Современные разработки в области синтеза наноматериалов в режиме горения
Ключевые слова:
PAH, fullerenes, hydrocarbon flames, carbon nanotubes, nickel oxide nanoparticlesАннотация
Предложена схема конверсии топлива с образованием фуллеренов и сажи с учетом давления в богатых углеводородных пламенах. Показано, что для образования фуллеренов важным является соответствующая пространственная ориентация ПЦАУ, возможная при низких давлениях.
Исследовано влияние электрического разряда на эффективность выхода фуллеренов в предварительно перемешанном бензол/кислород/аргонного пламени. Установлено, что электроны, эмитируемые с игольчатого электрода, распространяются в объеме конуса, и в меньшей степени оказывают влияние на внешние края пламени, а электроны, эмитировавшие с кольцевого электрода обрабатывают не только внутреннюю область, но и края пламени, что создает условия для роста фуллеренов. Изучено образование гидрофобной сажи в диффузионном пропан - кислородном пламени на кремниевой и никелевой подложках при атмосферном давлении и определены условия образования супергидрофобной сажи на никелевой подложке в результате воздействия электрического поля. Установлено, что наложение электрического поля, независимо от материала подложки, сужает область осаждения сажи на подложке и в диаметре 2,5 – 3 см от центра образуется супергидрофобная сажевая поверхность с углом смачивания свыше 1700. Синтез углеродных нанотрубок осуществлен на микроволновом плазмохимическом реакторе. Полученные нанотрубки исследованы на электронном микроскопе и СЭМ - изображения пленок углеродных нанотрубок показывает, что нанотрубки произвольно распределены на подложке и дезориентированы. Было установлено, что скорость роста зависит от количества подавляемого метана. Изучены фотоэлектрических свойства солнечных элементов покрытых наночастицами оксида никеля синтезированных в противоточном пламени пропана. Наночастицы оксидов никеля способствуют эффективному поглощению световой энергии. Нанесение на поверхность кремниевого солнечного элемента наночастиц оксида никеля, привело к повышению выходного напряжения холостого хода до 4-7 %, тока короткого замыкания до 20-28 %, что в совокупности привело к повышению КПД солнечных элементов на 2-3 % .
Библиографические ссылки
2 Мержанов А.Г. Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганиче-ских материалов // Успехи химии. – 2003. – Т.72, №4. – С. 323-345.
3 Drexler K.E. Nanosystems: molecular machinery, manufacturing and computation / New York: John Wiley & Sons, Inc., 1992.
4 Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. Мировые достижения / Под ред. П.П. Мальцева. – М.: Техносфера, 2008.
5 Smith W.F., Hashemi J.. Foundations of materials science and engineering / 5th Edition McGraw-Hill, 2010.
6 Oberlin A., Endo M., Koyama T. Filamentous growth of carbon through benzene decomposition // Cryst. Growth. – 1976. – Vol. 32, № 3. – P. 335-349.
7 Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. – 1991. – Vol. 354. – P. 56-58.
8 Endo M., Strano M.S. and Ajayan P.M. Potential applications of carbon nanotubes / Jorio, Ado; Dresselhaus, Gene; Dresselhaus, Mildred S. (Eds.) Carbon nanotubes // Topics in Applied Physics. – 2008. – Vol. 111. – P. 13-61.
9 Mansurov Z.A. Some applications of nanocarbon materials for novel devices / R. Gross et al (eds.), Nonoscale-Devices – Fundamentals, Springer, 2006. – P. 355-368.
10 Kroto H.W., Health J.R., O`Brien S.C., Curl R.F., and Smalley R.F. C60: Buckminsterfullerene // Nature. – 1985. – Vol. 318, №. 6042. – P. 162-164.
11 Howard J.B. Fullerenes formation in flames // Symposium (International) on Combustion. – 1992. – Vol. 24, № 1. – P. 933-946.
12 Фуллерены: Учебное пособие / Л.Н.Сидоров, М.А.Юровская и др. – М.: Издательство «Экзамен», 2005. – 688 с.
13 Jäger C., Huisken F., Lamas Jansa I., Henning Th. Formation of polycyclic aromatic hydrocar-bons and carbonaceous solids in gas-phase condensation experiments // The Astrophysical journal. – 2009. – № 696. – Р. 706-712.
14 Ahrens J., Bachmann M., Baum Th., Griesheimer J., Kovacs R., Weilmünster P., Homann K.-H. Fullerenes and their ions in hydrocarbon flames // Intern. J. of Mass Spectrometry and Ion Processes. –1994. –Vol. 138. – P. 133-148.
15 Grieco W.J., Lafleur A.L., Swallow K.C., et al. Fullerenes and PAH in low-pressure premixed benzene/oxygen flames // Symposium (International) on Combustion. – 1998. – Vol. 27, № 2. – P. 1669-1675.
16 Mansurov Z.A., Prikhodko N.G., Mashan T.T., Lesbaev B.T. The study of influence of electric field on soot formation at low pressure // Химическая физика. – 2006. – Т. 25, № 10. – С. 18-22.
17 Мансуров З.А. Образование сажи полициклических ароматических углеводородов, фуллеренов и углеродных нанотрубок при горении углеводорода // Инженерно-физический журнал. – 2011. – Т. 84, № 1. – С. 116 – 149.
18 Bachman M., Wiese W., Homann K.-H. Thermal and chemical influences on the soot mass growth // Symposium (International) on Combustion. – 1994. – V. 25, № 1. – P. 635-643.
19 Приходько Н.Г. Особенности образования фуллеренов и нанотрубок при горении угле-водородов в электрическом поле: Дис. … д-ра хим. Наук / КазНУ им. аль-Фараби. – Алматы, 2010.
20 Нажипкызы М., Мансуров З.А., Пури И.К., Шабанова Т.А., Цыганова И.А. Получение супергидрофобной углеродной поверхности при горении пропана // Нефть и газ. – 2010. – №5 (59) . – С. 27-33.
21 Levesque A., Binh V.T., Semet V., Guillot D., Filit R.Y., Brookes M.D. et al. Mono disperse carbon nanopearls an a foam-like arrangement: a new carbon nano-compound for cold cathodes // Thin Solid Folms. – 2004. – Vol. 308-14. – P.464-465.
22 El-Shazly M. Duraia, Mansurov Z.A. and Tokmoldin S.Zh. Preparation of carbon nanotubes with different morphology by microwave plasma enhanced chemical vapour deposition // Phys. Status Solidi C 7. – 2010. - №. 3–4. – P.1222– 1226. / DOI 10.1002/pssc.200982962
23 Mansurov Z.A. Auyelkhankyzy M., Lesbayev B.T., Chenchik D.I., Dikhanbayev K.K., Prikhodko N.G., Taurbayev T.I., Saveliev A.V. Increase of the power of solar elements based on nano-particles of nickel oxides synthesized in flame // Advanced Materialials Research. - 2012. - Vol. 486. – Р.140-144.
24 Nakayama K, Tanabe K, Atwater HA. Plasmonic nanoparticle enhanced light absorption in GaAs solar cells // Appl Phys Lett. – 2008. – Vol.93. – P.121904.
25 Mokkapati S, Beck FJ, Polman A, Catchpole KR. Designing periodic arrays of metal nanopar-ticles for light-trapping applications in solar cells // Appl Phys Lett. – 2009. - Vol.95. - P.053115.
26 Kuznetsov I.A., Greenfield M.J., Mehta Y.U., Merchan-Merchan W., Salkar G., Saveliev A.V., Increasing the solar cell power output by coating with transition metal-oxide nanorods // Applied Energy. - 2011. – Vol. 88. – P.4218–4221.
