Прикладная физика

Измерена напряжённость электрического поля в канале разряда с жидким электролитным катодом при атмосферном давлении в воздухе в диапазоне токов 20–90 мА. Найдены зависимости напряжённости поля от величины разрядного тока для водных растворов с разным составом и с разными значениями рН, но с одной и той же удельной электропроводностью 300 мкСм/см. Показано, что эти зависимости мало отли-чаются друг от друга. Получена усреднённая по составу раствора зависимость напряжённости поля в разряде с жидким катодом от тока разряда.

Представлены результаты плазмохимической обработки воды и исследования ее влияния на всхожесть семян огурцов, а также на динамику начального роста растений. Водопроводную воду обрабатывали импульсным подводным разрядом, формирующимся в парогазовых пузырьках у поверхности погруженного в воду графитового электрода. Разряд горел при амплитудных значениях напряжения 800 В и тока разряда 200 мА. Получены осциллограммы тока и напряжения на электродах, измерены значения удельной электропроводности воды, значения рН, концентрации нитрит- и нитрат-ионов, а также пероксида водорода в обработанной воде. Показано, что использование воды после плазмохимической обработки повышает всхожесть семян, ускоряет развитие корневой системы, рост стебля и листьев на ранних стадиях развития растений.

Исследовано влияние на параметры разряда в цезий – ртуть – ксеноновой парогазовой смеси возвращенного обратно в плазму собственного излучения газоразрядной лампы. Изучены трансформация спектра излучения, формирование плазменного канала при достижении квазистационарной стадии. В результате исследования самообращения резонансной линии цезия доказана определяющая роль роста давления паров плазмообразующей среды на изменение характеристик плазмы.

Экспериментально исследована возможность получения нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) путем газоразрядной обработки водных суспензий микрокристаллической целлюлозы или фильтровальной бумаги. Для обработки использовали разряд постоянного тока при атмосферном давлении с водным катодом при токе разряда 35 мА и напряжении горения 1500 В. Найдено, что плазмохимическая обработка цел-люлозосодержащего материала в воде без использования других реагентов приводит к выделению НКЦ с относительно большими размерами частиц и небольшим поверхностным зарядом.

В работе рассмотрены вопросы лазерного плазмохимического травления материалов электронной техники на примере разделения пластин алмаза и сапфира на кристаллы. В основе разработанного метода лежит физическое явление – оптический пробой в специально подобранных газовых средах, в которых поджигается плазма и производится плазмохимическое травление материалов подложек (пластин) с образованием летучих продуктов химических реакций и их эвакуацией с помощью вакуумной системы. Работы проводились в диапазоне рабочих давлений 110-3–110-1 Торр. В качестве рабочих сред использовались фторидные системы: (SF6 + O2; CClF3 + O2; F2 и т. д.), чистый кислород (О2) и водород (Н2). Обе системы – фторидная и кислородная «работают» хорошо для алмаза. Водородная система предпочтительна для сапфира.

С использованием разряда между электродами из серебра, цинка или меди, погруженными в водную суспензию хитозана и поливинилового спирта, синтезированы полимерные композиты, содержащие наночастицы серебра, оксида цинка (ZnO) или оксида меди (Cu2O). Разряд возбуждали между стержнями диаметром 1 мм при межэлектродном расстоянии 1,5 мм и среднем токе разряда 0,25 А в ячейке с объемом жидкости 100 мл. Скорость эрозии электродов (0,012–0,014 г/мин) определяли их взвешиванием до и после эксперимента. Полученные композиции исследованы методами электронной спектроскопии, рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии. Испытания на лабораторных мышах показали, что полученные нанокомпозиты ускоряют заживление ран: полное заживление с применением композитов с наночастицами Ag или ZnO наблюдалось на 7-е – 10-е сутки, в то время как в контрольной группе – лишь на 13-е сутки.

Изучены особенности инжекции электронов из плазмы эмиттерного разряда в разрядную систему планарного магнетронного разряда. В качестве эмиттерного разряда использовались тлеющий разряд с полым катодом и вакуумная дуга. Инжекция электронов осуществлялась через центральное отверстие в мишени магнетрона. Давление рабочего газа (аргон) в вакуумной камере составляло 0,05–0,09 Па. Эмиттерный тлеющий разряд в полом катоде функционировал как в слаботочном непрерывном режиме (10–100 мА), так и сильноточном импульсном режиме (10–20 А, 25 мкс, 1 Гц). Вакуумный дуговой эмиттер функционировал в импульсном режиме (10–60 А, 200 мкс, 1 Гц). Измерены токи эмиссии для различных конфигураций разрядной системы, в том числе определены условия, обеспечивающие полное переключение электронного компонента тока эмиттера в разрядную систему магнетронного распылителя.

Представлены первые результаты экспериментального исследования характеристик катода-нейтрализатора, рабочий процесс которого основан на индуктивном ВЧ-разряде в аргоне. Рассмотрен диапазон расходов аргона 4–10 см3/мин, диапазон мощностей ВЧ-генератора 35–150 Вт. Показано, что при достижении порогового значения напряжения между коллектором ионов и положительно заряженным относительно коллектора электродом (анодом) наблюдается скачкообразный рост электронного тока.

Измерена интенсивность свечения второй положительной системы азота вблизи поверхности раствора в разряде с жидким электролитным катодом при атмосферном давлении в воздухе для водных растворов разного состава. Показано, что интенсивность свечения для всех исследованных растворов сильно падает с ростом разрядного тока от 20 до 100 мА. Показано, что для этих растворов при всех разрядных токах вращательная и колебательная температуры, определённые по молекулярному азоту, идентичны и равны соответственно 2400 и 3800 К. Обсуждаются возможные причины различия в интенсивности свечения второй положительной системы азота при одинаковых температурах.

Представлены результаты плазмохимической обработки водной суспензии хитозана и показано влияние полученных продуктов на всхожесть семян гороха и на раннее развитие растений. Исследовано действие разряда постоянного тока в воздухе с использованием в качестве катода обрабатываемой суспензии, а также разряда в парогазовых пузырьках у поверхности электрода, погруженного в суспензию («подводного» разряда). Определены скорости накопления водорастворимых продуктов и их энергетические выходы. Показано, что использование модифицированных суспензий увеличивает всхожесть семян и скорость начального развития растений при посеве в грунт.

На поверхности металлического электрода, погруженного в плазму с электронной температурой Te  10 эВ и плотностью плазмы ne от 1010 см3 до 1013 см3 рассчитывается электрическое поле при значениях отрицательного электрического потенциала 0 электрода при больших значениях параметра |e0|/Te >> 1. Полученная асимптотическая формула для величины поля при |e0|/Te >> 1 существенно отличается от классических формул расчета электрического поля и дебаевской длины экранирования поля вблизи поверхности электрода в плазме, которые справедливы при условии |e0|/Te << 1. Показано, что при |e0|/Te >> 1 вблизи электрода в плазме модифицированный дебаевский слой может на два порядка превышать классическую дебаевскую длину. Для расчета электрического поля на поверхности электрода в плазме предложена в явном виде обобщённая формула, справедливая в широком диапазоне значений параметра 0 < |e0|/Te < 104 при отрицательных значениях потенциала электрода до 10 кВ.

Проведены экспериментальные исследования разряда с жидким электролитным катодом в диапазоне токов 50–100 мА при межэлектродном расстоянии в пределах 3–4 мм. В качестве катода использован водный раствор хлорида натрия с молярной концентрацией 0,15 моль/л. Зафиксировано возникновение пульсаций тока, которые исследованы в предположении капельного переноса вещества и зарядов из водного раствора в плазму разряда. На основе анализа осциллограмм тока оценены размеры образующихся капель.