Сравнительный анализ изменения количества и динамика разлёта частиц в смесях порошков металлов и диэлектриков с допирующими добавками окисей церия и европия Текст научной статьи по специальности «Физика»

А . ¡SXSSSSSS 24-26 октября 2023 г.

Яя A -ПРОХОРОвСКМЕ НЕДЕЛИ-

Сравнительный анализ изменения количества и динамика разлёта частиц в смесях порошков

металлов и диэлектриков с допирующими добавками окисей церия и европия

Соколов А.С.1, Козак А.К.1, Поздняков Д.О.2

1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва 2- МИРЭА - Российский технологический университет, Москва

Е-mail: dmc63@yandex. ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-137-139

Материалы, легированные редкоземельными металлами, являются ключевыми элементами современных устройств генерации, передачи и управления оптическими сигналами. Например, получение керамических микрочастиц, допированных церием, является важной задачей для производства солнечных панелей, а ионы европия используются для создания твердотельных и менее распространённых жидкостных лазеров.

В ИОФ РАН разработан метод синтеза микро- и наночастиц, который позволяет синтезировать оксидные, нитридные и оксинитридные материалы в микродисперсном состоянии с заданным химическим составом путём инициации микроволнового разряда в смесях порошков металлов и диэлектриков с помощью излучения мощного импульсного гиротрона [1, 2]. Микроволновой пробой приводит к разлёту частиц смеси в газово-плазменном слое в объёме плазмохимического реактора и развитию в нем цепных плазмохимических реакций. Взвешенные в объёме реактора частицы в таких реакциях становятся центрами кристаллизации продуктов синтеза [3].

Синтез керамик, допированных церием, в плазмохимическом реакторе с использованием мощного импульсного гиротрона (частота 75 ГГц, мощность до 0,8 МВт, длительность импульса СВЧ до 20 мс), воздействующего на порошковые смеси алюминия, окиси алюминия и меламина (А1/АЬОз/меламин) с добавлением различного количества окиси церия (CeO2) и окиси европия (EU2O3). Подробное описание экспериментального стенда с плазмохимическим реактором и комплексом диагностик приведено в [4].

_. й;0„мь™"чТны; физика плазмы и плазменные технологии

^ВКА -прохороаскиш неделиНа рис. 1 приведена раскадровка видео для светящихся частиц в смеси порошков: Al/AhOз/меламин (в соотношении 1:1:1), CeO2 (3%), карборан. Облако светящихся частиц наблюдается до 1 с. Свечение частиц обусловлено высокой температурой их поверхности из-за протекающих на них экзотермических реакций. По окончании экзотермических процессов происходит остывание газово-плазменной фракции в реакторе и частицы перестают светиться, а значит, и регистрироваться.

Рис. 1. Облако светящихся частиц смеси порошков Al/AhOз/меламин (в соотношении 1:1:1) и CeO2 (3%), карборан. Мощность СВЧ-импульса гиротрона 200 кВт, длительность импульса СВЧ 4 мс.

На рис. 2 приведена раскадровка для смеси порошков: Al/AhOз/меламин + Eu2Oз (1%) + Карборан + Al. Хорошо видно длительное горение со светящимися частицами, наблюдаемое до 124 мс.

• 1 Ь- V-

£ Г • £ -С к

с С 1 •>• "ъ. т 'А' ь/ [ ьГ -к

Оме | 8 мс 12 мс 36 мс 40 мс 44 мс 116 мс || 120 мс 124 мс

Рис. 2. Горение окиси европия: Al/AhOз/меламин + Eu2Oз (1%) + Карборан + Al. Мощность СВЧ-импульса гиротрона 250 кВт, длительность импульса СВЧ 4 мс.

А . SSSS^IÄS 24-26 октября 2023 г.

Яя А -ПРОХОРОвСКМЕ НЕДЕЛИ-

Для обработки кадров, полученных с помощью высокоскоростных камер, был разработан алгоритм на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом ImageJ [5] с плагином TrackMate.

В докладе представлена динамика изменения числа частиц после СВЧ-пробоя в порошках с различным содержанием окисей церия и европия, показан колебательный характер существования частиц, рассмотрена динамика изменения числа частиц после СВЧ-пробоя в порошках и проведена визуализация треков частиц в ректоре.

Авторы выражают благодарность ведущему научному сотруднику д.ф.-м.н., профессору Скворцовой Н.Н. и всему научному коллективу, принимающему участие в экспериментах по плазмохимическому синтезу.

1. Akhmadullina N.S., Skvortsova N.N., Obraztsova E.A., et al. Chem. Phys. 2019. 516. 63.

2. Skvortsova N.N., Malakhov D.V., Stepakhin V.D., et al. JETP Letters. 2017. 106. 262-267.

3. Козак А.К., Петров А.Е., Поздняков Д.О., Соколов А.С. Инженерная физика. 2023. (6). 3-13.

4. Соколов А.С., Ахмадуллина Н.С., Борзосеков В.Д., и др. Радиофизика. Известия ВУЗов. 2023. 65(11). 927-942.

5. Kachmar V.V., Moshkina K.G., Borzosekov V.D., et al. J. Phys.: Conf. Ser. 2021. 2036. 012030.