Исследование процесса образования фуллеренов при испарении графита излучением мощного непрерывного СО2-лазера.
Расширение областей применения фуллеренов и возрастающий спрос на них требуют разработки и внедрения методов их получения, обеспечивающих высокую производительность приготовления при низкой себестоимости. А для этого необходимы детальные исследования процесса образования этих углеродных соединений.
Полупромышленные методы, основной из которых — дуговой разряд между графитовыми электродами с осаждением фуллереносодержащей сажи на катоде (катодный депозит), — позволяют оценить эффективность только по выходному результату. Лазерный же метод может дать информацию о самом механизме процесса.
Помимо фуллеренов большой интерес вызывают углеродные нанотрубы. Их получение традиционными методами воздействия на графит, во-первых, дает очень маленький выход, во-вторых, требует использования катализаторов (порошки кобальта, никеля, железа), что значительно повышает себестоимость продукта.
В результате работ, проведенных с помощью экспериментальной вакуумной камеры (реактора), были получены углеродные нанотрубы при воздействии луча лазера на графит без использования катализаторов. Количество полученных соединений оказалось достаточным для качественного анализа.
Для дальнейших детальных исследований процессов высокоэнергетического взаимодействия излучения СО2 лазера с графитом на основании разработанной конструкции была изготовлена вакуумная камера (реактор), позволяющая проводить прямое фотографирование зоны взаимодействия луча лазера с графитом, зондирование области сажеобразования излучением ИК — и видимого диапазонов длин волн, исследование параметров газового потока, транспортирующего фуллереносодержащую сажу к отборнику продукта, и реализацию гибридной схемы (лазер — дуговой разряд).
Разработанная вакуумная камера при положительных результатах исследований может рассматриваться как макет узла лазерной опытно-технологической установки по производству фуллеренов и углеродных нанотруб.
С целью увеличения скорости сажеобразования в луче лазера была разработана схема сканирования пятна облучения по поверхности графитовой подложки. Реализация этой схемы может обеспечить как уменьшение влияния экранировки излучения частицами сажи, так и увеличение площади обрабатываемой поверхности, а значит, и повышение эффективности процесса за счет увеличения объема испаренного графита.
Достигнутые результаты:
получены небольшие количества углеродных нанотруб без использования дорогостоящих катализаторов;
разработан и изготовлен реактор (вакуумная камера) для детального исследования процесса образования углеродных наноструктур;
разработана система сканирования луча лазера по поверхности графита с целью увеличения продолжительности непрерывного процесса и увеличения площади испаряемого материала.