Дослідження імпульсного наносекундного розряду з алюмінієвими електродами у воді

 

Рис. 1.12. Дифрактограми зразків, отриманих в іскровому (а) і дуговому (б) режимах [15].

 

Результати досліджень показали, що методи термічного випаровування й электророзрядного синтезу дозволяють формувати низькорозмірні структури оксиду цинку в газових і рідких середовищах як із застосуванням, так і без застосування легуючих добавок. Отримані результати становлять інтерес для розробки технологічних основ синтезу нанорозмірних структур оксиду цинку з відтвореними властивостями, а також оксидів і карбідів інших металів з метою створення нових ефективних матеріалів для мікроелектроніки.

 

Для дослідження електричних і емісійних характеристик імпульсного наносекундного розряді у воді з алюмінієвими електродами (голка-площина) використовувалась експериментальна установка, блок-схема якої приведена на рис. 2.1. Основні вузли установки – розрядна комірка з електродами, імпульсно-періодичне високовольтне джерело живлення, спектральний прилад МДР-2,  система реєстрації імпульсів випромінювання та система вимірювання імпульсів напруги на електродах і струму через плазму.

Випромінювання плазми у спектральному діапазоні λλ 250-800 нм поступало через вхідну щілину монохроматора МДР-2 з дифракційною решіткою 1200 штрих./мм. На виході монохроматора для детектування випромінювання використовувався фотоелектронний помножувач ФЕП-106, підключений до підсилювача постійного струму. Фотопомножувач має високу чутливість в діапазоні спектру 200-450 нм, з максимальною чутливістю на довжині хвилі 254 нм. На рис. 2.2 і рис 2.3 зображені залежності чутливості системи реєстрації (ФЭУ-106, МДР-2) від довжини хвилі, а також від напруги на ФЕП. Електричне живлення фотопомножувача здійснювалось від стабілізованого джерела високої напруги ВС-22.

Спектри випромінювання розряду та інтенсивність (яскравість) атомарних ліній і молекулярних смуг реєструвалися імпульсним фотометром та самописцем КСП-4. Частота повторення імпульсів становила f ~ 35 Гц.

Для оцінки енерговнеску в плазму розряду реєструвались осцилограми струму, напруги та свічення з допомогою шестиканального осцилографа 6ЛОР-04. 

Юстування системи проводилося в два етапи. На першому етапі потрібно було виставити всі елементи системи на одній осі, а саме розрядну комірку, лінзу а також щілину монохроматора для цього був використаний гелій-неоновий лазер. Промінь лазера був націлений на середину щілини і перпендикулярно до неї. Розрядна комірка була розташована таким чином щоб промінь лазера проходив між електродами. Лінза була розташована між щілиною і розрядною коміркою та ким чином щоб промінь проходив через її центр. На другому етапі потрібно було за допомогою лінзи сфокусувати випромінювання розряду на щілину монохроматора. При включеній утановці  зфокусувати свіченн розряду було неможливо із-за небезпеки ураження струмом і тому для імітування свічення плазми розряду був використаний світодіод який був розміщений на місці електродів. 

 

Рис. 2.1. Загальна схема експериментальної установки: К – розрядна комірка; ПР – пояс Роговського; МДР-2 – монохроматор; ФЕП –фотоелектричний помножувач; БЖ – блок живлення; Г5-15 – генератор імпульсів; 6ЛОР – осцилограф; КСП-4 – самописець; ДН – дільник напруги для визначення спаду напруги в колі; П – підсилювач; Л – збиральна лiнза. 

 

Рис.2.2. Залежність чутливості системи реєстрації (ФЭУ-106, МДР-2) від довжини хвилі.

 

Рис.2.3. Залежність чутливості системи реєстрації з ФЭУ-106 від напруги на ФЕП.

 

Для максимально точного фокусуванн випромінювання плазми на щілину монохроматора була відібрана довжина хвилі яка відповідала довжині хвилі свічення світодіода і за допомогою зміни положення лінзи було досягнуто максимальної інтенсивності свічення.

 

Проведення досліджень в даній роботі пов'язані з вивченням утворення наночастинок з металу, а також вивчення розряду у воді. Дослідження проводилися за допомогою кювети з дистильованою водою, в якій знаходилися два алюмінієві  електроди (голка-площина). Відстань між електродами складала 1 мм, але цю відстань можна змінювати за допомогою системи кріплення електродів. Будова цього модуля представлена на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Будова розрядної комірки: 1 – кювета; 2 – кварцове віконце; 3 – електрод-площина;  4 – електрод-голка; 5 –металеве кріплення для електродів до яких підводиться напруга; 6 – ізолятор для кріплення; 7 – дистильована вода; 8 – металевий екран.

Кювета (1) виготовлена з оргскла з кварцовим віконцем (2) діаметром 50 мм. Товщина стінок становить 8 мм, внутрішні розміри кювети складають 100×100×100 мм. Діаметр електрода-голки (4) складає 2 мм, а електрода-площини (3) становить 23 мм з алюмінію та 16 мм з дюралюмінію. Електроди розміщені близько біля стінки з кварцовим віконцем, для того щоб зменшити поглинання водою (7) випромінювання плазми розряду. Кріплення електродів закрите фторопластом (6) для уникнення небажаних пробоїв у воді. Розрядна комірка розташована в металевому екрані (8) з метою зменшення впливу електромагнітних полів на систему реєстрації спектральних характеритсик.

 

Експеримент проводився з використанням системи електродів типу «голка-площина». Вхідні параметри експерименту були наступними: відстань між електродами (голка-площина) становила 1 мм, напруга на тиратроні ТГИ-1000-25 була 13 кВ, частота імпульсів 35 Гц, баластний опір 150 Ом, напруга на ФЕП 700 В. Реєстрація спектрів проводився в діапазоні 300-650 нм, тривалість експерименту в середньому становить 20 хв. Експеримент був проведений з двома різними електродами: алюмінієвими і дюралюмінієвими.

На рис. 2.5. показано загальний вигляд розрядної комірки та імпульсний наносекундний розряд у воді.