В работе развит новый метод исследования процессов конденсации сильно пересыщенного пара, образующегося под действием лазерного фотолиза летучих соединений. Детально исследован процесс роста углеродных наночастиц при фотолизе недокиси углерода С3О2. При поглощении УФ квантов молекулы С3О2 распадаются, образуя атомарный пар углерода с хорошо известными и легко контролируемыми параметрами. Процесс конденсации и формирования различных наночастиц углерода исследован в широком диапазоне условий экспериментов (концентрация, газ разбавитель и его давление).
В качестве источника излучения использовался эксимерный Ar-F лазер. Процесс роста кластеров наблюдался при помощи оптических методов лазерной экстинкции и лазерно-индуцированной инкандесценции (ЛИИ). Образцы полученных наночастиц исследовались при помощи электронного микроскопа. Определены кинетические характеристики роста частиц и их конечные размеры. Характерное время роста наночастиц составляло 20-1000 мкс. Конечный размер наночастиц во всех исследованных режимах находился в диапазоне от 5 до 12 нм. Установлено, что конечный размер наночастиц увеличивается в зависимости от общего давления в смеси, парциального давления углеродного пара и зависит от рода газа-разбавителя. Полученные наночастицы имеют аморфную структуру, состоящую из агломерированных графитизированных слоев. На основе сравнения размеров наночастиц, полученных методом ЛИИ и при помощи электронной микроскопии найдены коэффициенты аккомодации поступательной энергии молекул Ar, He, СО и С3О2 на углеродных наночастицах.
Предложена простая модель для описания конденсации углеродных наночастиц из пересыщенного пара атомов. Согласно этой модели основным процессом формирования наночастиц в результате конденсации пересыщенного пара является поверхностный рост путем присоединения отдельных атомов к кластеру-зародышу. В результате сравнения экспериментальных и расчетных данных определены концентрации зародышей при различных параметрах конденсации.
1.Haynes B.S. and Wagner H.Gg. Soot formation. // Progr. Energy Combust. Sci. 1981. Vol.7. P.229-273.
2.Крестинин А.В., Моравский А.П. Кинетика образования фуллеренов С60 и С70 в реакторе с электродуговым испарением графитовых стержней. // Химфизика. 1998. Том.17(9). С.70-84.
3.Козлов Г.И. Образование углеродной паутины при синтезе одностенных нанотрубок в струе продуктов лазерной абляции, расширяющейся в электрическом поле. // Письма в ЖТФ. 2003. Том. 29(18). С.88-94.
4. Emelianov A., Eremin A., Jander H. and Wagner H.Gg. To the temperature dependence of carbon particle formation in shock wave pyrolysis processes // Z. Phys. Chem. 2003. Vol.217. P.893-910.
5.Emelianov A., Eremin A., Jander H., Wagner H. Gg. Formation of nanoparticles by photolysis from metal and carbon bearing moleculas.// Z. Phys. Chem. 2003. Vol.217, P.1361-1368.
6.Okabe H. Photochemistry of small molecules. // John Wiley & Sons. New York. 1978.
7. Вагнер Х.Г., Власов П.А.. ,Дерге К.Ю., Еремин А.В., Заслонко И.С., Танке Д. Кинетика образования кластеров углерода в процессе пиролиза C3O2.// Кинетика и Катализ. 2001. Том.42(5). С.645-656.
8.Roth P., Filippov A. V. In Situ Ultrafine Particle Sizing by a Combination of Pulsed Laser Heatup and Particle Thermal Emission. // Journal of Aerosol Science. 1996. Vol.27(1). P. 95-104.
9.R. Starke, B. Kock, P. Roth. Nano-particle sizing by laser-induced-incandescence (LII) in a shock wave reacto.//Shock Waves. 2003. Vol.12. P.351-360.
10.Vander Wal, R.L., Ticich, T.M., Stephens, A.B. Optical and microscopy investigations of soot structure alterations bylaser-induced incandescence.// Appl. Phys. 1998. B 67. P.115–123.
11. Starke R., Kock B., Roth P., Eremin A., Gurentsov E., Shumova V. and Ziborov V. Shock wave induced carbon particle formation from CCl4 and C3O2 observed by laser extinction and by laser-induced incandescence (LII).// Combustion and Flame. 2003. Vol.132. P.77-85.
12.Е.В. Гуренцов, А.В. Еремин, П. Ротт, Р. Штарке Формирование железоуглеродных наночастиц за ударными волнами.// Кинетика и Катализ. 2005. Том.46(3). С.
13.D.R. Snelling, F. Liu, G.J. Smallwood and O.L. Gulder Determination of the soot absorption function and thermal accommodation coefficient using low-fluence LII in a laminar coflow ethylene diffusion flam.// Combustion and Flame. 2004. Vol.136. P.180-190.
14.Kock B. F., Kayan C., Knipping J., Orthner H. R., Roth P. Comparison of LII and TEM Sizing during Synthesis of Iron Particle Chain.// Proceedings of the Combustion Institute. 2004. Vol.30. P.1689-1697.
15. Krestinin A.V., Moravskii A.P. and Tesner P.A. A kinetic model of formation of fullerens C60 and C70 in condensation of carbon vapor.//Chem. Phys. Reports. 1998. Vol.17(9). P.1687-1707.
16. Kellerer H, Koch R., Wittig S. Measurements of the growth and coagulation of soot particles in a high-pressure shock tube.// Combustion and Flame. 2000. Vol.120. P.188-199.
17.Basile G., Rolando A., D’Alessio A., D’Anna A. and Minutolo P. Coagulation and Carbonization Processes in Slightly Sooting Premixed Flames.// Proceedings of the Combustion Institute. 2002. Vol.29. P.2391-2397.
