ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Источники получения кластеров из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Простейшим источником кластеров может служить ячейка Кнудсена, в которой твердое тело или жидкость нагреваются до давления пара, соответствующего большей длине пробега, чем размер отверстия истечения атомов, молекул или кластеров исследуемого вещества. Размер отверстия должен быть также мал, чтобы не нарушать термодинамического равновесия между газом и конденсированной фазой в ячейке. Продукты истечения из ячейки могут включать мономеры, димеры, тримеры и т.д., причем их интенсивность экспоненциально падает с увеличением размера кластера. [c.18] Однако интенсивность ячейки Кнудсена неудовлетворительна, поэтому используются другие источники, например сверхзвуковое сопло. Схема сверхзвукового сопла изображена на рис. 1.3 [4]. Газ расширяется из зоны высокого давления через малое отверстие с диаметром D = 0,1 -г 1,0 мм в вакуум. Стрелками показано направление движения молекул газа в резервуаре и за его пределами. При обычно применяемом давлении Р = 10 Па (10 бар) средний пробег молекул внутри камеры на много порядков величины меньше D, что вызывает множество столкновений при движении и расширении газа в камере и приводит к состоянию, близкому к равновесию. При истечении газа из сопла температура его резко понижается на расстоянии уже нескольких сантиметров, что ведет к образованию кластеров из отдельных атомов и молекул. В качестве характеристики истечения идеальных газов из сопла и в какой то степени для кластеров кроме давления и температуры используются также числа Маха М = и/с, представляющие собой отношение скорости потока к локальной скорости звука с = (jkT/тпУ , у — ср/с . [c.18] Величины М изменяются от О до 10 и определяют распределение скоростей кластеров. В случае ячейки Кнудсена М = О и распределение максимально широкое, при М оо это распределение вырождается в линию. [c.19] Образование кластеров в сверхзвуковом пучке газовых молекул — сложный процесс и может быть рассмотрено на основе моделей тройных столкновений или термодинамической модели нуклеации из газовой фазы. [c.19] Образование такого димера инициирует процесс конденсации в газовой фазе, если только димер не содержится в исходном газе. Для кластерных пучков с более крупными кластерами происходит кластер-кластерная агрегация. При моделирования таких процессов, казалось бы, применимы методы молекулярной динамики или Монте-Карло, однако их временной масштаб составляет несколько наносекунд, что значительно короче времени между моментом вылета молекул газа из сопла и временем конденсации или фиксации кластеров на поверхности. [c.19] В результате кластеры с размерами менее г/. испаряются, а больше — начинают расти. Подобный процесс характерен для атомной конденсации и обеспечивает экспоненциальное уменьшение числа образованных кластеров с их размерами, при этом кластер-кластерные столкновения и кластерная конденсация редки. Такое уменьшение интенсивности показано на рис. 1.4 для образования кластеров СО2 при малом давлении газа в камере сопла. Увеличение давления газа в камере приводит к появлению большого числа более крупных кластеров за счет кластер-кластерных столкновений. [c.21] Образованный димер может статистически разрушится или дорасти до размера, определяемого критическим радиусом г и соответствующего (1.3). Для ббльших размеров наблюдается пересыщение и образование кластеров идет очень быстро. На рис. 1.5 представлен источник углеродных кластеров, в котором впервые бьши получены в весомых количествах фуллерены. Кластеры получаются с помощью дугового разряда между двумя угольными электродами в атмосфере гелия. На специальном приемнике собирается сажа, которая затем растворяется в органических растворителях с последующим вьщелением фуллеренов. [c.21] Третьим типом кластерных источников можно считать источники с применением методов эрозии поверхности это облучение тяжелыми ионами или интенсивная лазерная обработка и так называемая лазерная абляция, когда под действием лазера обычной мощности удаляются поверхностные слои твердого тела. [c.22] Простейшие схемы кластерных источников с лазерной абляцией изображены на рис. 1.7. [c.22] Здесь совмещаются импульсный источник с клапаном подачи газа, включающий сверхзвуковое сопло, и материал, подвергаемый лазерной абляции. В результате получаются кластеры, состоящие, например, из металла (Си) или соединений исходного газа и металла (СиАг ). [c.22] Вернуться к основной статье