Лазерно-индуцированный рост кластеров в газовой среде
Институт газодинамики и горения, Дуйсбург, Германия, Объединенный Институт Высоких Температур РАН, г.Москва
В работе развит новый метод исследования процессов конденсации сильно пересыщенного пара, образующегося под действием лазерного фотолиза летучих соединений. Детально исследован процесс роста углеродных наночастиц при фотолизе недокиси углерода С3%О%~2~. При поглощении УФ квантов молекулы С3%О%~2~ распадаются, образуя атомарный пар углерода с хорошо известными и легко контролируемыми параметрами. Процесс конденсации и формирования различных наночастиц углерода исследован в широком диапазоне условий экспериментов (концентрация, температура, газ разбавитель и его давление). В качестве источника излучения использовался эксимерный Ar-F лазер. Процесс роста кластеров наблюдался при помощи оптических методов лазерной экстинкции и лазерно-индуцированной инкандесценции (ЛИИ). Образцы полученных наночастиц исследовались при помощи электронного микроскопа. Определены кинетические характеристики роста частиц и их конечные размеры. Характерное время роста наночастиц составляло 20-1000 мкс. Конечный размер наночастиц во всех исследованных режимах находился в диапазоне от 5 до 12 нм. Установлено, что конечный размер наночастиц увеличивается в зависимости от общего давления в смеси, парциального давления углеродного пара и зависит от рода газа-разбавителя. Полученные наночастицы имеют аморфную структуру, состоящую из агломерированных графитизированных слоев. На основе сравнения размеров наночастиц, полученных методом ЛИИ и при помощи электронной микроскопии найдены коэффициенты аккомодации поступательной энергии молекул Ar, He, СО и С3%О%~2~ на углеродных наночастицах. Предложена простая модель для описания конденсации углеродных наночастиц из пересыщенного пара атомов. Согласно этой модели основным процессом формирования наночастиц в результате конденсации пересыщенного пара является поверхностный рост путем присоединения отдельных атомов к кластеру-зародышу. В результате сравнения экспериментальных и расчетных данных определены концентрации зародышей при различных параметрах конденсации.
