2.5 Исследование возможности получения нанопорошка

На данный момент лазер EL-500-100 используется в лаборатории импульсных технологий института электрофизики г, Екатеринбурга. Предварительные эксперименты показали эффективность работы лазера для получения нанопорошка размерами ~5 нм.

Рисунок 17. Схема экспериментальной установки по получению нанопорошка.

1-привод мишени, 2-мишень, 3-испарительная камера, 4-вентилятор, 5-циклон, 6-электрофильтр, 7-механический фильтр, 8-линза, 9-воздух, 10-излучение лазера.

Схема экспериментальной установки по получению нанопорошков показана на рис.18. Излучение лазера 10 с помощью линзы 8, служившей одновременно входным окном камеры 3, фокусировалось на мишень 2. Специальным приводом 1 мишень 2 вращалась и перемещалась линейно в горизонтальной плоскости так, чтобы скорость перемещения лазерного луча по ее поверхности оставалась постоянной и обеспечивалась однородность испарения поверхности мишени. По мере испарения мишень перемещалась в осевом направлении таким образом, что ее поверхность оставалась в плоскости фокального пятна. Воздух 9 прокачивался вентилятором 4 через герметичную испарительную камеру 3 и переносил порошок в циклон 5 и электрофильтр 6, где порошок улавливался. Дополнительно очищенный механическим фильтром 7 воздух возвращался вентилятором в испарительную камеру.

Рисунок 18. Фотография мишени и схема эксперимента

Рисунок 19. Фотография частиц нанопорошка

Зависимость выхода порошка от площади фокусного пятна.

Мишень: Al- металлический, диаметром - 60 мм. Установлена в штатный механизм перемещения.

Рисунок 20. Схема эксперимента

Частота лазера - 100 Гц. Рабочее напряжение 18 кВ.

Наработка порошка велась в течение одного часа.

Энергия импульса на выходе лазера, в течении экспериментов, уменьшалась от 150 мДж для первого эксперимента до 116 мДж для последнего.

В каждом последующем эксперименте мишень приближалась к линзе на 4 мм.

Площадь пятна взята расчетная. Исходные данные: размер пятна излучения 26 х 8 мм, фокусное расстояние линзы - 150мм.

Результаты экспериментов в таблице 3:

Таблица 3

Расстояние от фокуса, мм	Площадь пятна, мм	Масса порошка, г	Удельная поверхность, м2/г	Энергия импульса1, мДж
f0	?	0,097	111	94
f - 4	0,15	0,050	116	91
f - 8	0,59	0,057	127	89
f - 12	1,33	0,058	109	88
f - 16	2,37	0,031	128	87
f - 20	3,70	0,025	156	83
f - 24	5,32	0,015	118	79
f - 28	7,24	0,002	46	73

[0] - f- мишень находится в фокусе, 150мм. (f- 4) - мишень на 4 мм сдвинута от фокуса в сторону линзы.

[1] - Энергия импульса измерялась в конце серии, она скорректирована на размер входного окна камеры (70% от исходной) и поглощение в линзе (7%).

Рисунок 21. Выход порошка в зависимости от площади пятна.

Рисунок 22. Удельная поверхность в зависимости от площади пятна.

Так как обеспечить постоянство энергии импульса при переходе от одного эксперимента к другому не удалось (энергия уменьшалась), то на Рис.21, накладывается еще зависимость от энергии импульса. Лучше всего пересчитать его на зависимость от удельной энергии, Дж/см².

Рисунок 23. Выход порошка в зависимости от удельной энергии.

Таблица 4

P, Дж/см2	m, г
60	0,050
15	0,057
6,6	0,058
3,7	0,031
2,2	0,025
1,5	0,015
1,0	0,002

Из графика видно, что есть пороговое значение плотности энергии при достижении которого, выход порошка не увеличивается.

Область 15 - 60 Дж/см²осталась пустой. Получить промежуточные точки трудно, так как необходимо сдвигать мишень на 1-2 мм от фокуса, но эти величины будут сравнимы с биениями мишени при её вращении и начальной установкой в держателе.