Разработки лаборатории

1. Синтез и исследование фуллеренов, фуллереновых производных и других наноматериалов

 

Самовыдувающаяся плазменная струя в открытом пространстве и установка для синтеза фуллеренов, разработанная на ее основе.

Разработана методика и изготовлена установка для синтеза фуллеренов, металлоуглеродных кластеров и углеродных нанотрубок в потоке углеродно-гелиевой плазмы при атмосферном давлении. Питание установки осуществляется переменным током кГц диапазона частот, и комбинацией постоянного и переменного токов [1, 2].

Основные технические характеристики установки:

• Мощность установки 12 кВт.
• Производительность фуллеренсодержащего конденсата – 50 г/ч.
• Расход гелия:1 – 4 л/мин.
• Вес установки: 30 кг.
• Электропитание: трехфазная сеть, 380 В.

 

Комплектность установки: 1. Источник питания; 2. Блок согласования; 3. Плазмохимический реактор с автоматической подачей стержней и азотной ловушкой; 4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

Состав углеродного конденсата: 8-10% фуллеренов (состав: 80% С₆₀, 15% С₇₀, 5% высшие фуллерены), металлоуглеродные нанодисперсные (1-100 нм) кластеры 1-2% и углеродные нанотрубки (одностеночные и многостеночные) 30-40% (при введении 3d металлических порошков в качестве катализаторов). В углеродно-гелиевой плазме высокочастотной дуги при введении никеля в процессе синтеза получен углеродный конденсат из которого выделены многостеночные нанотрубки диаметром 4–5 нм, при этом количество углеродных слоев в одной нанотрубке меняется от 12 до 14, отличающиеся малым размером внутренней центральной полости нанотрубок – 3.34 A.

Электронный спектр поглощения хроматографических фракций:

1. Порошок фуллерита (С₆₀, С₇₀, высшие фуллерены);
2. Фуллерен С₆₀, раствор в толуоле;
3. Фуллерен С₇₀, раствор в толуоле;
4. Гидроксилированные фуллерены, раствор в воде;
5. Порошок углеродных нанотрубок

 

В лаборатории найден плазменный способ графитизации различных тугоплавких порошков. Сорбент на основе оксида алюминия, который мы научились покрывать углеродом, позволяет с высокой скоростью выделять С₆₀ с содержанием 98% и С₇₀ с содержанием 87%, после одной ступени разделения.

При синтезе фуллеренов на одном из электродов конденсируется побочный продукт – турбостратный графит (ТГ), в состав которого входят нанотрубы. ТГ является энергонасыщенным материалом. Нами обнаружено, что скорость распространения волны горения при образовании карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в 1,5–2 раза выше скоростей горения при использовании других модификаций графита.

2. Разработка эффективного метода получения водорастворимых фуллеренолов

Разработана новая методика гидроксилирования фуллеренов на основе низкотемпературного выжигания аморфного углерода и воздействия нанодисперсного катализатора. Методика позволяет исключить экстракцию фуллеренов токсичными растворителями и получать фуллеренолы, не имеющие примесей щелочных металлов, что обеспечивает их высокие антиоксидантные свойства.

3. Моделирование образования фуллеренов и их производных в углеродно-гелиевой плазме

На основе экспериментальных результатов разработаны концепции механизма образования фуллеренов и фуллереновых производных. Как экспериментально, так и теоретически показано, что наряду с температурой определяющую роль играет электронная концентрация углеродной плазмы. Также, экспериментально и теоретически показано, что сборка молекул фуллеренов осуществляется через присоединение кластера С₂.

4. Эмиссионный спектральный анализ

Создан действующий макет установки для элементного экспресс анализа вещества в порошке и монолите методом атомно-эмиссионного спектрального анализа. Макет выполнен на основе уникального источника света, защищенного патентом. Установка позволяет определять элементный состав вещества с высокой чувствительностью и точностью в виде порошка и монолита.

Источник света - стабильный плазменный шнур диаметром 2 мм. Малый диаметр позволяет исключить эффект самообращения линий [1]

Области применения: геология, металлургия, экология.
Примеры решаемых задач:

• анализ любых порошковых образцов, например, донных отложений, геологических проб [2].
• анализ металлических отливок, слитков, изделий без предварительной подготовки в экспрессном режиме.

Для анализа порошковых проб используется разработанное нами устройство для их подачи в количествах от нескольких миллиграмм до нескольких грамм.

Основные технические характеристики:

• Питание разряда осуществляется током частотой 66 или 44 кГц; Электропитание :трехфазная сеть , 380 В;
• Эрозия электрода 10-12 г/К; Коэффициент вариации 2%;
• Предел обнаружения 10-4 - 10-8%; Примеры предела обнаружения: для Au -10 -4% для As, Bi, Cd, Ge, Li, P, Fe, Cr, Mn, Be и др. 10-4-10-8%;
• Расход плазмообразующего газа (аргона) составляет 1,5 - 6 л/мин;
• Вес одной пробы анализируемого вещества в порошковом состоянии от 1 мг до нескольких грамм;
• Вес анализируемого монолита ограничений не имеет.

 

5. Методика регистрация быстропротекающих периодических процессов

Сущность разработанной методики заключается в синхронизации фазы и частоты тока разряда с фазой и частотой вращения зеркала скоростной камеры. При этом частота и фаза вращения зеркала берется в качестве опорного сигнала. Использование этой методики позволило впервые зарегистрировать стоячие и движущиеся страты в свободно горящем разряде при атмосферном давлении.

Изменение интенсивности излучения разряда в течение периода тока

6. Методика осаждения композиционных пленок термовакуумным индукционным нагревом

Разработана методика, позволяющая получать пленки методом термического распыления любых тугоплавких веществ.