Лазерно-плазменный синтез гибридных материалов на основе углеродных наноструктур (промежуточный, этап 1)

Объект исследования - лазерно-плазменные (ЛП) технологии на основе пульсирующей с высокой (~100 кГц) частотой лазерной плазмы, технические средства для ЛП-технологий и плазмохимические процессы при ЛП-воздействии на газовые потоки. Цель исследования 2018 г. - подготовка экспериментальной установка для проведения ЛП-синтеза в широких диапазонах экспериментальных условий по средней мощности (до 2,5 кВт) и интенсивности луча (до 2 - 3 ГВт/см²), скорости потока (до 500 м/с) и/или давлению газа в плазмохимической камере (1 - 5 атм.). Проведены предварительные эксперименты по ЛП-синтезу углеродных гибридных наноструктур. В ходе совместных с ИНХ СО РАН работ получен ряд важных результатов. 1) Для метода лазерно-плазменного синтеза массивов углеродных нанотрубок (УНТ) создана лазерная установка, позволяющая проводить CVD-синтез микро- и наночастиц на поверхности нанотрубок, с применением которой экспериментально подтверждена возможность синтеза гибридных наноматериалов, сочетающих свойства квазиодномерных УНТ и полупроводниковых микро- и нанокристаллов на их поверхности. 2) Структура полученных образцов исследована методами растровой электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). Синтез нанокристаллов оксида железа FeO подтверждается методом КРС. 3) На основе численного моделирования конфигурации электрического поля в новом квазицилиндрическом СВЧ-резонаторе (на ТH012-моде) разработан плазмотрон, в котором инициация лазерной плазмы происходит на фоне опорной СВЧ-плазмы. Разработанный плазмотрон позволит вести синтез алмазоподобных покрытий при давлении выше атмосферного. При финансовой поддержке гранта фонда «Сколково» разработан и создан в ИЛФ СО РАН «Опытно-промышленный образец 5-кВт многофункциональной ЛП технологической установки «ЛПТУ-5МФ.о» с уникальной 5-кВт импульсно-периодической (~100 кГц) СО₂ лазерной системой генератор - усилитель, открывшей новые возможности в разработке промышленных ЛП-технологий. Полученные гибридные наноматериалы на основе УНТ с осажденными на них наночастицами оксидов металлов перспективны для применения в электрохимических приложениях (суперконденсаторах и Li-ионных аккумуляторах).