8. Катодное распыление

Сущность. Разрушение катода в газовом разряде бомбарди­ровкой положительными ионами приводит к образованию пото­ка частиц материала катода. Этот поток частиц движется к аноду. Стационарный тлеющий разряд зажигается в промежутке 2-4 см между катодом и анодом в инертном газе при давлении 10-0,1 Па и разности потенциалов 0,5-5,0 кВ. На аноде размещают под­ложки для осаждения испаренных с катода атомов металла.

Размер наноструктур. Метод позволяет получать метал­лические частицы размером свыше 20 нм и фрактальные агрега­ты из них.

Регулирование осуществляется путем изменения темпера­туры, плотности тока, давления газа, качества поверхностей.

Модификации. Широкое распространение получил магнетронный режим катодного распыления благодаря существенно­му относительному повышению скорости осаждения и возмож­ности получения качественных нанострукгурных покрытий.

Достоинства. Коэффициент конденсации близок к едини­це, т.е. практически все атомы попадают на мишень. Кроме того, этот метод характеризуется достаточной гибкостью, легкостью управления и возможностью без нагревания получать наночастицы тугоплавких металлов.

Недостатки. Сложное оборудование и низкая производи­тельность.

Применение. Установки магнетронного типа широко исполь­зуются для нанесения на стекло различных функциональных наноразмерных покрытий: тепло- и солнцезащитных, упрочня­ющих, проводящих, грязеотталкивающих, фотокаталитических, электрохромных и других. Линии магнетронного напыления по­крытий на стекло действуют в Саратове и Подмосковье.

9. Низкотемпературная плазма

Сущность. Плазменные установки конструкционно вклю­чают в себя генератор плазмы, реактор и устройство для закалки продуктов реакции. Наиболее простым в аппаратурном отноше­нии способом получения наночастиц является электрическая дуга в инертной или с примесью водорода атмосфере. Парообра­зующий материал может не только вводится в плазму извне, но и служить в качестве катода (металл, биметаллический сплав, смесь с графитом). Температура струи пара в столбе электри­ческой дуги достигает 7000 К. За границей столба температура резко падает с градиентом порядка 10⁴ К/мм, что приводит к высоким степеням пересыщения и последующей конденсации наночастиц. Резкое падение температуры на периферии столба одновременно приводит к закалке образующихся наночастиц.

Размер наноструктур. При синтезе образуются сфериче­ские частицы со средним диаметром 5-100 нм, часто с кристал­лическим ядром и аморфным поверхностным слоем.

Регулирование осуществляется путем изменения скорости и давления плазмообразующего газа, температуры плазмы, ин­тенсивности охлаждения, геометрии камеры и электродов, дли­тельности процесса.

Модификации. Для синтеза используют электродуговые плазмотроны, тлеющего и барьерного разрядов, высокочастот­ные и сверхвысокочастотные плазмотроны. Два последних типа характеризуются высокой степенью чистоты как самой плазмы, так и наночастиц.

Закалку продуктов превращения производят различными способами: в трубчатых теплообменниках, посредством затапливания потока смеси струями холодных газов (или жидкости), в охлаждаемых соплах Лаваля.

Достоинства. Возможность к миниатюризации, легкость в управлении и оптимизации.

Недостатки. Периодичность и малый ресурс работы, свя­занный с расходованием материала катода (только для электро­дных плазмотронов).

Применение. В электрической дуге получают в достаточно больших масштабах порошок углеродных нанотрубок, для выде­ления которых используют окисление, обработку в кислотах и ультразвуковую обработку.