Научная статья на тему 'Особенности высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕР) при пониженных давлениях с металлическим электродом, погруженным в электролит'

Особенности высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕР) при пониженных давлениях с металлическим электродом, погруженным в электролит Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
153
60
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ЕМКОСТНОЙ РАЗРЯД / ПОГРУЖЕННЫЙ ЭЛЕКТРОД / ЭЛЕКТРОЛИТ / ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ ТЛЕЮЩЕЕ СВЕЧЕНИЕ / ТУРБУЛЕНТНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ / HIGH-FREQUENCY CAPACITOR THE CATEGORY / THE SHIPPED ELECTRODE / ELECTROLYTE / A NEGATIVE SMOLDERING LUMINESCENCE / TURBULENT HASHING

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Гайсин Ал Ф., Абдуллин И. Ш.

В работе исследуется высокочастотный емкостной разряд при пониженных давлениях с медным электродом, погруженным в насыщенный электролит из кипящего раствора NaCl в технической воде. Выявлены особенности горения ВЧЕР с медным электродом в кипящем электролите. При напряжении источника питания U 1600 В наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание плазмы и электролита с образованием капель и неоднородных струй.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Гайсин Ал Ф., Абдуллин И. Ш.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The high frequency capacitance discharge with a copper plate electrode immersed in boiling electrolyte is investigated. The electrolyte is a solution of NaCl in technical water. As the applied discharge voltage U is less than 1600 V the negative glow discharge propagates both on the electrolyte surface and copper plate. At U > 1600 V there occurs an intensive turbulent mixing of the discharge plasma and electrolyte forming sputters and jets of electrolyte.

Текст научной работы на тему «Особенности высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕР) при пониженных давлениях с металлическим электродом, погруженным в электролит»

Ал. Ф. Гайсин, И. Ш. Абдуллин

ОСОБЕННОСТИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА (ВЧЕР)

ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОДОМ,

ПОГРУЖЕННЫМ В ЭЛЕКТРОЛИТ

Ключевые слова: высокочастотный емкостной разряд, погруженный электрод, электролит, отрицательное тлеющее

свечение, турбулентное перемешивание.

В работе исследуется высокочастотный емкостной разряд при пониженных давлениях с медным электродом, погруженным в насыщенный электролит из кипящего раствора NaCl в технической воде. Выявлены особенности горения ВЧЕР с медным электродом в кипящем электролите. При напряжении источника питания U < 1600 В происходит распространение отрицательного тлеющего свечения (ОТС) как на поверхности медной пластины, так и на поверхности электролита. При U > 1600 В наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание плазмы и электролита с образованием капель и неоднородных струй.

Keywords: high-frequency capacitor the category, the shipped electrode, electrolyte, a negative smoldering luminescence, turbulent

hashing.

The high frequency capacitance discharge with a copper plate electrode immersed in boiling electrolyte is investigated.

The electrolyte is a solution of NaCl in technical water. As the applied discharge voltage U is less than 1600 V the negative glow discharge propagates both on the electrolyte surface and copper plate. At U > 1600 V there occurs an intensive turbulent mixing of the discharge plasma and electrolyte forming sputters and jets of electrolyte.

Физика электрических разрядов в газе между металлическими электродами развивается уже более 100 лет [1-8]. Наиболее интенсивные периоды развития физики и техники разрядов в газах связаны с актуальными научно-техническими проблемами. Так, 30-40 лет назад наиболее

интенсивно развивалось направление, связанное с дуговыми разрядами и плазмотронами, а в последние годы внимание исследователей направлено к неравновесным средам и методам их создания. Интенсивное исследование

низкотемпературной плазмы тлеющего разряда связано с его применением в электроразрядных лазерах [6-8], плазмохимии [9].

Наряду с изучением электрических разрядов в газе между металлическими электродами большой интерес представляют разряды с электролитическими электродами. В связи с этим большое внимание уделено исследованию и применению электрических разрядов между твердым и жидким электродами в работах [10-14].

Одним из способов получения неравновесной низкотемпературной плазмы является высокочастотный емкостной разряд при пониженных давлениях. Особенности физических процессов и их характеристик, протекающих в ВЧЕР с металлическим электродом, погруженным в электролит, практически не изучены. Все это задерживает разработку и создание плазменных устройств для практического применения в плазменной технике и технологии.

Целью данной работы является изучение формы и структуры ВЧЕР с медным электродом, погруженным в насыщенный раствор №С1 в технической воде при пониженном давлении (Р = 3103 Па).

Экспериментальные исследования ВЧЕР с медным электродом, входящим в электролит проводились с использованием источника питания

ВЧГ8-60/13 настроенного на частоту 13,58 МГц. Вакуумная система установки состоит из вакуумной камеры и вакуумного насоса типа 2НВР-5ДМ.

Разрядная камера состоит из основания и колпака. Основание и колпак разрядной камеры изготовлены из нержавеющей стали. В колпаке имеется стандартное окно с диаметром 100 мм, закрываемое оптическим стеклом, которое служит для наблюдения ВЧЕР с медным электродом марки М1, погруженным в электролит из насыщенного раствора №С1 в технической воде. Медная пластина имеет прямоугольную форму с толщиной 2 мм и погружена на глубину 15 мм. Медной пластине подводится потенциал. Внутри камеры находятся электролитическая ванна. Другая медная пластина, которая находится внизу электролитической ванны, заземлена.

Рабочее давление в камере регулируется изменением скорости откачки, а давление измеряется вакуумметром модель 1227 класса точности 0,25. Видеосъемка разряда осуществлялась на видеокамеру «8опу ИБЯ - 8Я72Е». Время экспозиции одного кадра 0,04с. Исследования особенности ВЧЕР с медным электродом, погруженным в электролит проводились при Р = 3-10 Па и в интервале напряжения источника питания и = 1000^2000 В.

На фотографиях рис. 1-6 представлены ВЧЕР с медным электродом, погруженным в электролит. При и = 1000 В высокочастотный емкостной разряд с медной пластиной, погруженнjq в электролит не горит. С ростом напряжения источника питания от 1000 и 1150 В наблюдается ВЧЕР с тлеющим свечением вдоль электролита, где погружена медная пластинка (фотография рис.1). На поверхности медной пластины появляется неоднородное пятно с слабым свечением синего цвета (фотография рис. 1). С дальнейшим ростом напряжения источника питания от 1150 до 1340 В

характер ОТС меняется (фотография рис. 2). Здесь наблюдается интенсивное ОТС с двух сторон медной пластины. Свечение меняется от синего до фиолетового цвета на поверхности пластины. Испарение поверхности электролита происходит из-за кипения. Вокруг пластины появляются точечные пятна. Их можно заметить и на поверхности электролита. Как видно из рис. 3, при напряжении источника питания и = 1340 В отрицательное тлеющее свечение распространяется на поверхности электролита, а по краям медной пластины, где погружается в электролит, наблюдается интенсивная граница излучения белого цвета. Это белое пятно на поверхности электролита переходит в ОТС. С ростом напряжения источника питания от 1340 до 1500 В интенсивность излучения пятна меняется как на поверхности медной пластины, так и электролита (фотография рис. 3).

Рис. 1

Рис. 2

В

Рис. 3

Интенсивное белое пятно охватывает половину медной пластины. Пластина охвачена также диффузным разрядом коричневого цвета. Вверх вдоль медной пластины белое пятно переходит интенсивное свечение фиолетового цвета, а на поверхности электролита наблюдается также фиолетовый цвет.

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

При напряжении источника питания ~1600В процесс горения ВЧЕР с медным электродом, погруженным в электролит меняется (фотография рис. 4). Это объясняется тем, что под действием ВЧЕР с увеличением напряжения источника питания происходит бурное перемешивание плазмы и электролита. Как видно из фотографии рис. 4, как с левой, так и с правой стороны образуются неоднородные струи электролита. Из фотографий рис. 5 и 6 также видно, что с ростом напряжения источника питания от 1600 до 1700В, вокруг медной пластинки образуются расщепленные струи

(фотография рис. 5) и капельные струи различных диаметров и длин (фотография рис. 6).

Таким образом, в результате экспериментальных исследований ВЧЕР медным электродом, погруженным в насыщенный электролит из кипящего раствора №С1 в технической воде, выявлены следующие

особенности. Установлено, что при напряжении источника питания и < 1600В распространяется ОТС как на поверхности медной пластины, так и поверхности электролита, это объясняется тем, что в ВЧЕР происходит смена полярности электродов. На границе погружения медного электрода в электролит наблюдаются пятна синего, фиолетового и белого цвета. Обнаружено, что при и > 1600В происходит турбулентное перемешивание плазмы и электролита. В связи с этим вокруг медной пластины формируются неоднородные струи электролита капельного и расщепленного характера.

Литература

1. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. Изд. 2-е.-М.:-Л.: Гостехиздат, 1950. - 836 с.

2. Энгель А. Ионизированные газы.

-М.:Физматгиз, 1959. -332с.

3. Грановский В.Л. Электрический ток в газе /Установившийся ток/. -М.: Наука, 1971. -544с.

4. Смирнов Б.М. Физика слабоинонизированного газа. -М.: Наука,1972.

5. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. -М.: Наука, 1980. -416с.

6. Велихов Е.П. Импульсные СО2 - лазеры и их применение для разделения изотопов / Е.П. Велихов, В.Ю. Баранов, Е.А. Рябов, В.С. Летохов, А.Н Старостин // М.: Наука, 1983. -304с.

7. Баранов В.Ю. Тлеющий разряд в газах повышенного давления. -В кн.: Итоги науки и техники / В.Ю. Баранов, А.П. Напартович, А.И. Старостин // Физика плазмы. -М.: ВИНИТИ. Т.5. 1984. -с. 90-171.

8. Велихов Е.П. Физические явления в газоразрядной плазме / Е.П. Велихов, А.С. Ковалев, А.Т. Рахимов -М.: Наука, 1987. -с.160.

9. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. -М.: Наука, 1980. -с. 310.

10. Фортов В.Е. Плазменные технологии / В.Е. Фортов,

Э.Е. Сон, Ф.М. Гайсин, К.Э. Сон, Б. Лесли, О.Дж. Хи, Их И Енг. Янг.изд-во МФТИ г. Долгопрудный.2006. 134с.

11. Гайсин Ф.М. Возникновение и развитие объемного разряда между твердыми и жидкими электродами / Ф.М. Гайсин, Э.Е. Сон // Химия плазмы. Под ред. Смирнова Б.М.-М.: 1990. Т.16. с.120-156.

12. Гайсин Ф.М., Сон Э.Е. Электрофизические процессы в разрядах с твердыми и жидкими электродами / Гайсин Ф.М., Сон Э.Е. // Свердловск. Изд-во Уральского университета. 1989. -с. 432.

13. Гайсин Ф. М. Объемный разряд в парогазовой среде между твердыми и жидкими электродами / Ф.М. Гайсин, Э.Е.Сон, Ю.И. Шакиров // М.:Изд-во ВЗПИ, 1990. -с.90.

14. Жуков М.Ф. Исследование поверхностных разрядов в электролите / М.Ф. Жуков, Ж.Ж. Замбалеев, Г.Н. Дандарон //Изв. СО АН СССР. Сер.техн.наук. 1984. №1. с.100-104.

© Ал. Ф. Гайсин - к.т.н., доц. каф. технической физики КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ; И. Ш. Абдуллин - д.т.н., проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdu11in_i@kstu.ru;

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.