 «Выращивание вертикально ориентированных углеродных нановолокон путем химического осаждения из паровой фазы с индуктивно-связанной плазмой при низком давлении», Appl. физ. лат. 83, 1207 1209
35. 35. МеркуловВ. И.МелечкоА. В.Гиллорн М. А.ЛоундесД. Х. Симпсон М. L.2011 «Механизм выравнивания углеродных нановолокон, полученных методом плазменно-химического осаждения из газовой фазы», ​​Заявл. физ. Lett., 79 (18), 2970-2972
36. 36. Le PocheH.DijonJ.Goislard de MonsabertT.2007 «Радиочастотная плазменная система для селективного выращивания вертикальных ориентированных по полю углеродных нановолокон из твердого источника углерода», Carbon, 45 (15), 2904-2916,
37. 37. CaillardA.CharlesC.BoswellR. W.BraultP.2008 «Синтез углеродных нановолокон и электрохимических микросистем на основе Pt-нанокластеров путем комбинирования методов геликонной плазмы низкого давления» IEEE Transactions on Plasma Science, 36 (4), 882–883, (2008)
38. 38. SmithR . К. Кэри Дж. Д.ПоаК. HPCoxD. К.СильваС. R. P.2004 «Полевая эмиссия электронов из углеродных нановолокон, выращенных при комнатной температуре», J. Appl. физ. 95, 3153 (2004).
39. 39. HarbecD.MeunierJ. L.GuoL.GauvinR.El MallahN.2004 «Углеродные нанотрубки от диссоциации C ₂ Cl ₄ с использованием термической плазменной горелки постоянного тока», J. Phys. Д, заявл. Phys., 37, 15, 21212126 , 2004
40. 40. HowlingA. А.ХолленштейнС.ПарижП. J.1991 «Прямое визуальное наблюдение за динамикой порошка при осаждении с помощью плазмы RF», Appl. физ. Lett., 59, 12140

    , 1991.

41. 41. Ниттер Т. Аслаксен Т. Меландсо Ф. Хавнес О. 1994 «Левитация и динамика скопления пылевых частиц в полностью ионизированной плазменной оболочке», IEEE Trans. Plasma Sci., 222159172, апрель 1994 г.
42. 42. LackowskiM.JaworekA.KrupaA.2003«Вольт-амперные характеристики зарядного устройства переменного электрического поля», J. Electrost., 581 2, 7789, May 2003.
43. 43. Pacheco-SoteloJ. О.Вальдивия-БаррьентосР.Пачеко-ПачекоМ. Рамос-ФлоресХ. Ф. Дуран-Гарсия М. А.Бенитес-РидДж. С.2004 «Универсальный резонансный преобразователь для равновесных и неравновесных плазменных разрядов», IEEE Trans. Plasma Sci., 32521052112, октябрь 2004 г.
44. 44. KunhardtE. E.2000 «Генерация неравновесной плазмы большого объема при атмосферном давлении», IEEE Trans. Науки о плазме, 281189200 , Feb.
45. Л. Хименес Лопес. JSBenitez-ReadR.López-Callejas2007 «Оптическая и электрическая диагностика высокочастотного тлеющего дугового разряда и его применение в синтезе углеродных нановолокон», IEEE Transaction on Plasma Science, 35515501558,
46. 46. BoulousM. I.FauchaisP.PfenderE.1994Тепловая плазма: основы и приложения, том. I. New York: Plenum, 9 273,
47. 47. Пачеко М. Пачеко Дж. Вальдивиа М. Бернал Л. Вальдивиа Р. Хуцко А. и др. 2004 «Синтез углеродных наноструктур с использованием термической плазменной горелки», Braz.J.Phys., 344B16841688 , 9 декабря0377
48. 48. LangeH.HuczkoA.SiodaM.PachecoM.RazafinimananaM.GleizesA.2003 «О методе самоабсорбции для определения C ₂ в плазме угольной дуги», Progress Plasma Process. Mater., P. Fauchais, Ed. NewYork: Begell House Inc., 2003.
49. 49. MatsuuraT.TaniguichiK.WatanabeT.2005 «Дуговой плазменный реактор нового типа с двенадцатифазным разрядом переменного тока для синтеза углеродных нанотрубок» 17th Int. Симп. Plasma Chem., Торонто, Онтарио, Канада, 7–12 августа, Paper ID 634.
50. 50. ЮДж.ЧжанК.АнДж.ЮнС. Ф.ЛиР. Ю.Дж.ГанБ.ЧьюК.ТанК. H.2002 “Синтез углеродных наноструктур методом микроволнового плазмохимического осаждения из паровой фазы и их характеристика”, Матем. науч. Eng., B

    19, март

51. 51. HsiehC. Т. Чен Дж. М.КуоР. Р. Хуан Ю. H.2003 «Формирование и автоэмиссионные свойства углеродных нановолокон путем упрощенного термического роста», Rev. Adv. Матер. наук, 55459463 ,
52. 52. РаковЕ. Г.БлиновС. Н.ИвановИ. Г.РаковаЕ. В.ДигуровН. G.2004«Непрерывный процесс получения углеродных нановолокон», Рос. Дж. Заявл. хим., 772187191, Feb.
53. 53. ZhaoX.InoueS.JinnoM.SuzukiT.AndoY.2003 «Макроскопически ориентированная сеть одностенных углеродных нанотрубок», Chem. физ. Lett., 3733 4, 266271, май
54. 54. DelzeitL.Mc ​​AninchI.CrudenB. A.HashD.ChenB.HanJ.2002 «Выращивание многостенных углеродных нанотрубок в реакторе с индуктивно-связанной плазмой», J. Appl. Phys.,
55. 276033 , May
56. 55. NozakiT.KimuraY.OkazakiK.2002 «Отложение углеродных нанотрубок в каталитическом CVD, усиленном разрядом тлеющего барьера», J. Phys. Д, заявл. физ., 352116 , 9 ноября0377
57. 56. ЧойГ. С.ЧОЙ. С.ХонгС. Ю.ПаркДж. Б.СонК. Х.КимД. J.2002 «Углеродные нанотрубки, синтезированные термическим химическим осаждением из паровой фазы при атмосферном давлении с помощью никеля», J. Appl. Phys.,
58. «>473854, март
59. 57. Pham-HuuC.VieiraR.LouisB.CarvalhoA.AmadouJ.DintzerT.LedouxM. J.2006 «О осьминогообразном механизме роста углеродных нановолокон на никелевом катализаторе на графитовом носителе», J. Catal., 2402194202, Jun.
60. 58. KuoS. P.KoretzkyE.OrlickL.1999 «Конструкция и электрические характеристики модульной плазменной горелки», IEEE Trans. Plasma Sci., 273752758, 9 июня0377
61. 59. Корецкий Е.КуоС. P.1998 «Характеристика плазмы атмосферного давления, генерируемой массивом плазменных горелок» Phys. Plasmas, 51037743780,
62. окт. 60. KeaneM. A.2003 «Межфазные приложения в инженерии окружающей среды», Марсель Деккер, Нью-Йорк,
63. 61. WuC. H. Адсорбция «.реактивного.красителя.на.углеродных.нанотрубках.Равновесная.кинетика.термодинамика» Journal.ofHazardous.Materials144 1, 93 100 ,

Разделы

Информация об авторе

• 1. Введение
• 2. Принцип.
• 3. Экспериментальная установка.
• 4. Респультируйте и обсуждают
• 5.Conclusion
• . 2010 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike-3.0, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение в некоммерческих целях при условии, что оригинал правильно процитирован, а производные работы, основанные на этом содержании, распространяются в соответствии с лицензией такая же лицензия.

  Дуговой разряд | Научный.Нет

  Заголовок статьиСтраница

  Структурные особенности углеродного материала, синтезированного плазменно-дуговым методом при низком давлении буферного газа

  Аннотация: Углеродный материал синтезирован плазменно-дуговым методом при давлении буферного газа 3 Торр. Материал имеет физические свойства, отличные от свойств материала, синтезированного при давлении 25 Торр и выше. Низкое давление буферного газа приводит к образованию материалов, состоящих из углеродных наночастиц со средним размером менее 10 нм. Наночастицы имеют форму углеродных глобул, которые состоят из графитоподобной структуры. Эта структура представляет собой композицию уложенных друг на друга, скрученных и замкнутых нанофрагментов графена. Преобладающее межслоевое расстояние в структуре составляет 0,4 нм. Преобладающий размер кристалличности La составляет 2,7 нм. Графитоподобная структура позволяет повысить электропроводность по сравнению с материалом, синтезированным при давлении буферного газа 25 Торр и выше. Тем не менее проводимость материала значительно ниже проводимости чистого графита из-за контактного сопротивления, возникающего из-за наличия внешнего слоя аморфного углерода на некоторых глобулах и присутствия глобул полностью аморфного углерода.

  36

  Углеродные нанотрубки: краткий обзор истории, методов синтеза и различных источников биоуглеводородов

  Аннотация: В этой статье представлен краткий обзор истории углеродных нанотрубок (УНТ), методов синтеза, а также природных источников углерода, таких как порошок камфоры, скипидар, эвкалипт, пальма, ним, кокос, клещевина, олива, кукуруза, кунжутное масло, пальмовый олеин. , отходы кулинарного пальмового масла и отходы куриного жира.

  792

  Синтез и свойства поглощения микроволн нанокапсул Fe с покрытием BiFeO ₃

  Реферат: Методом дугового разряда синтезированы ферромагнитные нанокапсулы Fe с покрытием BiFeO ₃ . Типичные изображения HRTEM показывают, что нанокапсулы формируются в структуре ядро-оболочка. Рентгеновский фотоэлектронный спектр (XPS) и дифракция рентгеновских лучей (XRD) показывают, что ядро ​​представляет собой ферромагнитное Fe, а оболочка представляет собой BiFeO 9.0732 3 /Bi ₂ Fe ₄ O ₉ .Потери на отражение R менее -10 дБ были получены для всей частоты в диапазоне 2–18 ГГц путем выбора соответствующей толщины слоя от 1,0 мм до 7,0. мм. Оптимальные потери на отражение -21,5 дБ были достигнуты на частоте 10,6 ГГц при толщине поглотителя 2,0 мм. Стоит отметить, что нанокапсулы Fe с покрытием BiFeO ₃ имеют два пика поглощения ниже -10 дБ на каждом слое толщиной от 4,0 до 7,0 нм, что означает, что композитные нанокапсулы-поглотители одновременно способны поглощать микроволны в разных диапазонах нескольких частот. ГГц.

  229

  Полученные и магнитные свойства нанокапсул кобальта с покрытием B ₄ C/C

  Реферат: Нанокапсулы Co с покрытием B4C/C были получены путем дугового разряда аморфного сплава Co-B. Структуру, морфологию и состав поверхности, а также магнитные свойства исследовали с помощью рентгеновской дифракции, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и фотоэлектронного спектра XPS, а также с помощью магнитометра с вибрационным образцом, соответственно. Результаты показывают, что свежеприготовленные наночастицы образуют структуру ядро-оболочка с размером наночастиц в диапазоне 20-100 нм, толщина оболочки составляет около 3-10 нм. Ядро представляет собой зерна Co, а оболочка представляет собой соединение B4C/C. Наночастицы Co, покрытые B4C, образуют структуру ядро-оболочка, приписываемую Co в качестве катализаторов, ускоряющих реакцию между B и C, ионизирующихся в ходе дугового разряда. Эта структура может предотвратить окисление и агломерацию наночастиц Co. Намагниченность насыщения Ms=75,6 Ам2/кг и коэрцитивная сила Hc=20,1 кА/м достигаются для свежеприготовленных нанокапсул с помощью ВСМ. Для свежеприготовленных нанокапсул намагниченность насыщения снижается, а коэрцитивная сила увеличивается по сравнению с блоком Co. Увеличение коэрцитивной силы для свежеприготовленных наночастиц может быть в основном связано с уменьшением размера частиц и отсоединением доменной стенки в многодоменных частицах.

  328

  Синтез и микроволново-поглощающие свойства полиэдрических нанокапсул Fe с покрытием Al ₂ O ₃ , полученных методом дугового разряда

  Реферат: Полиэдрические нанокапсулы Fe с покрытием Al ₂ O ₃ были приготовлены дуговым разрядом сплава Fe-Al (8 ат% Al). Для исследования микроструктуры, состава и электромагнитных свойств (2-18 ГГц) использовались просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (HRTEM), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и анализатор цепей. Потери на отражение R(дБ) нанокапсул достигают -50,5дБ при 7,9ГГц с толщиной 3 мм и свойствами поглощения ЭМ (RL <-20 дБ) в диапазоне 5,2 ~ 16,1 ГГц с диапазоном толщины 1,67-4,7 мм. Превосходные свойства поглощения микроволн свежеприготовленными нанокапсулами объясняются анизотропией формы и структурой ядро/оболочка.

  739

  ВЛИЯНИЕ ДУГОВОГО РАЗРЯДА НА ИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИТОВ, СКАЧИВАЮЩИХСЯ ПО ТЕЛЕЖКАМ CU ПОД ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

  Аннотация: Влияние дугового разряда на контактную ленту углерод-углеродных композитов ортогонально исследовано на трибоиспытателе ХСТ-100 под действием электрического тока, моделирующем условия работы пантографно-проводной системы, применяемой на электрической железной дороге. Уравнение регрессии между удельной скоростью износа и дуговым разрядом было получено и проанализировано с помощью нелинейной регрессии и ортогонального дизайна. Результаты экспериментов показывают, что получена степенная функция между удельной скоростью изнашивания и дуговым разрядом. Микроструктуру и фазовый состав наблюдали и анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), энергодисперсионного рентгеновского спектра (ЭДС) и датчика температуры. Результаты показали, что рассеивание дугового разряда серьезно влияет на трибологические характеристики углерод-углеродных композитов. Температура некоторых локальных контактных точек превышает их точку плавления с тепловым эффектом электрической дуги, что приводит к испарению отложенного углерода и волокнистого углерода, которые образуют смазочную пленку на поверхности износа, и с усилением дугового разряда, площадь смазочной пленки углерода уменьшилась. Следовательно, основной формой износа дуговой эрозии углерод-углеродных композитов является эрозия испарением и перенос материала.

  407

  Синтез и магнитные свойства CoAl ₂ O ₄ Нанокапсулы твердого раствора Co с покрытием

  Аннотация: Методом дугового разряда синтезирован новый тип ферромагнитного твердого раствора Co, покрытого антиферромагнитным покрытием CoAl2O4. Типичные изображения HRTEM показывают, что нанокапсулы формируются в структуре ядро-оболочка. Размер нанокапсул находится в диапазоне 10-90 нм, а толщина оболочки составляет около 3-10 нм. Рентгеновский фотоэлектронный спектр (XPS) и рентгеновская дифракция (XRD) показывают, что ядро ​​состоит из твердого раствора Co, а оболочка — из CoAl2O4. Магнитное поле и температурная зависимость намагниченности подтверждают, что нанокапсулы твердого раствора Co находятся в основном в ферромагнитном состоянии ниже температуры Кюри. Кроме того, антиферромагнитный порядок реализуется при температуре Нееля TN около 5 К. Намагниченность насыщения Ms = 76,1 Ам2/кг и коэрцитивная сила Hc = 23,28 кА/м достигаются при комнатной температуре для нанокапсул твердого раствора Со.

  1256

  Влияние дугового разряда на трение и износ пары нержавеющая сталь/металлизированный углерод, пропитанный медью, под действием электрического тока

  Реферат: Испытания на трение и износ нержавеющей стали о металлизированный углерод, импрегнированный медью, электрическим током были проведены на испытательном стенде типа «штифт-диск». Результат свидетельствует о том, что в процессе экспериментов возникает дуговой разряд, причем интенсивность дугового разряда границы раздела увеличивается с увеличением электрического тока и скорости скольжения. По мере увеличения интенсивности дугового разряда коэффициент трения имеет тенденцию к незначительному увеличению. При этом скорость импрегнирования медью металлизированного углеродного материала значительно увеличивается с увеличением интенсивности дугового разряда. Наблюдение за морфологией изношенной поверхности образцов штифтов показало, что абразивный износ преобладает при малом дуговом разряде из-за изношенных частиц и кратеров дуговой абляции, но дуговая эрозия и окислительный износ являются основными механизмами износа в условиях сильного дугового разряда из-за к дуговому разряду и его высокой температуре. Перенос материалов контактной пары происходит в процессе трения и изнашивания.

  1364

  Исследование механизма роста луковичных фуллеренов дуговым разрядом в жидком бензоле

  Аннотация: Обсуждается механизм роста луковичных фуллеренов (ОЛФ), синтезированных дуговым разрядом в жидком бензоле. HRTEM был использован для характеристики морфологии и микроструктуры продуктов. Результаты показали, что типичные OLF были сильно кристаллизованы с одинаковым диаметром 10-30 нм. Рост OLF зависел от соответствующего температурного градиента и зоны закалки, обеспечиваемой пузырьками. Ароматические обломки могли действовать как фрагменты графита, состоящие из гексагональных углеродных колец. Уменьшение оборванных связей на краях графитовых фрагментов снизит энергию системы, что приведет к образованию замкнутой структуры при подходящем температурном градиенте за счет самоскручивания графитовых фрагментов. На основе влияния самой внутренней формы ядра, такой как форма C60, были сформированы квазисферические или многогранные полые концентрические OLF. Добавление ферроцена напрямую влияло на морфологию и выход OLF.

  47

  Дуговой разряд близко расположенными электродами для синтеза наноструктур

  Аннотация: Геометрия электродов, расстояние между ними, рабочая атмосфера и температура окружающей среды являются важными факторами, определяющими количество и разнообразие структур, синтезируемых дуговым разрядом. Обычно электроды разного сечения располагают вдали друг от друга, что позволяет получить большой поток пара, направленный внутрь реактора. Как правило, анод тоньше катода; он нагревается до высокой температуры, сублимирует и поставляет углеродный пар, необходимый для синтеза наночастиц. В отличие от этого общепринятого подхода, при правильном выборе размеров электродов и близком расположении электродов температурное взаимодействие между ними становится значительным, площадь разряда ограничивается, а горячие электроды можно использовать в качестве нагревателей для испарения материалов с высокой температурой плавления.

  181

  Система осаждения наночастиц дугово-плазменным методом серии APD

  Новая система осаждения наночастиц с использованием импульсного вакуумно-дугового разряда
  Импульсное вакуумно-дуговое напыление — это уникальный метод осаждения сверхтонких пленок и наночастиц путем создания ионов металлов в простом процессе. Эта система может достигать высоких показателей плоскостности пленки и тонкости частиц, что невозможно с другими системами.

  • APD-S (Модель осаждения на подложку)
    Металлическая пленка (магнетизм, плазмон, защитная пленка)
  • APD-P (модель с пороховой опорой)
    Катализатор топливных элементов с использованием наночастиц, катализатор выхлопных газов, фотокатализатор, катализатор с дисперсией ЛОС, катализатор из углеродных нанотрубок, Plasmon
  • Возможность свободного выбора диаметра наночастиц от 1,5 нм до 6 нм путем изменения емкости конденсатора
  • Любые проводящие материалы (мишени) могут быть преобразованы в плазму.
    * Удельное сопротивление мишени: 0,01 Ом·см или менее
  • Наночастицы, нанесенные на эту систему, проявляют более активный каталитический эффект по сравнению с наночастицами, полученными мокрым способом.

  После опорожнения камеры триггер вызывает дуговой разряд на поверхности стержня-мишени. Затем высокоионизированная металлическая плазма генерируется из стержня-мишени без каких-либо разрядных газов и осаждается на подложке, образуя различные тонкие пленки и наночастицы.

  • Система может выбирать диаметр наночастиц в диапазоне прибл. от 1,5 нм до 6 нм за счет изменения емкости конденсатора.
  • Система может превратить любой материал в плазму, если он является электропроводящим материалом (мишень).
    *Удельное сопротивление для мишени составляет 0,01 Ом·см или меньше
  • Система может легко генерировать оксид и нитрид при изменении атмосферы.
    Кроме того, когда графит выделяется в газе h3, он генерирует UNCD (ультрананокристаллический алмаз).
  • Наночастицы, нанесенные системой, проявляют активные каталитические эффекты по сравнению с мокрым процессом.
  Модель
  • APD-P поддерживает превращение наночастиц в порошки.
    Модель APD-S поддерживает наночастицы на 2-дюймовой подложке.
    *Вышеупомянутые 1, 3 и 4 зависят от литературы.

  Катализаторы Pt и Pd, нанесенные на CeO2 методом дуговой плазмы, проявляют более высокую каталитическую активность в отношении окисления СО по сравнению с катализаторами, нанесенными традиционным мокрым способом.
  Цитируемая литература: «Министерство образования, достижение элемента стратегического проекта», профессор Мачида из Университета Кумамото

  Зависимость между емкостью конденсатора и размером наночастиц

  Разница в энергиях в значительной степени влияет на образование и функционирование наночастиц.
  (Вертикальная ось не является единицей измерения из-за относительных величин.)

  Цитируемая литература: Arc-plasma J. Appl. физ. 101 (2007) 043304 Спаттер Дж. заявл. физ. 35(1964)1819

  • С-допанд
    Режим роста MBE и включение C эпислоев GeC на подложках Si (001) с использованием дуговой плазменной пушки в качестве нового курса C
    Мотоки Окинака*, Ясумаса Хамана1, Такаши Токуда, Дзюн Охта, Масахиро Нуношита
    Журнал роста кристаллов 249 (2003) 78-86
  • Характеристика NP с помощью APD
    Сверхмалые наночастицы платины и золота методом плазменно-дугового осаждения
    Сан Хун Кима∗, Ён Ын Чонга, Хонфил Хаа, Джи Ён Бёна, Ён Док Кимб
    Прикладная наука о поверхности 297 (2014) 52–58
    10. 1016/j.apsusc.2014.01.072
  • HRTEM-анализ наночастиц платины, приготовленных на частицах графита с использованием коаксиальной дуги плазменного осаждения
    Куничи Миядзава, Масару Ёситаке, Юми Танака
    Дж Нанопарт Рез (2017) 19:191
    10.1007/s11051-017-3895-6
  • Характеристика НЧ методом АФД в ионных жидкостях
    Температурно-независимое формирование наночастиц Au в ионных жидкостях методом плазменно-дугового осаждения
    Ёсикиё Хатакэяма a,1, Сатоши Кимура b, Тацуя Камеяма c, Ёсиаки Агава d, Хироюки Танака d, Кен Джудай a, Цукаса Торимото c, Кейко Нисикава b,⇑
    Письма по химической физике 658 (2016) 188–191
    10.1016/j.cplett.2016.06.044
  • Катализатор CNT
    Горизонтально ориентированный рост высокой плотности УНТ с частицами Конано, осажденными методом плазмы дугового разряда
    Д. Фокхараткул1, Ю. Оно,1, Х. Накано,2 С. Кисимото,1 и Т. Мизутани1
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 93, 053112 2008
    10. 1063/1.2969290
  • Надежная шумовая модуляция нелинейности в полевых транзисторах с углеродными нанотрубками
    Тошио Кавахара, Сатаро Ямагути, Кензо Маэхаши1, Ясухидэ Оно1, Казухико Мацумото1 и Томодзи Каваи1
    Японский журнал прикладной физики 49 (2010) 02BD11
    10.1143/JJAP.49.02BD11
  • Высокоскоростной рост пленок из плотных выровненных углеродных нанотрубок с двойными стенками с использованием химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы в микроволновой печи
    Минео ХИРАМАЦУ, Хидетоши НАГАО1, Масаки ТАНИГУТИ1, Хироши АМАНО1, Ёсинори АНДО1 и Масару ХОРИ2
    Японский журнал прикладной физики Vol. 44, № 22, 2005, стр. L 693–Л 695
    10.1143/JJAP.44.L693
  • Комбинаторный
    Комбинаторное дуговое плазменное напыление тонких пленок
    Сейичи ХАТА, Рюсукэ ЯМАУЧИ1, Дзюнпей САКУРАИ1 и Акира ШИМОКОХБЕ1
    Японский журнал прикладной физики Vol. 2006. Т. 45, № 4А. С. 2708–2713
    10.1143/JJAP.45.2708
  • Комбинаторный поиск тонкопленочных металлических стекол Pd–Cu–Si с низким удельным сопротивлением
    Рюсукэ ЯМАУЧИ, Сейичи ХАТА1, Дзюнпей САКУРАИ и Акира ШИМОКОХБЕ
    Японский журнал прикладной физики Vol. 2006. Т. 45, № 7. С. 5911–5919
    . 10.1143/JJAP.45.5911
  • Поиск новых тонкопленочных металлических стекол на основе Ru методом комбинаторного дугового плазменного осаждения
    Дзюнпей САКУРАИ, Сейичи ХАТА1, Рюсукэ ЯМАУТИ и Акира ШИМОКОХБЕ
    Японский журнал прикладной физики Vol. 46, № 4А, 2007, стр. 1590–1595
    10.1143/JJAP.46.1590
  • Сенсибилизирующий краситель
    Прозрачные сенсибилизированные красителем солнечные элементы без слоя проводящего оксида, состоящие из плавающего электрода с градиентным блокирующим слоем TiOx»
    Ёшикадзу Ёсида, 1 Шьям С. Пандей, 1 Кенширо Узаки, 1 Шузи Хаясе, 1, Мицуру Коно, 2 и Ёсихиро Ямагути 2
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 94, 0 2009
    10.1063/1.3089845
  • Катализатор выхлопных газов
    Окислительная активность СО термостабильных катализаторов Fe–Cu/CeO2, полученных двухрежимным дугово-плазменным процессом
    Сатоши Хинокума, abc Норико Ямасита, Ясуо Кацухара, Хаято Когамия и Масато Мачида * ab
    Катал. науч. Техн., 2015, 5, 3945
    10.1039/c5cy00370a
  • Приготовление катализатора в виде наночастиц с использованием импульсно-дугового плазменного осаждения
    Сатоши Хинокума, abc Сатоши Мисуми, Хироси Йошидаб и Масато Мачида * ab
    Процитируйте это: Катал. науч. Технологии, 2015, 5, 4249
    10.1039/c5cy00636h
  • Влияние термического старения на структуру и каталитическую активность Pd/CeO2, полученного дугово-плазменным процессом
    Сатоши Хинокума, Хироаки Фудзи, Ясуо Кацухара, Кейта Икеуэаб и Масато Мачида *
    Катал. науч. Технологии, 2014, 4, 2990
    10.1039/c4cy00291a
  • Биметаллические катализаторы Pd Fe/CeO2, полученные методом двойного электродугово-плазменного осаждения
    Сатоши Хинокума1, Ясуо Кацухара, Эрико Андо, Кейта Икеуэ, Масато Мачида∗
    Catalysis Today 201 (2013) 92–97
    10.1016/j.cattod.2012.03.063
  • Структура и каталитические свойства нанесенных родиевых катализаторов, приготовленных с использованием электродуговой плазмы
    Сатоши Хинокумаа, б, Мадока Окамотоб, Эрико Андоб, Кейта Икеуэб, Масато Мачидаб, ∗
    Катализ сегодня xxx (2011) xxx – xxx
    10. 1016/j.cattod.2011.03.008
  • Нанометрический верхний слой Rh на поверхности металлической фольги в качестве высокоэффективного трехкомпонентного катализатора
    Сатоши Мисуми1, Хироши Ёсида1,2, Сатоши Хинокума1,2,3, Тэцуя Сато4 и Масато Мачида1,2
    10.1038/srep29737
  • Катализатор на основе субнаночастиц церия, полученный импульсно-дуговым плазменным процессом
    Сатоши Хинокума a,b,c, Хаято Когами a, Норико Ямасита a, Ясуо Кацухара a, Кейта Икеуэ a,b, Масато Мачида a,b,*
    Catalysis Communications 54 (2014) 81–85
    10.1016/j.catcom.2014.05.025
  • Дуговая плазменная обработка катализаторов Pt и Pd, нанесенных на порошки c-Al2O3
    С. Хинокума Æ К. Мураками Æ К. Уэмура Æ М. Мацуда Æ К. Икеуэ Æ Н. Цукахара Æ М. Мачида
    Top Catal (2009) 52: 2108–2111
    10.1007/s11244-009-9387-х
  • Топливный элемент
    Тонкая пленка со стопкой наночастиц Pt-Ni: высокоактивные электрокатализаторы для реакции восстановления кислорода
    Наото Тодороки*, Такаши Като, Такехиро Хаяси, Шунтаро Такахаши и Тошимаса Вадаяма
    Катал. 2015, 5, 2209−2212
    10.1021/аккатал.5b00065
  • Структура d-диапазона нанокластеров Pt, коррелирующая с каталитической активностью в реакции восстановления кислорода
    Эйширо Тойода*, † Рёске Джинноути, † Тацуя Хатанака, † Ю Моримото, † Кей Мицухара, ‡ Антон Висиковский, ‡ и Ёсиаки Кидо ‡
    Дж. Физ. хим. С 2011, 115, 21236–21240
    10.1021/jp206360e
  • 2D Platinum Network ORR Catalyst на гибридной основе из углерода и оксида ниобия
    C. Xu1, J. Yang1, B. L. Pence1, K. Gath2, P. Pietrasz1, M. Sulek1, K. Sun2, E. Sohm3, G. Meng3
    ECS Transactions, 64 (3) 181-189 (2014)
    10.1149/06403.0181экст
  • Приготовление Pt/C катализатора коаксиально-дуговым плазменным осаждением для топливных элементов с мембраной из полимерного электролита
    Ёсиаки Агава,а,б,з Масаюки Кунимацу,в Такеши Ито,г Ясутака Кувахара,а и Хироми Ямаситаа
    Письма по электрохимии ECS, 4 (10) F57-F60 (2015)
    10.1149/2.00
  • угорь
  • Золотой катализатор
    Диссоциация водорода кластерами золота
    Тадахиро Фудзитани*, Исао Накамура, Томоки Акита, Мицутака Окумура и Масатаке Харута
    Ангью. хим. Междунар. Эд. 2009, 48, 9515 –9518
    10.1002/ани.200
    0
  • Катализатор роста слоя графена
    Рост слоя графена на кремниевых подложках с никелевой пленкой методом импульсно-дугового плазменного осаждения
    К. Фудзита, а) К. Банно, Х. Р. Арьял, б) и Т. Эгава
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 101, 163109 (2012)
    10.1063/1.4761474
  • Раствор перекиси водорода
    Высокая эффективность обнаружения пероксида водорода с использованием наночастиц Pt-дисперсного углеродного электрода, приготовленного методом импульсно-дугового плазменного осаждения
    Такеши Ито а, н, Масаюки Кунимацу а, Сатору Канеко а, Ясуо Хирабаяси а, Масаясу Сога а, Ёсиаки Агава б, Кодзи Судзуки
    Таланта 99(2012)865–870
    10.1016/ж.таланта.2012.07.048
  • Тонкая магнитная пленка
    Магнитные свойства толстопленочных магнитов Nd–Fe–B, полученных методом дугового осаждения
    М. Накано, М. Сахара, К. Ямаваки, Т. Янаи и Х. Фукунага
    ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ 107, 09A744 2010
    10.1063/1.3348233
  • Толстопленочные магниты из нанокомпозита Nd-Fe-B/α-Fe, полученные вакуумно-дуговым осаждением
    Масаки Накано, Томоаки Цуцуми, Такеши Янаи и Хиротоши Фукунага
    IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 50, НЕТ. 11 НОЯБРЯ 2014
  • Фотокатализатор
    Улучшенный эффект инактивации бактерий: изготовление мезопористых пленок анатаза с тонкими наночастицами Ag, полученными методом коаксиального вакуумно-дугового осаждения
    Х. Овейси, С. Рахиги, XJ, Ю.и Агава, А. Бейтоллахи, С. Вакацуки и Ю. Ямаути
    10.1246/кл.2011.420
  • Прокси-катализатор
    Поддерживающее влияние наночастиц Pt/подложки TiO2, осажденных дуговой плазмой, на каталитическую активность окисления CO
    Камран Кадир, †, § Сан Хун Ким, ‡, § Сун Ми Ким, † Хонфил Ха, ‡ и Чон Ён Пак*, †
    Дж. Физ. хим. С 2012, 116, 24054−24059
    10.1021/джп306461в
  • Каталитическая активность нанокатализаторов Au TiO2 и Pt TiO2, полученных дуговым плазменным напылением при окислении СО
    Сан Хун Кима,1, Чан-Хо Джунб,с,1, Нрупарадж Сахуб,с, Дахи Пакб,с, Чон Ёль Юнд, Хеонфил Хаа, Чон Ён Пакб,с,∗
    Applied Catalysis A: General 454 (2013) 53–58
    10. 1016/j.apcata.2012.12.049
  • Термоэлектрический элемент
    Изготовление методом вакуумно-дугового испарения коаксиального типа и определение характеристик тонких пленок теллурида висмута
    М. УЧИНО1, К. КАТО2, Х. ХАГИНО1 и К. МИЯДЗАКИ1,3
    Журнал ЭЛЕКТРОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, 2013 ТМС
    10.1007/s11664-012-2438-2
  • Пленка TiN
    Синтез тонкой пленки TiN на поверхности алмаза для контактов из черных металлов новым атомно-пучковым методом
    Хироши Киношита*, Шунсуке Ямамотоб, Хидэаки Ятаниб, Тецуо Накаич, Нобуо Омаеб
    Прикладная наука о поверхности 258 (2012) 3002– 3006
    10.1016/j.apsusc.2011.11.026
  • Ультрананокристаллические композитные пленки на основе алмаза/гидрогенизированного аморфного углерода
    Структурно-физические характеристики ультрананокристаллических композитных пленок алмаз/гидрогенизированный аморфный углерод, осажденных с помощью коаксиальной дуговой плазменной пушки
    Т. Ёситаке, Ю. Накагава, А. Нагано, Р. О., Х. Сетояма1, Э. Кобаяси1, К. Сумитани1, Ю. Агава и К. Нагаяма
    Япония. Дж. Заявл. физ. 49 (2010) 015503
  • С-допанд
    Режим роста MBE и включение C эпислоев GeC на подложках Si (001) с использованием дуговой плазменной пушки в качестве нового курса C
    Мотоки Окинака*, Ясумаса Хамана1, Такаши Токуда, Дзюн Охта, Масахиро Нуношита
    Журнал роста кристаллов 249 (2003) 78-86
  • Характеристика NP с помощью APD
    Сверхмалые наночастицы платины и золота методом плазменно-дугового осаждения
    Сан Хун Кима∗, Ён Ын Чонга, Хонфил Хаа, Джи Ён Бёна, Ён Док Кимб
    Прикладная наука о поверхности 297 (2014) 52–58
    10.1016/j.apsusc.2014.01.072
  • HRTEM-анализ наночастиц платины, приготовленных на частицах графита с использованием плазменного осаждения коаксиальной дуги
    Куничи Миядзава, Масару Ёситаке, Юми Танака
    Дж Нанопарт Рез (2017) 19:191
    10.1007/s11051-017-3895-6
  • Характеристика НЧ методом АФД в ионных жидкостях
    Температурно-независимое формирование наночастиц Au в ионных жидкостях методом плазменно-дугового осаждения
    Ёсикиё Хатакэяма a,1, Сатоси Кимура b, Тацуя Камеяма c, Ёсиаки Агава d, Хироюки Танака d, Кен Джудай а, Цукаса Торимото c, Кейко Нисикава b,⇑
    Письма по химической физике 658 (2016) 188–191
    10. 1016/j.cplett.2016.06.044
  • Катализатор CNT
    Горизонтально ориентированный рост высокой плотности УНТ с частицами Конано, нанесенными методом плазмы дугового разряда
    Д. Фокхараткул1, Ю. Оно,1, Х. Накано,2 С. Кисимото,1 и Т. Мизутани1
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 93, 053112 2008
    10.1063/1.2969290
  • Надежная шумовая модуляция нелинейности в полевых транзисторах с углеродными нанотрубками
    Тошио Кавахара, Сатаро Ямагути, Кензо Маэхаши1, Ясухидэ Оно1, Казухико Мацумото1 и Томодзи Каваи1
    Японский журнал прикладной физики 49 (2010) 02BD11
    10.1143/JJAP.49.02BD11
  • Высокоскоростной рост пленок из плотных выровненных углеродных нанотрубок с двойными стенками с использованием химического осаждения из паровой фазы с усилением плазмы в микроволновой печи
    Минео ХИРАМАЦУ, Хидетоши НАГАО1, Масаки ТАНИГУТИ1, Хироши АМАНО1, Ёсинори АНДО1 и Масару ХОРИ2
    Японский журнал прикладной физики Vol. 44, № 22, 2005, стр. Л 693–Л 695
    10.1143/JJAP.44.L693
  • Комбинаторный
    Комбинаторное дуговое плазменное осаждение тонких пленок
    Сейичи ХАТА, Рюсукэ ЯМАУЧИ1, Дзюнпей САКУРАИ1 и Акира ШИМОКОХБЕ1
    Японский журнал прикладной физики Vol. 2006. Т. 45, № 4А. С. 2708–2713
    10.1143/JJAP.45.2708
  • Комбинаторный поиск тонкопленочных металлических стекол Pd–Cu–Si с низким удельным сопротивлением
    Рюсукэ ЯМАУЧИ, Сейичи ХАТА1, Дзюнпей САКУРАИ и Акира ШИМОКОХБЕ
    Японский журнал прикладной физики Vol. 2006. Т. 45, № 7. С. 5911–5919
    . 10.1143/JJAP.45.5911
  • Поиск новых тонкопленочных металлических стекол на основе Ru методом комбинаторного дугового плазменного осаждения
    Дзюнпей САКУРАИ, Сейичи ХАТА1, Рюсукэ ЯМАУТИ и Акира ШИМОКОХБЕ
    Японский журнал прикладной физики Vol. 46, № 4А, 2007, стр. 1590–1595
    10.1143/JJAP.46.1590
  • Сенсибилизирующий краситель
    Прозрачные сенсибилизированные красителем солнечные элементы без слоя проводящего оксида, состоящие из плавающего электрода с градиентным блокирующим слоем TiOx»
    Ёшикадзу Ёсида, 1 Шьям С. Пандей, 1 Кенширо Узаки, 1 Шузи Хаясе, 1, Мицуру Коно, 2 и Ёсихиро Ямагути 2
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 94, 0 2009
    10.1063/1.3089845
  • Катализатор выхлопных газов
    Окислительная активность СО термостабильных катализаторов Fe–Cu/CeO2, полученных двухрежимным дугово-плазменным процессом
    Сатоши Хинокума, abc Норико Ямасита, Ясуо Кацухара, Хаято Когамия и Масато Мачида * ab
    Катал. науч. Техн., 2015, 5, 3945
    10.1039/c5cy00370a
  • Приготовление катализатора в виде наночастиц с использованием импульсно-дугового плазменного осаждения
    Сатоши Хинокума, abc Сатоши Мисуми, Хироси Йошидаб и Масато Мачида * ab
    Процитируйте это: Катал. науч. Технологии, 2015, 5, 4249
    10.1039/c5cy00636h
  • Влияние термического старения на структуру и каталитическую активность Pd/CeO2, полученного дугово-плазменным процессом
    Сатоши Хинокума, Хироаки Фудзи, Ясуо Кацухара, Кейта Икеуэаб и Масато Мачида *
    Катал. науч. Технологии, 2014, 4, 2990
    10.1039/c4cy00291a
  • Биметаллические катализаторы Pd Fe/CeO2, полученные методом двойного электродугово-плазменного осаждения
    Сатоши Хинокума1, Ясуо Кацухара, Эрико Андо, Кейта Икеуэ, Масато Мачида∗
    Catalysis Today 201 (2013) 92–97
    10.1016/j.cattod.2012.03.063
  • Структура и каталитические свойства нанесенных родиевых катализаторов, приготовленных с использованием электродуговой плазмы
    Сатоши Хинокумаа, б, Мадока Окамотоб, Эрико Андоб, Кейта Икеуэб, Масато Мачидаб, ∗
    Катализ сегодня xxx (2011) xxx – xxx
    10.1016/j.cattod.2011.03.008
  • Нанометрический верхний слой Rh на поверхности металлической фольги в качестве высокоэффективного трехкомпонентного катализатора
    Сатоши Мисуми1, Хироши Ёсида1,2, Сатоши Хинокума1,2,3, Тэцуя Сато4 и Масато Мачида1,2
    10.1038/srep29737
  • Катализатор на основе субнаночастиц церия, полученный импульсно-дуговым плазменным процессом
    Сатоши Хинокума a,b,c, Хаято Когами a, Норико Ямасита a, Ясуо Кацухара a, Кейта Икеуэ a,b, Масато Мачида a,b,*
    Catalysis Communications 54 (2014) 81–85
    10. 1016/j.catcom.2014.05.025
  • Дуговая плазменная обработка катализаторов Pt и Pd, нанесенных на порошки c-Al2O3
    С. Хинокума Æ К. Мураками Æ К. Уэмура Æ М. Мацуда Æ К. Икеуэ Æ Н. Цукахара Æ М. Мачида
    Top Catal (2009) 52: 2108–2111
    10.1007/s11244-009-9387-х
  • Топливный элемент
    Тонкая пленка со стопкой наночастиц Pt-Ni: высокоактивные электрокатализаторы для реакции восстановления кислорода
    Наото Тодороки*, Такаши Като, Такехиро Хаяси, Шунтаро Такахаши и Тошимаса Вадаяма
    Катал. 2015, 5, 2209−2212
    10.1021/аккатал.5b00065
  • Структура d-диапазона нанокластеров Pt, коррелирующая с каталитической активностью в реакции восстановления кислорода
    Эйширо Тойода*, † Рёске Джинноути, † Тацуя Хатанака, † Ю Моримото, † Кей Мицухара, ‡ Антон Висиковский, ‡ и Ёсиаки Кидо ‡
    Дж. Физ. хим. С 2011, 115, 21236–21240
    10.1021/jp206360e
  • 2D Platinum Network ORR Catalyst на гибридной основе из углерода и оксида ниобия
    C. Xu1, J. Yang1, B. L. Pence1, K. Gath2, P. Pietrasz1, M. Sulek1, K. Sun2, E. Sohm3, G. Meng3
    ECS Transactions, 64 (3) 181-189 (2014)
    10.1149/06403.0181экст
  • Приготовление Pt/C катализатора коаксиально-дуговым плазменным осаждением для топливных элементов с мембраной из полимерного электролита
    Ёсиаки Агава,а,б,з Масаюки Кунимацу,в Такеши Ито,г Ясутака Кувахара,а и Хироми Ямаситаа
    Письма по электрохимии ECS, 4 (10) F57-F60 (2015)
    10.1149/2.00
  • угорь
  • Золотой катализатор
    Диссоциация водорода кластерами золота
    Тадахиро Фудзитани*, Исао Накамура, Томоки Акита, Мицутака Окумура и Масатаке Харута
    Ангью. хим. Междунар. Эд. 2009, 48, 9515 –9518
    10.1002/ани.200
    0
  • Катализатор роста слоя графена
    Рост слоя графена на кремниевых подложках с никелевой пленкой методом импульсно-дугового плазменного осаждения
    К. Фудзита, а) К. Банно, Х. Р. Арьял, б) и Т. Эгава
    ПИСЬМА ПО ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКЕ 101, 163109 (2012)
    10.1063/1.4761474
  • Раствор перекиси водорода
    Высокая эффективность обнаружения пероксида водорода с использованием наночастиц Pt-дисперсного углеродного электрода, приготовленного методом импульсно-дугового плазменного осаждения
    Такеши Ито а, н, Масаюки Кунимацу а, Сатору Канеко а, Ясуо Хирабаяси а, Масаясу Сога а, Ёсиаки Агава б, Кодзи Судзуки
    Таланта 99(2012)865–870
    10.1016/ж.таланта.2012.07.048
  • Тонкая магнитная пленка
    Магнитные свойства толстопленочных магнитов Nd–Fe–B, полученных методом дугового осаждения
    М. Накано, М. Сахара, К. Ямаваки, Т. Янаи и Х. Фукунага
    ЖУРНАЛ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ 107, 09A744 2010
    10.1063/1.3348233
  • Толстопленочные магниты из нанокомпозита Nd-Fe-B/α-Fe, полученные вакуумно-дуговым осаждением
    Масаки Накано, Томоаки Цуцуми, Такеши Янаи и Хиротоши Фукунага
    IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 50, НЕТ. 11 НОЯБРЯ 2014
  • Фотокатализатор
    Улучшенный эффект инактивации бактерий: изготовление мезопористых пленок анатаза с тонкими наночастицами Ag, полученными методом коаксиального вакуумно-дугового осаждения
    Х. Овейси, С. Рахиги, XJ, Ю.и Агава, А. Бейтоллахи, С. Вакацуки и Ю. Ямаути
    10.1246/кл.2011.420
  • Прокси-катализатор
    Поддерживающее влияние наночастиц Pt/подложки TiO2, осажденных дуговой плазмой, на каталитическую активность окисления CO
    Камран Кадир, †, § Сан Хун Ким, ‡, § Сун Ми Ким, † Хонфил Ха, ‡ и Чон Ён Пак*, †
    Дж. Физ. хим. С 2012, 116, 24054−24059
    10.1021/джп306461в
  • Каталитическая активность нанокатализаторов Au TiO2 и Pt TiO2, полученных дуговым плазменным напылением при окислении СО
    Сан Хун Кима,1, Чан-Хо Джунб,с,1, Нрупарадж Сахуб,с, Дахи Пакб,с, Чон Ёль Юнд, Хеонфил Хаа, Чон Ён Пакб,с,∗
    Applied Catalysis A: General 454 (2013) 53–58
    10.1016/j.apcata. 2012.12.049
  • Термоэлектрический элемент
    Изготовление методом вакуумно-дугового испарения коаксиального типа и определение характеристик тонких пленок теллурида висмута
    М. УЧИНО1, К. КАТО2, Х. ХАГИНО1 и К. МИЯДЗАКИ1,3
    Журнал ЭЛЕКТРОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, 2013 ТМС
    10.1007/s11664-012-2438-2
  • Пленка TiN
    Синтез тонкой пленки TiN на поверхности алмаза для контактов из черных металлов новым атомно-пучковым методом
    Хироши Киношита*, Шунсуке Ямамотоб, Хидэаки Ятаниб, Тецуо Накаич, Нобуо Омаеб
    Прикладная наука о поверхности 258 (2012) 3002– 3006
    10.1016/j.apsusc.2011.11.026
  • Ультрананокристаллические композитные пленки на основе алмаза/гидрогенизированного аморфного углерода
    Структурно-физические характеристики ультрананокристаллических композитных пленок алмаз/гидрогенизированный аморфный углерод, осажденных с помощью коаксиальной дуговой плазменной пушки
    Т. Ёситаке, Ю. Накагава, А.