RU218008U1 - NANOREACTOR FOR PRODUCING 2D SILICON CARBIDE IN A STREAMER DISCHARGE - Google Patents
NANOREACTOR FOR PRODUCING 2D SILICON CARBIDE IN A STREAMER DISCHARGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU218008U1 RU218008U1 RU2022131671U RU2022131671U RU218008U1 RU 218008 U1 RU218008 U1 RU 218008U1 RU 2022131671 U RU2022131671 U RU 2022131671U RU 2022131671 U RU2022131671 U RU 2022131671U RU 218008 U1 RU218008 U1 RU 218008U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- silicon carbide
- electrode
- generator
- streamer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель предназначена для получения порошка хлопьев карбида кремния экспресс методом расслоения кристалла при электромеханическом пробое поверхности. Реактор представляет собой генератор газопылевой плазмы, объединенный в одном корпусе с электростатическими ловушками для сбора образовавшихся пылинок - хлопьев. Такое объединение позволяет заменить одним рабочим узлом несколько, что обеспечивает компактность всей установки. В качестве генератора газопылевой плазмы используется разработанный нами плоскопараллельный генератор стримерных разрядов, рабочая зона которого образована пластинами карбидокремниевых кристаллов, расслоение которых приводит к образованию аэрозоля заряженных частиц. Турбулентные потоки воздуха, образующиеся от стримерных разрядов, уносят образовавшийся аэрозоль из активной зоны генератора стримеров в зону электростатической ловушки, роль которой выполняют стенки фторопластового контейнера или съемные фторопластовые вкладыши. Нахождение рабочей зоны стримерного генератора и заряженного аэрозоля внутри закрытой емкости позволяет работать с портативным нанореактором в обычных условиях без специальных мер защиты от аэрозоля, требуется только экранирование установки. Результатом работы установки является порошок отдельно стоящих 2D хлопьев карбида кремния, собранных на приемнике материала электростатическим притяжением. Генератор стримеров, используемый в нанореакторе, обладает свойством масштабируемости. Это позволяет использовать нанореактор и как лабораторный и как промышленный, путем простого масштабирования его размеров в соответствии с требуемой производительностью.
Description
Полезная модель относится к области функциональных наноматериалов и может быть применена для промышленного получения 2D карбида кремния в форме хлопьев, удобной для хранения, перевозки и применения.The utility model relates to the field of functional nanomaterials and can be used for industrial production of 2D silicon carbide in the form of flakes, convenient for storage, transportation and use.
Хлопья хранятся и перевозятся в виде порошка и наносятся на обрабатываемую поверхность обычным аэрозолем, позволяя формировать защитные коррозионные покрытия. Хлопья карбида кремния применяются там, где требуются особые свойства карбида кремния - радиационная стойкость, жаропрочность, устойчивость к агрессивным средам, химическая инертность, биосовместимость.The flakes are stored and transported in powder form and applied to the surface to be treated with a conventional spray, allowing the formation of protective corrosion coatings. Silicon carbide flakes are used where special properties of silicon carbide are required - radiation resistance, heat resistance, resistance to aggressive media, chemical inertness, biocompatibility.
Известны несколько методов получения 2D хлопьев карбида кремния путем расслоения монокристалла в ультразвуке и в автоклаве.Several methods are known for obtaining 2D silicon carbide flakes by stratifying a single crystal in ultrasound and in an autoclave.
В работе [Mohluddin Т. Transverse spin transport in graphene / Т. Mohiuddin, Zhukov A., Elias D.C., Hill E., Morozov S.V., Geim A.K., Novoselov K.S. // International Journal of Modern Physics B. - 2009. 23(12n13):2641-6 DOI: 10.1142/S0217979209062116] продемонстрирована возможность получения 2D карбида кремния в виде хлопьев, толщиной до нескольких десятых долей нанометра путем жидкофазного расслоения порошка карбида кремния с помощью ультразвука. Из-за прочности связей в исходных кристаллах требуется обработка ультразвуком в течение 24 часов. Это приводит к ограничению применимости этого метода, поскольку по мере утоньшения хлопьев происходит также уменьшение их линейных размеров. Толщина в доли нанометра достигается при линейных размерах в десятки нанометров, что недостаточно для многих технических применений. В то же время слоистые материалы с ван-дер-ваальсовой связью между слоями расслаиваются ультразвуком в 2D хлопья микронной площади, что позволяет использовать их в качестве покрытий.In [Mohluddin T. Transverse spin transport in graphene / T. Mohiuddin, Zhukov A., Elias D.C., Hill E., Morozov S.V., Geim A.K., Novoselov K.S. // International Journal of Modern Physics B. - 2009. 23(12n13):2641-6 DOI: 10.1142/S0217979209062116] demonstrated the possibility of obtaining 2D silicon carbide in the form of flakes, up to several tenths of a nanometer thick by liquid-phase separation of silicon carbide powder using ultrasound. Due to the strength of the bonds in the original crystals, sonication for 24 hours is required. This leads to a limitation of the applicability of this method, since as the flakes become thinner, their linear dimensions also decrease. A thickness of fractions of a nanometer is achieved with linear dimensions of tens of nanometers, which is insufficient for many technical applications. At the same time, layered materials with a van der Waals bond between the layers are stratified by ultrasound into 2D micron-sized flakes, which allows them to be used as coatings.
В работе [Yang G. Defect-induced room temperature ferromagnetism in silicon carbide nanosheets / G. Yang. Ya. Wu, Sh. Ma, Yu. Fu, D. Gao, Zh. Zhan, J. Li // Superlattices and Microstructures. - 2018. - V. 119, - P. 19-24. DOI: 10.1016/j.spmi.2018.04.032] отслежен процесс уменьшения размеров и толщины хлопьев карбида кремния при их ультразвуковом измельчении в органическом растворителе. Так при увеличении времени обработки с 4 до 16 часов, толщина хлопьев уменьшается с 9 до 3,5 нм, однако их линейные размеры также снижаются от 500 до 200 нм.In [Yang G. Defect-induced room temperature ferromagnetism in silicon carbide nanosheets / G. Yang. Ya. Wu, Sh. Ma, Yu. Fu, D. Gao, Zh. Zhan, J. Li // Superlattices and Microstructures. - 2018. - V. 119, - P. 19-24. DOI: 10.1016/j.spmi.2018.04.032] the process of reducing the size and thickness of silicon carbide flakes during their ultrasonic grinding in an organic solvent was traced. Thus, with an increase in the processing time from 4 to 16 hours, the thickness of the flakes decreases from 9 to 3.5 nm, but their linear dimensions also decrease from 500 to 200 nm.
При всех способах жидкофазного расслоения карбида кремния получаются хлопья произвольной формы и имеющие разброс в площади и толщине. Истинно монослойные хлопья карбида кремния могут быть получены при длительной обработке порошка карбида кремния в гидротермальном реакторе [Cao Yu Photoluminescent two-dimensional SiC quantum dots for cellular imaging and transport / Yu Cao, H. Dong, Sh. Pu, X. Zhang // Nano Research. - 2018. - V. 11(8). - P. 4074-4081. DOI: 10.1007/s12274-018-1990-3]. Через 8 часов получаются многослойные хлопья, а через 12 - монослойные. Их линейные размеры составляют 3 нм.With all methods of liquid-phase separation of silicon carbide, flakes of arbitrary shape and having a spread in area and thickness are obtained. True monolayer silicon carbide flakes can be obtained by long-term processing of silicon carbide powder in a hydrothermal reactor [Cao Yu Photoluminescent two-dimensional SiC quantum dots for cellular imaging and transport / Yu Cao, H. Dong, Sh. Pu, X. Zhang // Nano Research. - 2018. - V. 11(8). - P. 4074-4081. DOI: 10.1007/s12274-018-1990-3]. After 8 hours, multilayer flakes are obtained, and after 12 - monolayer. Their linear dimensions are 3 nm.
Хлопья наибольших линейных размеров, получаемые при жидкофазном расслоении, были получены в изопропиловом спирте под воздействием ультразвука в течении 24 часов [Chabi S. The Creation of True Two-Dimensional Silicon Carbide / S. Chabi, Z. Guler, A.J. Brearley, A.D. Benavidez, T. Sh. Luk // Nanomaterials. - 2021. 11(7):1799 DOI: 10.3390/nano11071799]. Их линейные размеры достигают 300 нм, что достаточно для применения не только в качестве катализаторов, но и в электронике.Flakes of the largest linear dimensions, obtained by liquid-phase separation, were obtained in isopropyl alcohol under the influence of ultrasound for 24 hours [Chabi S. The Creation of True Two-Dimensional Silicon Carbide / S. Chabi, Z. Guler, A.J. Brearley, A.D. Benavidez, T. Sh. Luk // Nanomaterials. - 2021. 11(7):1799 DOI: 10.3390/nano11071799]. Their linear dimensions reach 300 nm, which is sufficient for application not only as catalysts, but also in electronics.
Все известные методы получения 2D хлопьев карбида кремния являются жидкофазными. Общим недостатком этих методов является то, что они могут использоваться как лабораторные, но не как промышленные из-за того, что содержат большое число операций (центрифугирование, процеживание через сита, многочасовая сушка в сушилке) и требуют десятки часов для получения конечного результата.All known methods for obtaining 2D silicon carbide flakes are liquid-phase. A common disadvantage of these methods is that they can be used as laboratory ones, but not as industrial ones, due to the fact that they contain a large number of operations (centrifugation, filtering through sieves, many hours of drying in a dryer) and require tens of hours to obtain the final result.
Наиболее близким по совокупности признаков является устройство, описанное в предложенном нами ранее лабораторном методе получения хлопьев 2D карбида кремния: [Патент РФ №2678033, 25.12.2017 Долгих И.И., Авдеев Д.В., Битюцкая Л.А., Куликова Т.В., Тучин А.В. Способ получения 2D кристаллов карбида кремния электроимпульсным методом // Патент России №2678033. 2017]. Этот метод является альтернативой жидкофазным и обеспечивает мгновенное (менее 1 с) сухое получение хлопьев карбида кремния в виде порошка, готового к использованию. Метод основан на расслоении монокристаллического карбида кремния в электрическом разряде.The closest in terms of the totality of features is the device described in our previously proposed laboratory method for obtaining flakes of 2D silicon carbide: [Patent RF No. .V., Tuchin A.V. A method for obtaining 2D silicon carbide crystals by the electric pulse method // Patent of Russia No. 2678033. 2017]. This method is an alternative to liquid phase and provides instantaneous (less than 1 s) dry production of silicon carbide flakes in powder form, ready to use. The method is based on the delamination of single-crystal silicon carbide in an electric discharge.
По прототипу используется двухэлектродная ячейка со слоистым электродным наконечником из микрокристалла карбида кремния. Второй плоский двуслойный электрод - металл-диэлектрик с толщиной диэлектрика 20-100 мкм. Электрически прочный тонкий диэлектрик препятствует электрическому пробою и возникновению разряда, позволяя достигать высокой напряженности поля. Благодаря отсутствию токов пробоя материал не нагревается и не плавится, воздействие осуществляется только полем. Послойное расслоение с поверхности монокристалла карбида кремния происходит в открытом реакторе при нормальных условиях 298°К, 105 Па. Приемник 2D кристаллов карбида кремния устанавливается на диэлектрической стороне электрода. Приемник служит для сбора отделившихся от кристалла слоев. В качестве приемника могут быть использованы ориентированные пластины кремния, ситалловые пластины или токопроводящий скотч.The prototype uses a two-electrode cell with a layered electrode tip made of silicon carbide microcrystal. The second flat two-layer electrode is a metal-dielectric with a dielectric thickness of 20-100 µm. An electrically strong thin dielectric prevents electrical breakdown and discharge, allowing high field strengths to be achieved. Due to the absence of breakdown currents, the material does not heat up and does not melt, the impact is carried out only by the field. Layer-by-layer separation from the surface of a single crystal of silicon carbide occurs in an open reactor under normal conditions of 298°K, 10 5 Pa. The 2D silicon carbide crystal receiver is mounted on the dielectric side of the electrode. The receiver serves to collect the layers separated from the crystal. Oriented silicon wafers, glass ceramic plates or conductive adhesive tape can be used as a receiver.
Наличие потребности в использовании зондов для создания локального электроимпульсного воздействия на поверхность кристалла препятствует масштабированию этого лабораторного метода и применению его в качестве промышленного для получения большого количества хлопьев.The need to use probes to create a local electrical impulse effect on the surface of the crystal prevents the scaling of this laboratory method and its use as an industrial one to obtain a large amount of flakes.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в создании портативного, ресурсосберегающего и легко масштабируемого промышленного устройства получения 2D хлопьев карбида кремния в виде сухого порошка, готового к применению. Портативность технологии должна обеспечить как возможность мелкого производства, готовых к применению, хлопьев, так и внедрение в готовое производство покрытий и электронных компонентов на основе хлопьев карбида кремния.The objective to be solved by this utility model is to create a portable, resource-saving and easily scalable industrial device for producing 2D silicon carbide flakes in the form of a dry powder, ready for use. The portability of the technology should provide both the possibility of small-scale production of ready-to-use flakes and the introduction of coatings and electronic components based on silicon carbide flakes into finished production.
Технический результат заключается в разработке устройства, обеспечивающего многократное увеличение производительности до 8 раз электроимпульсного метода получения 2D хлопьев карбида кремния со средним размером 20 на 20 мкм и толщиной 8-30 нм в виде сухого порошка, без специальных мер защиты от аэрозоля.The technical result consists in the development of a device that provides a multiple increase in productivity up to 8 times of the electric pulse method for producing 2D silicon carbide flakes with an average size of 20 by 20 μm and a thickness of 8-30 nm in the form of a dry powder, without special measures for protection against aerosol.
Технический результат достигается тем, что в нанореакторе получения 2D карбида кремния в стримерном разряде, включающем двухэлектродную ячейку, приемник образующихся материалов, где один из электродов является плоским металлическим электродом, в качестве второго электрода используют монокристалл карбида кремния, отделенный от другого электрода диэлектриком толщиной 20-100 мкм, на электроды подают высокое импульсное напряжение, согласно полезной модели, в ячейке нанореактора используют генератор стримерных разрядов, состоящий из двух параллельно расположенных, равных по площади и идентичных по геометрическим параметрам пластин из монокристаллического карбида кремния, при этом площадь пластин ограничена электрической мощностью источника питания в соотношении 10 Вт на 1 см2, пластины генератора размещают внутри закрытого, цилиндрической формы из диэлектрического материала контейнера со съемной крышкой, при этом соотношение диаметра контейнера к диаметру пластины равно 5 к 1, центр большей плоскости, каждой из пластин, а также металлический стержень располагают на оси цилиндра, образованного контейнером, контейнер оснащают проточным воздушным клапаном, расположенным на съемной крышке контейнера, где одну из пластин из монокристаллического карбида кремния располагают на дне контейнера и отделяют ее тонким диэлектрическим дном контейнера от металлической пластины диаметром большим или равным диаметру второго электрода, на которой стоит контейнер и которая выполняет роль первого электрода, а вторая пластина монокристаллического карбида кремния является рабочим электродом и подвешена на расстоянии от дна контейнера, на которую высокое импульсное напряжение подают через металлический стержень, подсоединенный перпендикулярно к большей по площади поверхности пластины из монокристаллического карбида кремния, а вывод стержня реализуют через отверстие в крышке контейнера, при этом минимальное расстояние между электродами 220 мкм, а максимальное расстояние ограничивают законом Пашена, при этом большая из поверхностей каждой из пластин направлена к дну контейнера, а меньшей - к боковым стенкам контейнера, в качестве приемника образующихся материалов используют боковые стенки контейнера или съемный вкладыш из диэлектрического материала, прикрепленный к боковым стенкам двухсторонней токопроводящей клейкой лентой встык к дну контейнера.The technical result is achieved by the fact that in the nanoreactor for producing 2D silicon carbide in a streamer discharge, including a two-electrode cell, a receiver of the formed materials, where one of the electrodes is a flat metal electrode, a single crystal of silicon carbide is used as the second electrode, separated from the other electrode by a dielectric with a thickness of 20 100 μm, a high pulsed voltage is applied to the electrodes, according to the utility model, a streamer discharge generator is used in the nanoreactor cell, consisting of two parallel plates, equal in area and identical in geometrical parameters, made of single-crystal silicon carbide, while the plate area is limited by the electric power of the source power supply in the ratio of 10 W per 1 cm 2 , the generator plates are placed inside a closed, cylindrical container made of dielectric material with a removable lid, while the ratio of the container diameter to the plate diameter is 5 to 1, the center of the larger plane, each of the plates, as well as a metal the rod is placed on the axis of the cylinder formed by the container, the container is equipped with a flow-through air valve located on the removable cover of the container, where one of the plates of single-crystal silicon carbide is placed at the bottom of the container and separated by a thin dielectric bottom of the container from a metal plate with a diameter greater than or equal to the diameter of the second electrode , on which the container stands and which acts as the first electrode, and the second plate of single-crystal silicon carbide is the working electrode and is suspended at a distance from the bottom of the container, to which a high impulse voltage is applied through a metal rod connected perpendicular to the larger surface area of the plate of single-crystal carbide silicon, and the output of the rod is realized through a hole in the container lid, while the minimum distance between the electrodes is 220 μm, and the maximum distance is limited by the Paschen law, while the largest of the surfaces of each of the plates is directed towards the bottom of the container, and the smaller one - towards the side walls of the container, in as a receiver of the resulting materials, the side walls of the container or a removable insert made of a dielectric material are used, attached to the side walls with a double-sided conductive adhesive tape end-to-end to the bottom of the container.
Получаемый при осуществлении полезной модели результат, а именно многократное увеличение производительности и масштабируемость метода достигается за счет того, что электроимпульсный зонд в электроразрядной ячейке заменяется на разработанный нами плоскопараллельный генератор стримерных разрядов. Для сбора хлопьев карбида кремния в удобном виде порошка, готового к применению без специального оборудования, полезная модель содержит приемник образующегося материала из съемных, покрывающих боковые стенки контейнера, вкладышей из диэлектрического материала, которые удерживают образующиеся в реакторе хлопья электростатическим притяжением. Хлопья могут быть отделены простым механическим путем.The result obtained in the implementation of the utility model, namely, a multiple increase in productivity and scalability of the method is achieved due to the fact that the electric pulse probe in the electric discharge cell is replaced by a plane-parallel generator of streamer discharges developed by us. To collect silicon carbide flakes in a convenient form of powder, ready for use without special equipment, the utility model contains a receiver of the resulting material from removable inserts made of dielectric material covering the side walls of the container, which hold the flakes formed in the reactor by electrostatic attraction. The flakes can be separated in a simple mechanical way.
Стример распространяется с поверхности одной из пластин и, достигая поверхности другой, воздействует на нее своим полем. При этом поданное на электроды напряжение падает на небольшом промежутке между головкой стримера и вторым электродом, создавая очень высокую локальную напряженность поля. Это воздействие аналогично воздействию тонко заточенного металлического зонда. Плоскопараллельный генератор стримерных разрядов позволяет одновременно воздействовать на 8 точек на 1 см. кв. в секунду, что заменяет одновременное воздействие 8 обычных металлических зондов. Общее число стримеров определяется площадью пластины, на поверхности которой они возникают, что делает метод легко масштабируемым путем изменения площади поверхности используемой пластины.The streamer propagates from the surface of one of the plates and, reaching the surface of the other, acts on it with its field. In this case, the voltage applied to the electrodes drops over a small gap between the streamer head and the second electrode, creating a very high local field strength. This effect is similar to that of a finely ground metal probe. A plane-parallel generator of streamer discharges allows you to simultaneously act on 8 points per 1 cm2. per second, which replaces the simultaneous impact of 8 conventional metal probes. The total number of streamers is determined by the area of the wafer on whose surface they occur, which makes the method easily scalable by changing the surface area of the wafer used.
Стример представляет собой быстро распространяющийся фронт ионизации с самоорганизованным усилением электрического поля на конце. Сильное электрическое поле локализовано в головке стримера, в области имеющей микронные размеры и достигает 106 В/м, что достаточно для разрушения любых материалов. Сильное и резко неоднородное поле на поверхности кристалла вызывает в нем пондеромоторные силы, приводящие к механическому разрушению поверхности и отделению 2D слоев в виде порошка отдельно стоящих 2D хлопьев, которые образуют пылевую плазму. Стенки контейнера также могут выполнять функцию приемника образующихся 2D хлопьев за счет электростатического притяжения.The streamer is a rapidly propagating ionization front with a self-organized amplification of the electric field at the end. A strong electric field is localized in the streamer head, in a micron-sized area and reaches 10 6 V/m, which is sufficient to destroy any materials. A strong and sharply inhomogeneous field on the crystal surface induces ponderomotive forces in it, leading to mechanical destruction of the surface and separation of 2D layers in the form of a powder of separately standing 2D flakes, which form a dusty plasma. The walls of the container can also act as a receiver for the resulting 2D flakes due to electrostatic attraction.
На фиг. 1 изображено устройство нанореактора в сечении, где 1 - проточный воздушный клапан; 2 - исходный монокристалл карбида кремния; 3 - контейнер из диэлектрика; 4 - генерируемые стримерные разряды; 5 - полученные хлопья карбида кремния; 6 - металлическая пластина; 7 - сборник хлопьев из диэлектрического материала; 8 - съемная крышка.In FIG. 1 shows the nanoreactor device in cross section, where 1 is a flow air valve; 2 - the original single crystal of silicon carbide; 3 - container made of dielectric; 4 - generated streamer discharges; 5 - obtained flakes of silicon carbide; 6 - metal plate; 7 - a collection of flakes from a dielectric material; 8 - removable cover.
На фиг. 2 изображена оптическая микроскопия глубокого разрешения (а) и СЭМ микроскопия (б) хлопьев карбида кремния, образующихся в нанореакторе.In FIG. 2 shows deep resolution optical microscopy (a) and SEM microscopy (b) of silicon carbide flakes formed in the nanoreactor.
Хлопья нанометровой толщины можно наблюдать в оптический микроскоп в проходящем свете благодаря контрасту, который они образуют на поверхности диэлектрика - прозрачной фторопластовой пленки. Для изучения морфологии образующихся хлопьев используется СЭМ микроскопия.Flakes of nanometer thickness can be observed in an optical microscope in transmitted light due to the contrast that they form on the surface of the dielectric - a transparent fluoroplastic film. SEM microscopy is used to study the morphology of the resulting flakes.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Устройство состоит из цилиндрического фторопластового контейнера, помещенного на металлическую пластину, выполняющую роль электрода. Внутри контейнера располагаются две параллельные пластины из монокристаллического карбида кремния, одна из которых лежит на дне контейнера, а другая подвешена над ней и служит вторым электродом, имея вывод для подачи импульсов высокого напряжения.The device consists of a cylindrical PTFE container placed on a metal plate that acts as an electrode. Inside the container there are two parallel plates of single-crystal silicon carbide, one of which lies at the bottom of the container, and the other is suspended above it and serves as the second electrode, having a lead for supplying high voltage pulses.
Портативный нанореактор представляет собой генератор газопылевой плазмы, объединенный в одном корпусе с электростатическими ловушками для сбора образовавшихся наночастиц.A portable nanoreactor is a gas-dust plasma generator combined in one housing with electrostatic traps to collect the resulting nanoparticles.
Пример 1.Example 1
Цилиндрический фторопластовый со съемной крышкой контейнер диаметром 5 см и высотой 7 см, толщиной стенки 0.3 см и толщиной дна 0.002 см помещен на металлическую пластину диаметром 6 см, выполняющую роль электрода. Контейнер содержит проточный воздушный клапан размером 2 на 2 мм, обеспечивающий нормальное давление внутри контейнера при закрытии крышки, расположенный на противоположной дну стенке. Внутри контейнера располагаются две параллельные пластины из монокристаллического карбида кремния толщиной 0.2 мм, одна из которых лежит на дне контейнера, так что большей плоскостью соприкасается с дном, а другая пластина подвешена над ней на высоте 5 см и служит вторым электродом, имея вывод для подачи импульсов высокого напряжения. При этом высокое импульсное напряжение подают через металлический стержень, подсоединенный перпендикулярно к большей по площади поверхности пластины из монокристаллического карбида кремния. Стержень из цилиндра выведен через отверстие в съемной крышке контейнера. Обе пластины карбида кремния имеют форму круга с площадью 1 см2. При этом центр большей плоскости, каждой из пластин, а также металлический стержень располагают на оси цилиндра, образованного контейнером,A cylindrical PTFE container with a removable lid, 5 cm in diameter and 7 cm high, with a wall thickness of 0.3 cm, and a bottom thickness of 0.002 cm, is placed on a metal plate 6 cm in diameter, which acts as an electrode. The container contains a
При подаче высокого импульсного напряжения между верхней пластиной карбида кремния и металлической пластиной, на которой стоит фторопластовый контейнер, внутри контейнера возникают стримерные разряды, распространяющиеся между пластинами карбида кремния. Диагностика попадания стримерных разрядов по пластине карбида кремния проводится путем размещения на пластине листа бумаги и подсчета числа образующихся отверстий. На пластине площадью 1 см2 образуется за 1 секунду 8 отверстий.When a high pulsed voltage is applied between the top silicon carbide plate and the metal plate on which the PTFE container stands, streamer discharges occur inside the container, propagating between the silicon carbide plates. Diagnostics of the hit of streamer discharges on a silicon carbide plate is carried out by placing a sheet of paper on the plate and counting the number of holes formed. On a plate with an area of 1 cm 2, 8 holes are formed in 1 second.
Мощность источника питания составила 10 Вт на 1 см2, при скважности, равной 10. Воздействие импульсного электрического поля напряженности 106 В/см ведут с продолжительностью импульсов 20 мкс, на слоистый прекурсор, при нормальных условиях 298 К, 105 Па.The power of the power source was 10 W per 1 cm 2 , with a duty cycle equal to 10. The impact of a pulsed electric field of 10 6 V / cm is carried out with a pulse duration of 20 μs, on a layered precursor, under normal conditions 298 K, 10 5 Pa.
Электрически прочный тонкий диэлектрик препятствует электрическому пробою, позволяя получить однородное поле высокой напряженности и приводя к возникновению самоорганизованного стримерного разряда.An electrically strong thin dielectric prevents electrical breakdown, making it possible to obtain a uniform field of high intensity and leading to the appearance of a self-organized streamer discharge.
Попадания стримеров вызывают расслоения поверхности пластин с образованием хлопьев карбида кремния. За время экспозиции равное 1 секунде, образуется несколько десятков хлопьев, за час работы реактора - 2.4 мг порошка хлопьев.Streamer hits cause delamination of the surface of the plates with the formation of silicon carbide flakes. During the exposure time equal to 1 second, several tens of flakes are formed, for an hour of operation of the reactor - 2.4 mg of flake powder.
При использовании боковой стенки контейнера в качестве сборника хлопьев, за счет химической инертности фторопласта и слабой адгезии хлопья могут быть отделены от нее простым механическим путем.When using the side wall of the container as a flake collector, due to the chemical inertness of the PTFE and weak adhesion, the flakes can be separated from it in a simple mechanical way.
Оба электрода имели выводы для подачи импульсов высокого напряжения. При подаче высокого импульсного напряжения 106 В/см между верхней пластиной карбида кремния и металлической пластиной, возникали стримерные разряды, распространяющиеся между пластинами карбида кремния. Попадания стримеров вызывали расслоения поверхности пластин с образованием 2D кристаллов - хлопьев карбида кремния со средним размером 20 на 20 мкм и толщиной 8-30 нм.Both electrodes had leads for high voltage pulses. When a high pulsed voltage of 10 6 V/cm was applied between the top silicon carbide plate and the metal plate, streamer discharges appeared, propagating between the silicon carbide plates. Streamer hits caused delamination of the surface of the plates with the formation of 2D crystals - silicon carbide flakes with an average size of 20 by 20 μm and a thickness of 8-30 nm.
Пример 2.Example 2
Устройство аналогично примеру 1. За исключением следующего.The device is similar to example 1. Except for the following.
Толщиной дна цилиндрического фторопластового контейнера составляет 0.01 см. Боковая стенка контейнера по кругу покрыта фторопластовой пленкой (ГОСТ 24222-80) толщиной 0.005 мм, шириной 50 мм, выполняющей роль съемного вкладыша - приемника материала. Фторопластовая пленка закреплена к боковым стенкам контейнера встык к дну контейнера двухсторонней токопроводящей клейкой лентой.The bottom thickness of a cylindrical fluoroplastic container is 0.01 cm. The side wall of the container is covered all around with a fluoroplastic film (GOST 24222-80) 0.005 mm thick, 50 mm wide, which acts as a removable insert - material receiver. The fluoroplastic film is attached to the side walls of the container butt to the bottom of the container with double-sided conductive adhesive tape.
Воздействие импульсного электрического поля ведут с продолжительностью импульсов 10 мкс, при скважности, равной 1.The impact of a pulsed electric field is carried out with a pulse duration of 10 μs, with a duty cycle equal to 1.
Образующиеся при расслоении кристалла карбида кремния, хлопья оседают на сборнике - на фторопластовой пленке и могут быть извлечены вместе с ней и отделены от нее простым механическим путем. За время экспозиции равное 1 секунде образуется несколько десятков хлопьев, за час работы реактора - 2.8 мг порошка хлопьев.The flakes formed during the exfoliation of a silicon carbide crystal settle on a collector - on a fluoroplastic film and can be removed along with it and separated from it by a simple mechanical method. During the exposure time equal to 1 second, several tens of flakes are formed, for an hour of operation of the reactor - 2.8 mg of flake powder.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU218008U1 true RU218008U1 (en) | 2023-05-02 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101368457B1 (en) * | 2005-05-11 | 2014-03-12 | 서레이 나노시스템즈 리미티드 | Nanostructure production methods and apparatus |
| US9187823B2 (en) * | 2011-09-07 | 2015-11-17 | National Science Foundation | High electric field fabrication of oriented nanostructures |
| RU2678033C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Method for obtaining 2d silicon carbide crystals by electroimpulse method |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101368457B1 (en) * | 2005-05-11 | 2014-03-12 | 서레이 나노시스템즈 리미티드 | Nanostructure production methods and apparatus |
| US9187823B2 (en) * | 2011-09-07 | 2015-11-17 | National Science Foundation | High electric field fabrication of oriented nanostructures |
| RU2678033C1 (en) * | 2017-12-25 | 2019-01-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Method for obtaining 2d silicon carbide crystals by electroimpulse method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lei et al. | Sustainable high-voltage source based on triboelectric nanogenerator with a charge accumulation strategy | |
| Huang et al. | Micro/nano-structures-enhanced triboelectric nanogenerators by femtosecond laser direct writing | |
| Melzer et al. | Experimental determination of the charge on dust particles forming Coulomb lattices | |
| RU2625325C2 (en) | Recuperator of energy beam charged particles | |
| Fei et al. | Heterogeneous graphene oxide membrane for rectified ion transport | |
| Bhattacharyya et al. | Localized synthesis of metal nanoparticles using nanoscale corona discharge in aqueous solutions | |
| RU218008U1 (en) | NANOREACTOR FOR PRODUCING 2D SILICON CARBIDE IN A STREAMER DISCHARGE | |
| JP2018528917A (en) | Plate-like material stripping device with optimized outflow | |
| O’Riordan et al. | Dielectrophoretic self-assembly of polarized light emitting poly (9, 9-dioctylfluorene) nanofibre arrays | |
| Moreira et al. | Diamond and carbon nanotube composites for supercapacitor devices | |
| Tanski et al. | Electrohydrodynamic gas pump with both insulated electrodes driven by dielectric barrier discharge | |
| Hong et al. | Study on the friction reducing effect of graphene coating prepared by electrophoretic deposition | |
| CN102933015B (en) | Polarization-enhanced discharge electrode formed by one-dimensional nanostructures | |
| Mylnikov et al. | Investigation of electric erosion of silicon electrodes in aerosol nanoparticles synthesis | |
| CN102945777A (en) | One-dimensional nanostructure polarization-enhanced discharge electrode | |
| Wu | Effect of the electrolyte on capacitive behavior of supercapacitor electrodes | |
| CN101240370A (en) | Metal material surface nano preparation method | |
| CN102115027A (en) | Preparation method and application of zinc oxide thin film | |
| Nithyanandam et al. | Wettability analysis on copper substrate by emery abrasion and copper nano coating | |
| Sun et al. | Multi-scale modified PVDF/Ag@ C layer based on dielectric doping and plasma treatment for high-performance triboelectric nanogenerators and self-powered water sterilization | |
| Suma et al. | Experimental evaluation of ZnO nanowire array based dynamic pressure sensor | |
| Sleptsov et al. | Investigation of the synthesis of nanoparticles by the method of spark erosion with overvoltage of the discharge gap | |
| Du et al. | Growth behaviour of plasma electrolytic oxidation coatings produced on a SiCp/Al composite in aluminate electrolyte | |
| Spurling | PRINTED AND TEMPLATED 3D MXENE STRUCTURES FOR ENERGY STORAGE APPLICATIONS | |
| RU2545562C2 (en) | Method of forming radar-absorbent topologies on carriers |