Плазменный синтез наночастиц металлов в условиях резонансного режима колебаний буферного газа

Для исследования влияния колебаний скорости на параметры тлеющего разряда в аргоне была разработана диффузно-дрейфовая модель с учетом влияния акустических волн для получения основных параметров неравновесной плазмы. Акустические колебания плазмы учитываются в конвективных членах уравнений модели. Получены осевые, радиальные и пространственные распределения концентрации электронов вдоль разрядного промежутка и динамика зажигания разряда. Показано, что с увеличением амплитуды колебаний скорости растет амплитуда колебаний концентрации электронов. Выявлен фазовый сдвиг между колебаниями скорости и концентрации электронов (4/5)π. Уменьшение осредненная по времени концентрация электронов при наличии колебаний скорости обусловлено периодическим увеличением гибели электронов на аноде за счет колебательного движения плазмы в продольном направлении. Экспериментально получены микро- и наночастицы меди. Частицы изучены методом сканирующей электронной микроскопии. Показано, что в отсутствие колебаний плазмы синтезируются хлопьевидные частицы более крупного размера. Частицы, полученные плазменным методом в волновом поле имеют более четкие очертания. С помощью энергодисперсионной спектроскопии определен элементный состав. Обнаружена интенсификация синтеза частиц, полученных при наличии звуковых волн. Показано, что в синтезе частиц при наличии акустических колебаний процентное содержание атомов меди возросло в пять раз. Это связано с интенсификацией агломерации и коалесценции наночастиц в поле звуковых колебаний, как это происходит при агломерации и коагуляции твердофазного и жидкофазного аэрозолей. Получены распределения частиц по размерам. Показано, что при наличии звуковых колебаний в газоразрядной трубке частиц с наименьшим размером становиться больше. Таким образом, наночастицы меди могут быть получены в тлеющем разряде постоянного тока при наличии звуковых волн в газоразрядной трубке. Исследование показало, что при наличии звуковых волн напряжение растет существенно быстрее в сравнении со случаем отсутствия вынужденных акустических колебаний в газоразрядной трубке. Наблюдается интенсификации синтеза частиц, полученных при наличии звуковых волн в газоразрядной трубке. Рост напряжения разряда связан с несколькими факторами. Во-первых, с гидродинамическими процессами: интенсификация теплообмена в волновом поле, влияние нагрева электродинамического излучателя, акустотермический эффект. Во-вторых, с интенсификацией синтеза нано- и микрочастиц меди увеличивается гибель свободных электронов на частицах. Эти электроны перестают участвовать в ионизации и поддержании разряда и для поддержания заданного тока необходимо повышать напряжение разряда, что наблюдается в эксперименте