Спосіб керування ефектом самоорганізації фрактальних наноструктур при електроімпульсній абляції електропровідних матеріалів “нанотехнологія фракталів”

Спосіб керування ефектом самоорганізації фрактальних наноструктур при електроімпульсній абляції електропровідних матеріалів, який заснований на руйнуванні поверхні електропровідних матеріалів шляхом швидкого випаровування речо 3 38109 вання в камеру з діелектричною рідиною електродів і здійснення між ними імпульсного електричного розряду з утворенням дуги. При цьому вимірюють відстань між електродами і підтримують його постійним, здійснюють проточний рух діелектричної рідини через камеру, вимірюють температуру діелектричної рідини на вході і виході з камери і підтримують в заданих межах значення температури як на вході, так і на виході з камери, змінюючи витрату діелектричної рідини, що проходить через камеру, і забезпечують різницю температур діелектричної рідини на виході з камери і на вході в камеру не більш 7°С [Патент России №2272697. Способ производства наночастиц. МПК B22F9/14 (2006.01). Опубл. 2006.03.27]. Недоліком способу є складність керування ефектом самоорганізації наноструктур, що призводить до низької продуктивності способу. Відомий спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при отриманні вуглецевих нанокластерів, заснований на переробці вихідного вуглецевмісного матеріалу в дузі розряду постійного струму між позитивним і негативним електродами, в якому використовують потік плазми, сформований плазмотроном [Патент России на полезную модель №53281. Установка для получения углеродных нанокластеров. МПК С01В31/00 (2006.01). Опубл. 2006.05.10]. Недоліком способу є складність керування потоком плазми, що призводить до низької продуктивності способу. Відомий спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при отриманні вуглецевих, металевих і металовуглецевих нанокластерів, що включає приготування реакційної суміші і таку дію на реакційну суміш ультрафіолетовим випромінюванням (УФ), що молекули реакційної суміші розпадаються з утворенням вуглецевої і металевої пари, яка потім конденсується в наночастинки, при цьому в якості вихідної речовини для приготування реакційної суміші використовують летку вуглецевмісну сполуку - недокис вуглецю С 3О2 і металовмісну сполуку Fe(CO)5 або Мо(СО)6 і газ-розчинник, а на реакційну суміш впливають УФвипромінюванням з довжиною хвилі менше 207нм. При цьому в якості газо-розчинника можуть бути використані інертні гази, а на реакційну суміш УФвипромінюванням впливають в безперервному або в імпульсному режимі [Патент России №2305065. Способ получения углеродных, металических и металлоуглеродных наночастиц. МПК В82В3/00 (2006.01). Опубл. 2007.08.27]. Недоліком способу є складність способу і низька продуктивність. Відомий спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при отриманні нанокластерів лазерною абляцією поверхні матеріалу, що включає подачу матеріалу мішені і матеріалу серцевини, абляцію вищезазначеного матеріалу мішені з утворенням матеріалу частинок мішені, що виносяться; нанесення покриття на матеріал серцевини з вищезазначеного матеріалу частинок мішені, що виносяться. При цьому спосіб здійснюється при тиску приблизно 10 Торр або вище, а вказана абляція досягається використанням лазера, виб 4 раного з іонних лазерів, напівпровідникових лазерів і імпульсних ексимерних лазерів [Заявка России №2001135712. Способ нанесения покрытий на частицы и частицы, полученые этим способом. МПК А61К9/50. Опубл. 2003.09.27]. Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що генерація нанокластерів здійснюється в кожен момент часу тільки в одній області простору, в яку направлений лазерний промінь. Відомий спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при отриманні нанокластерів електропровідних матеріалів, що включає диспергування матеріалу шляхом дії на вістрійний катод з провідного матеріалу з радіусом кривизни вістря не більше 10мкм електричним полем з напруженістю поля на вершині вістря не менше 107В/см, подачу отриманих рідких крапель цього матеріалу в плазму електричного розряду з тривалістю імпульсу не менше 10мкс, що створюється в інертному газі при тиску 10-3-10-1 Па між електродами при різниці потенціалів не меншого 2кВ, і одночасній дії магнітним полем напруженістю не менше 600Гс, нормальним до згаданого електричного поля, що створює згадану плазму, охолоджування в інертному газі рідких наночастинок, що утворилися в згаданій плазмі, до твердіння і нанесення отриманих твердих наночастинок на носій [Патент России №2265076. способ получения наночастиц. МПК7 С23С4/00, МПК B01J2/02, МПК B22F9/00. Опубл. 2005.11.27]. Недоліком способу є низька продуктивність, оскільки генерація нанокластерів здійснюється тільки в одному розрядному проміжку. Це обмежує можливість застосування способу в промислових масштабах. Відомий спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при отриманні нанокластерів лазерною абляцією поверхні матеріалу шляхом швидкого випаровування речовини, утворення плазми, такої дії на речовину, що аблює, плазмою, що речовина розпадається і іонізується, а потім конденсується в наночастинки з перенасиченої пари при швидкому охолоджуванні за рахунок ефекту самоорганізації [Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - с.114-115]. Недоліком способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що генерація наноструктур здійснюється в кожен момент часу тільки в одній області простору, в яку направлений лазерний промінь. Крім того, недоліком відомого способу є наявність вакууму і неможливість здійснення способу в рідкому середовищі, а також те, що отримані нанокластери мають великий розкид розмірів. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб керування ефектом самоорганізації наноструктур при ерозійно-вибуховому диспергуванні металів шляхом електроімпульсної абляції електропровідних матеріалів, заснований на руйнуванні поверхні електропровідних матеріалів шляхом швидкого випаровування речовини з поверхні під дією імпульсів електричного струму, утворенні плазми шляхом електричних розрядів в проміжках між гранулами електропровідних матеріалів, дії на 5 38109 речовину, що аблює, плазмою для її розпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари в наночастинки при швидкому охолоджуванні [Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійновибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл. №7]. Недоліком відомого способу є низька його ефективність, обумовлена тим, що в ньому немає можливості отримувати фрактальні нанокластери заданої структури унаслідок некерування часом існування плазми. У основу корисної моделі поставлена задача отримання нанокластерів з однотипною структурою. Запропонований, як і відомий спосіб керування ефектом самоорганізації фрактальних наноструктур при електроімпульсній абляції електропровідних матеріалів, який заснований на руйнуванні поверхні електропровідних матеріалів шляхом швидкого випаровування речовини з поверхні під дією імпульсів електричного струму, утворенні плазми шляхом електричних розрядів в проміжках між гранулами електропровідних матеріалів, дії на речовину, що аблює, плазмою для її розпаду і іонізації, конденсації перенасиченої пари в наночастинки при швидкому охолоджуванні і, відповідно до цієї пропозиції, керують часом існування плазми шляхом зміни енергії імпульсів електричного струму за рахунок зміни тривалості імпульсів при збереженні фіксованої амплітуди імпульсів і стабілізують тривалість імпульсів електричного струму для отримання фіксованих фрактальних наноструктур. У запропонованому способі керування часом існування плазми шляхом зміни енергії імпульсів електричного струму. Це дозволяє створювати однакові умови для саморганізації фрактальних наноструктур. У запропонованому способі керування часом існування плазми за рахунок зміни тривалості імпульсів при збереженні фіксованої амплітуди імпульсів. Це дозволяє регулювати час, в перебігу якого здійснюється саморганізація фрактальних наноструктур. У запропонованому способі стабілізують тривалість імпульсів електричного струму для отримання фіксованих фрактальних наноструктур. Спосіб керування ефектом самоорганізації фрактальних наноструктур при електроімпульсній абляції електропровідних матеріалів здійснюють Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 6 таким чином. Спосіб здійснюють в реакторі, заповненому діелектричною рідиною, наприклад, водою, в якому розміщують гранули електропровідних матеріалів [див. патент України на корисну модель №23553. Пристрій для ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F9/14. Опубл. 25.05.2007. Бюл. №7]. При пропусканні через гранули імпульсів електричного струму в розрядних проміжках між електропровідними гранулами виникають іскрові розряди, що призводять до абляції поверхні гранул. При електричному пробої розрядних проміжків в них виникає плазма. За рахунок електроімпульсної абляції здійснюється вибухоподібне диспергування матеріалу. У каналах розряду температура досягає 10 тис. градусів. Ділянки поверхні гранул в локалізованих зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Здійснюється локалізоване руйнування гранул електропровідних матеріалів імпульсами електричного струму. Плазма діє на речовину, що аблює, призводячи до її розпаду і іонізації. Часом існування плазми керують шляхом зміни енергії імпульсів електричного струму за рахунок зміни тривалості імпульсів при збереженні фіксованої амплітуди імпульсів. В результаті є можливість встановлювати фіксований час для самоорганізації нанокластерів. При абляції поверхні електропровідних гранул імпульсами електричного струму на гранулах виникають свіжоутворені поверхні, які володіють властивістю вип ускати потік електронів [див. Открытие №290 от 7 июня 1986г. Конюшая Ю.П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физикотехнические науки. Изд-во МГУ. 1988, с.372-374]. Емісія електронів є результатом високої щільності зарядів свіжоутворених поверхонь. При розділенні поверхонь під час руйнування матеріалу електропровідних гранул здійснюється розділення різнойменних зарядів, що призводить до утворення в областях розривів речовини електричного поля напруженістю до 107В/см. Таке електричне поле вириває електрони з поверхні матеріалу. Це фізичне явище призводять до того, що наночастинки, знаходячись в потоках електронів, набувають поверхневого електричного заряду. Фіксована амплітуда імпульсів електричного струму створює умови для створення фіксованого заряду на поверхні наночастинок. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601