Энерго - и массообмен в разреженном газе и плазме для космических и вакуумных технологий

Проект направлен на получение новых знаний о природе физических явлений в разреженном газе и плазме. Актуальность исследования определяется необходимостью развития космических и вакуумных технологий, необходимостью создания новых материалов и покрытий на нано уровне. Объектом исследования являются неравновесные процессы в разреженном газе и плазме, в том числе в условиях формирования наноструктур. Основные цели проекта включают в себя получение новых знаний по следующим направлениям: – Истечение жидкостей, их паров и газожидкостных смесей в вакуум; – Формирование пылевых цепочечных структур в плазме газового разряда; – Синтез и свойства тонких пленок субоксида кремния; – Синтез наноструктур в дуговом разряде низкого давления; – Динамические характеристики плазмы низкочастотного индукционного разряда; – Течения разреженного газа при газоструйном осаждении и лазерной абляции; В рамках данных направлений за отчетный год получены следующие результаты: Выполнен цикл экспериментальных исследований по истечению жидкостей, паров и газожидкостных смесей в вакуум и фоновый газ. Получены новые научные результаты по влиянию расходов газа и жидкости, давления в окружающем пространстве на структуру течения недорасширенных струй малой плотности. Измерены пульсации давления в форкамере сопла при разных температурах и расходах жидкости, оптимизированы конструкции рабочих участков для дальнейших исследований свойств рабочих жидкостей на характеристики недорасширенных струй. В рамках проекта создана новая численной модель, на основе программной архитектуры графических процессоров CUDA. В результате моделирования получены зависимости структур пылевых цепочек от напряжённости поля в пределах 0-2.5 В/см для сферических пылевых частиц из проводящего материала радиуса 1 микрон. Синтезированы массивы ориентированных микроканатов из нанопроволок SiOx на стеклянных подложках методом газоструйного химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой с использованием оловянного и индиевого катализаторов. Проведено численное моделирование процессов, протекающих в электродуговом разряде и приводящих к формированию наноструктур в диапазоне тока от 60 до 140 А. Получены новые экспериментальные данные о динамических характеристиках плазмы низкочастотного (50 кГц) индукционного разряда. Измерены пульсации интенсивности непрерывного спектра тормозного излучения электронов в плазме низкочастотного индукционного разряда низкого (1 Торр) давления, определены значения температуры электронов и ее динамика в течение периода разряда. Метод HWCVD адаптирован для осаждения фторполимерных покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических образцов. Исследовано влияние основных газодинамических параметров на морфологию, состав и свойства смачивания полученных покрытий. Проведен газоструйный синтез алмазных структур из смеси газов-предшественников с добавлением аргона. Проведено численное исследование возможностей использования при моделировании течений разреженного газа методом прямого статистического моделирования двухступенчатой модели гетерогенной диссоциации водорода. Разработанная ранее модель неконгруэнтного испарения двухкомпонентных полупроводников импульсным лазерным излучением применена для GaAs. Обнаружено, что при превышении некоторой плотности энергии облучения происходит резкое увеличение испарения мышьяка с сильным обогащением поверхностного слоя образца по галлию. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования представляют научную и практическую ценность в целом и по отдельным научным направлениям.