Обоснование эффективных режимов работы высоковольтного високочастотного генератора для синтеза углеродных наноматериалов

Действие высоковольтных импульсных разрядов на газообразные углеводороды приводит к химическим реакциям, которые отличаются от реакций извесным всем способам синтеза углеводородов. Это обусловлено локализацией высокой напряженности электрического поля в газообразной углеводородной среде в приэлектродных областях, которое создается высоковольтным генератором. Напряженность электрического поля при електророзрядной обработке, достигающая 4×10⁷ В/м, является причиной фотодиссоциации молекул углеводородов, которая вносит свой вклад в образование неравновесной плазмы между электродами. При этом наблюдается деструкция углеводородов с гетеролитическим и гомолитическим разрывом связей как С-С так и C-H с наработкой ионов и активных радикалов и последующим их преобразованием.

В результате проведенных теоретических исследований предложен высокочастотный разрядноимпульсный метод синтеза наноуглерода из газообразного углеродсодержащего сырья. Газовое углеродное сырье (из ряда алканов, алкенов или алкинов) подают в межэлектродный промежуток, в котором создают импульсно - периодическую дугу частотой до 100 кГц с разными формами импульсов для образования неравновесной плазмы. В результате действия плазмы на газовую среду происходят физико-химические реакции деструкции сырья и синтеза наноуглерода различных аллотропных форм, которые могут зависеть от используемого сырья, величины вносимой в реакционную зону энергии, частоты обработки и параметров импульсов.

На рисунке 1 Представлена эксперементальная функциональная схема системы для реализации высоковольтного высокочастотного разрядноимпульсного синтеза наноуглерода из газообразного углеродсодержащего сырья.

Рис.1 Функциональная схема системы для реализации высокочастотного разрядноимпульсного синтеза наноуглерода из газообразного углеродсодержащего сырья.

Схема включает в себя такие элементы:

Емкость с робочим газом(1), Электрод с каналом подачи газа в розрядный промежуток (2); Изоляторы (3), Реактор (4) Высоковольтный високочастотный импульсный блок питания (5), Емкость для осаждения синтезированного наноуглерода (6), Канал для отвода использованного газа (7), Плазменный канал (8) Противоэлектрод (9).

Предложенный способ синтеза углеродных наноматериалов позволяет генерировать энергию, необходимую для эндотермической химической реакции разложения газового углеродсодержащего сырья на углерод и водород с образованием углеродных наноструктурных материалов. Плазма из газового углеродсодержащего сырья дает возможность получать заданные электродинамические и термодинамические характеристики неравновесной дуги, необходимые для создания углеродных материалов заданной наноструктуры с малым статистическим разбросом их свойств. За счет этого можно расширить ассортимент получаемых наноматериалов, обеспечить управляемость процессом синтеза, существенно упростить или совсем устранить сложные и трудоемкие операции очистки продуктов реакции, что уменьшит себестоимость получения наноматериалов.

ВЫВОД

Несмотря на большое количество известных методов синтеза наноуглерода, до сих пор не существует метода, который может претендовать на широкое промышленное использование. Так как использование данного способа получения углеродных материалов позволяет получать энергию, необходимую для эндотермической химической реакции разложения газового углеводородного сырья на углерод и водород и образование углеродных наноструктурних материалов, используя плазму из газового углеводородного сырья, получать заданные электродинамические и термодинамические характеристики неравновесной дуги, необходимые для создания углеродных материалов заданной наноструктуры с малым статистическим распределением их свойств. Приведенные в курсовой работе энергии синтеза углеродо седержащих газов при которых происходит реакция, позволяют судить о том, что энергия при которой происходит разложение углеродосодержащего газа может бать получена из электрического разряда.

Дата добавления: 2015-10-02