Исследование кинетических и теплофизических параметров неравновесной плазмы в задачах синтеза функциональных наноматериалов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-22-20099

НазваниеИсследование кинетических и теплофизических параметров неравновесной плазмы в задачах синтеза функциональных наноматериалов

Руководитель Сайфутдинов Алмаз Ильгизович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-502 - Физика низкотемпературной плазмы

Ключевые слова Неравновесная газоразрядная плазма, аномальный тлеющий разряд, дуговой разряд, испарение материала электродов, плазмохимический синтез, наноструктуры

Код ГРНТИ29.27.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен решение двух фундаментальных проблем: самосогласованное описание газовых разрядов постоянного тока при средних и высоких давлениях и на их инновационных применений в задачах синтеза функциональных наноматериалов из химических элементов четвертой группы периодической таблицы, а именно, углерода, кремния и германия, их композитов, а также смесей газов, в состав которых входят эти элементы, в неравновесной плазме тлеющего и дугового разряда при высоком (атмосферном) давлении. В проекте предлагается детально исследовать и систематизировать условия формирования наноструктур из химических элементов четвертой группы таблицы Менделеева, а именно, углерода, кремния, германия и их смесей, в зависимости от температурного поля, напряженности электрического поля, давления буферного газа, материала подложки, наличия катализатора. Для этого предполагается: 1) Провести полномасштабные исследования, включающие электрофизические, оптические, теплофизические и при некоторых условиях зондовые измерения, условий формирования наноструктур в неравновесных разрядах постоянного тока: в слаботочном дуговом разряде с гибридными (композитными) электродами и в аномальном тлеющем разряде при средних и высоких давлениях в покоящемся газе и слабом потоке газа. Изучить и систематизировать условия и внешние факторы, влияющие на тип получаемых наноструктур, таких как буферный газ, давление газа, материал подложки, а так же внутренних факторов, таких как вкладываемая мощность (разрядные токи), распределение напряженности электрического поля и температурных полей в различных частях плазмохимического реактора, в том числе в непосредственной зоне разряда, на его периферии и в электродах. 2) Провести детальные исследования полученных в результате синтеза функциональных наноструктур. 3) Сформулировать физико-математические модели рассматриваемых в проекте разрядов постоянного тока с учетом широкого набора плазмохимических и химических реакций, происходящих в плазме газового разряда, учетом самосопряженного нагрева электродов и их обратного влияния на характеристики разряда (в том числе и абляции) и на их основе провести численные эксперименты, которые позволят спрогнозировать и описать их основные характеристики разрядов в широком диапазоне входных условий. 4) разработать базу данных по условиям синтеза наноструктур в условиях неравновесной плазмы, генерируемой разрядами постоянного тока в различных режимах в широком диапазоне вкладываемой мощности и давления буферного газа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сайфутдинов А. И., Германов Н. П., Сайфутдинова А. А., Сорокина А. Р. Исследование конверсии малых примесей этанола в аргоне в тлеющем разряде при атмосферном давлении Химия Высоких энергий (High Energy Chemistry) (год публикации - 2023)

2. Сайфутдинов А. И., Сорокина А. Р., Болдышева В. К., Латыпов Э. Р., Сайфутдинова А. А. Evaporation of Carbon Atoms and Molecules in Helium by Low-Current Arc Discharge with Graphite Electrodes High Energy Chemistry (Химия Высоких энергий ), High Energy Chemistry, 2022, Vol. 56, No. 6, pp. 477–486 (год публикации - 2022)

3. Сайфутдинов А.И., Тимеркаев Б.А. Modeling and Comparative Analysis of Atmospheric Pressure Anodic Carbon Arc Discharge in Argon and Helium–Producing Carbon Nanostructures Nanomaterials, 13(13), 1966; (год публикации - 2023)
10.3390/nano13131966

4. Сайфутдинов А.И., Сорокина А.Р., Сайфутдинова А.А., Абдуллин А.А., Тимеркаев Б.А. Numerical Study of a Plasma-Chemical Reactor Based on an Arc Discharge during the Synthesis of Germanium Nanocrystals High Energy Chemistry, Vol. 57, PP. S182–S187 (год публикации - 2023)

5. Сайфутдинов А.И., Сайфутдинова А.А., Сорокина А.Р., Германов Н.П. Comparative Analysis of Different Sets of Elementary Processes in Modeling DC Discharge in Argon at Atmospheric Pressure High Energy Chemistry, Vol. 57, No. S1, PP. S178-S181 (год публикации - 2023)
10.1134/S001814392307038X

6. Сайфутдинов А.И., Сысоев С.С., Гущин Д.Д. Development of a Probe System for Measuring Plasma Parameters under Conditions of Plasma Polymerization and Synthesis of Nanostructures High Energy Chemistry, Vol. 57, No. S1, PP. S172-S177 (год публикации - 2023)
10.1134/S0018143923070378

7. Сайфутдинов А. И., Германов Н. П., Сорокина А. Р., Сайфутдинова А. А. Numerical Analysis of the Influence of Evaporation of the High- and Low-Melting-Point Anode Materials on Parameters of a Microarc Discharge Plasma Physics Reports, Vol. 49, No. 10, pp. 1180–1191. (год публикации - 2023)
10.1134/S1063780X23601104

8. Сайфутдинов А.И., Сорокина А.Р., Сайфутдинова А.А. Исследование влияния испарения материала тугоплавких и нетугоплавких электродов на параметры слаботочного дугового разряда. СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ "L МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗВЕНИГОРОДСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ФИЗИКЕ ПЛАЗМЫ И УПРАВЛЯЕМОМУ ТЕРМОЯДЕРНОМУ СИНТЕЗУ ICPAF-2023 ", СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ "L МЕЖДУНАРОДНАЯ ЗВЕНИГОРОДСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ФИЗИКЕ ПЛАЗМЫ И УПРАВЛЯЕМОМУ ТЕРМОЯДЕРНОМУ СИНТЕЗУ ICPAF-2023 ", с. 190 (год публикации - 2023)

9. Сайфутдинов А.И., Германов Н.П., Сорокина А.Р., Сайфутдинова А.А. Моделирование дуговых разрядов атмосферного давления в инертных газах с тугоплавкими и нетугоплавкими электродами Сборник тезисов Всероссийской (с международным участием) конференции "ФИЗИКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ (ФНТП-2023)", Моделирование дуговых разрядов атмосферного давления в инертных газах с тугоплавкими и нетугоплавкими электродами // Сборник тезисов Всероссийской (с международным участием) конференции "ФИЗИКА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ (ФНТП-2023)" с. 62-63 (год публикации - 2023)

10. А.И. Сайфутдинов, А.А. Сайфутдинова Investigation of arc discharge with refractory and non-refractory electrodes Book of Abstracts "19th International Workshop Complex Systems of Charged Particles and Their Interactions with Electromagnetic Radiation", - 2023, - Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, - Moscow, Russia, -, p. 29, A.I. Saifutdinov, A.A. Saifutdinova Book of Abstracts "19th International Workshop Complex Systems of Charged Particles and Their Interactions with Electromagnetic Radiation", - 2023, - Moskow, p. 29 (год публикации - 2023)

11. А. Сайфутдинова, А. Сайфутдинов, Б. Тимеркаев Investigation of Arc Discharges During the Synthesis of Nanostructures Book of abstracts "The 16th International Conference "Gas Discharge Plasma and Their Applications", - 2023, Book of abstracts "The 16th International Conference "Gas Discharge Plasma and Their Applications", - 2023, - p.57 (год публикации - 2023)

12. Сайфутдинов А.И. Numerical study of various scenarios for the formation of atmospheric pressure DC discharge characteristics in argon: from glow to arc discharge Plasma Sources Science and Technology, 31, 094008, P .1-19 (год публикации - 2022)
10.1088/1361-6595/ac89a7

Публикации