To the foundation of the plasma-chemical method of the nano-carbonic structures formation in the hf-plasmotron
Plasma-chemical method of the nano-carbonic structures formation is under consideration. This method is based on the
carbonic powder sublimation in the plasma flow in the high frequency plasmatron (HF-plasmatron). Kinetics of carbon
vapor formation in inert gas plasma flow is described. Governing equation system for the particle sublimation in the high
temperature gas is analyzed. Main non-dimensional parameters and their alteration range are revealed for the problem
considered. Solution of this problem is carried out using Direct Statistical Simulation Monte-Carlo method. Numerical
solution was made for the different plasma gases over wide range of plasma gas condition (pressure, velocity and temperature).
Results can be generalized in the case of the fine-dyspersated particles evaporation with arbitrary structure in
plasma flow. These results can be used for the optimization of industrial processes of formation of carbonic (or other)
nanostructures.
Рассмотрен плазмохимический способ получения углеродных наноструктур, основанный на сублимации углеродного порошка в плазменном потоке, генерируемом в высокочастотном индукционном плазмотроне (ВЧ-
плазмотроне). Дано описание кинетики процесса образования пара углерода в потоке плазмы инертных газов.
Проведен анализ исходной системы уравнений, описывающей процесс сублимации частиц в потоке высокотемпературного газа, выявлены основные безразмерные комплексы, характеризующие поставленную задачу, и возможные диапазоны их изменения. Решение поставленной задачи проводится с использованием метода прямого
статистического моделирования Монте-Карло. Численное решение задачи проведено для различных плазмообразующих газов и широкого диапазона условий (давления, скорости и температуры) в плазменном потоке. Результаты расчетов легко обобщаются на случай испарения в потоке плазмы мелкодисперсных частиц произвольного
состава и могут быть использованы с целью оптимизации процессов промышленного получения углеродных (а,
возможно, и других) наноструктур и нанесения покрытий различного назначения в электродуговых или ВЧ-
плазмотронах большой мощности.
1. Богданов А.А., Дайнингер Д., Дюжев Г.А. Преспективы развития промышленных методов производства фулеренов // ЖТФ, 2000, Т. 70. Вып.5. С.1-7.
2. Залогин Г.Н., Кислов В.В., Кнотько В.Б., Парфенов В.Н. Использование мощных высокочастотных индукционных плазмотронов для синтеза углеродных наноструктур// Докл. конф. «Нанотехнологии производству 2005», 30 ноября-1 декабря 2005 г., г. Фрязино.
3. Власов В.И., Залогин Г.Н., Кусов А.Л. Сублимация частиц углерода в плазменном потоке, генерируемом в высокочастотном индукционном плазмотроне // ЖТФ, 2007, Т. 77. Вып.1. С.1-7.
4. Амиров Р.Х., Асиновский Э.И., Исакаев Э.Х., Киселёв В.И. Установка для синтеза углеродных нанотрубок на базе плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода // Тез. XXII Межд. конф. “Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество”, 1-6 марта 2007, п. Эльбрус, Кабардино-Балкарская респ., Россия.
5. Markoviċ Z., Todoroviċ- Markoviċ B., Mohai I., Károly Z., Gál L., Föglein K., Szabó P.T., Szépvölgyi J. Optimization of fullerene synthesis in RF thermal plasma. // Fifth General Conference of the Balkan Physical Union, August 25-29, 2003, Vrnjačka Banja, Serbia and Montenegro.
6. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Изв. РАН, МЖГ. 2003. № 5. С.178−189.
7. Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. и др. Высокочастотный плазмоторон - установка для исследований аэрофизических проблем с использованием высокоэнтальпийных газовых потоков // Космонавтика и ракетостроение. 1994. № 2. С. 22−32.
8. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. О моделировании натурных условий при отработке в высокочастотном плазмотроне материалов для теплозащиты гиперзвуковых летательных аппаратов // Космонавтика и ракетостроение. 2001. № 23. с. 85−93.
9. Алексеев Н.И., Дюжев Г.А. Кинетика углеродных кластеров в дуговом разряде от атомов к фулеренам // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып.5. С.121-129.
10. Алексеев Н.И. О механизме образования углеродных нанотрубок. I. Термодинамика образования капель расплава углерода в металлическом катализаторе // ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып.8. С.45-50; О механизме образования углеродных нанотрубок. II. Кинетика взрывной конденсации капель расплава углерода в металлическом катализаторе // ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып.8. С.51-57; Термодинамика образования углеродных нанотрубок разной структуры из пересыщенных капель расплава // ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып.9. С.63-71.
11. Власов В.И. Теоретические исследования течения высокотемпературного газа в разрядной и рабочей камерах ВЧ-плазмотрона // Космонавтика и ракетостроение. 2001. № 23. с. 18-26.
12. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. // Clarendon Press. Oxford. 1994.
13. Коган М.Н., Макашев Н.К. О роли слоя Кнудсена в теории гетерогенных реакций и в течениях с реакциями на поверхности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1971, №6, c. 3-11.
14. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочник. Т.2 /Под ред. Глушко В.П., М.: Наука, 1979.
15. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.
16. Кирютин Б.А., Тирский Г.А. Граничные условия скольжения на каталитической поверхности в многокомпонентном потоке газа // Изв. РАН. МЖГ. 1996, №1, C. 159−168.
17. Митин А.В., Митин В.С., Шарипов Э.И. // Сб. докл. Межд. Научн.-практической конф. “Нанотехнологии - производству”, Фрязино, 2004, с. 154−167.
18. Афанасьев Д.В., Баранов Г.А., Беляев А.А. Получение фуллеренов при испарении CO2-лазером // Письма в ЖТФ, 2001, Т.27, вып. 10.
