И. И. Мечникова Физическийфакульте т 6 7 я отчет

Вид материала

Отчет

Содержание И диэлектриков Оптические свойства наноструктур на основе TiO2 полученных золь-гель методом Применение методов фрактальной геометрии для анализа поверхности полупроводников Научные руководители – доктор физ.-мат. наук Смынтына В.А., кандидат физ.-мат. наук, н.с. Витер Р.В. I под действием монохроматического света различных длин волн. I Поляризационно-модуляционная спектроскопия наноразмерных плёнок SnO2 Секция химической физики Горение аэровзвесей капель жидких горючих Горение тонких пленок растворов Воспламенение капли биотоплива КОНДУКТИВНО-РАДИАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ В ГАЗОВЗВЕСИ Дерещук О.С. Секция физики твердого тела Вплив адсорбції сірки на поверхневі струми Електрофізичні властивості шарів поруватого кремнію, отриманого методом електрохімічного травлення Вплив структури p-n переходу на його Усовершенствование экспериментальных методик измерения параметров эжк слоев Секция теплофизики дисперсных Науковий керівник - канд.наук В.І. Маренков Влияние теплового излучения на критические Булышкин С.А. ... Полное содержание

Подобный материал:

• И. И. Мечникова рамн 19 ноября 2009 года 11. 00-14. 00 Вступительное слово директора, 31.52kb.
• И. И. Мечникова Философский факультет И. В. Голубович биография, 5112.86kb.
• И. И. Мечникова Органические и симптоматические психические нарушения. Литература, 335.62kb.
• І.І. Мечникова хімічний факультет кафедра фармацевтичної хімії навчально-методичний, 1685.99kb.
• Правила проведения студенческой научной конференции сно им. И. И. Мечникова игму, 377.55kb.
• И. И. Мечникова этические и правовые аспекты оказания психиатрической помощи. Психиатрическое, 522.69kb.
• С задачами и упражнениями, 4649.95kb.
• І.І. Мечникова І. В. Іванова, О.І. Бурденюк, С. П. Гвоздій Курс лекцій, 2533.82kb.
• Харитонова Елена Евгеньевна, аспирант кафедры косметологии гбоу впо сзгму им., 25.21kb.
• Ровье 2006 Материалы 79-ой конференции студенческого научного общества спбгма им., 7915.3kb.

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесский национальный университет имени И.И.Мечникова

Ф и з и ч е с к и й ф а к у л ь т е т


6 7 - я отчетная

студенческая научная конференция

Одесского национального

университета имени И.И. Мечникова


ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ


Печатается по решению

Ученого Совета физического факультета


Редактор - доктор ф.-м.н. Ваксман Ю.Ф.


27-28 апреля 2011 г.


О д е с с а

СЕКЦИЯ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

И ДИЭЛЕКТРИКОВ

(кафедра экспериментальной физики)


ФОТОПРОВОДИМОСТЬ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ ZnSe:Fe, Ni

Бошерницан В.И.

Научный руководитель – док. ф.- м.н. Ваксман Ю.Ф.

Полупроводниковые кристаллы группы А₂В₆, легированные ионами переходных металлов, являются перспективными материалами для создания лазеров, излучающих в спектральном диапазоне от 2 до 5 мкм. На основе кристаллов ZnSe:Cr²⁺ реализованы лазеры с полосой перестройки 2-3 мкм [1]. Разработана методика создания ZnSe:Fе²⁺ лазера, излучающего в спектральном диапазоне 3-5 мкм [2]. Халькогениды цинка, легированные переходными элементами, могут быть использованы в качестве эффективных пассивных затворов для лазеров, излучающих в области 3 мкм. В связи с этим, изучение оптических и фотоэлектрических свойств кристаллов ZnSe, легированных железом и никелем, на сегодняшний день является актуальным.

Кристаллы, исследуемые в данной работе, были получены методом свободного роста, а их легирование осуществлялось методом диффузии. Максимальные концентрации примесных ионов Ni²⁺ и Fe²⁺ в кристаллах составили 10²⁰ см^-3 и 10¹⁸ см^-3, соответственно. В видимой области спектров фотопроводимости исследуемых кристаллов наблюдались полосы, положение которых не изменялось при повышении температуры и изменении концентрации примеси. Сравнением со спектрами поглощения установлена природа этих полос. Они являются результатом внутрицентровых оптических переходов в ионах Fe²⁺ и Ni²⁺ с последующим термическим забросом носителей в зону проводимости. Исследование спектров люминесценции кристаллов ZnSe:Fe и ZnSe:Ni показало наличие серий полос, интенсивность которых возрастает с ростом концентрации примеси. Положение максимумов не смещалось с изменением температуры и длины волны возбуждающего света. При сравнении со спектрами поглощения наблюдалась корреляция в расположении максимумов этих полос с учетом стоксового сдвига. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наблюдаемые линии излучения обусловлены внутрицентровыми излучательными переходами, происходящими в пределах иона Fe²⁺ и Ni²⁺. На основе полученных результатов исследований оптических и фотоэлектрических свойств кристаллов ZnSe:Fe и ZnSe:Ni построена схема оптических переходов, ответственных за поглощение света и люминесценцию в исследуемых кристаллах.


[1] Акимов В.А., Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарьков Ю.П, Фролов М.П. Спектральная динамика внутрирезонаторного поглощения в импульсном Cr²⁺:ZnSe –лазере // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. С. 425.

[2] Fedorov V.V., Mirov S.B., Gallian A., Badikov V.V., Frolov M.P., Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Landman A.I., Podmar’kov Yu.P., Akimov V.A., Voronov A.A. 3.77-5.05 μm tunable solid state lasers based on Fe²⁺-doped ZnSe crystals operating at low and room temperatures // IEEE J. Quantum Electron. 2006. V. 42. P. 907.


Исследование фазовых переходов в наноразмерных плёнках на основе ε - WO₃ под воздействием высокотемпературного отжига

Лыдина И. В.

Научный руководитель: док. ф.- м.н. Смынтына В. А., канд. ф.-м.н. Витер Р. В.

Оксид вольфрама (WO₃) известен как широкозонный полупроводник n-типа. WO₃_очень часто используется в качестве прозрачных проводящих электродов, электро-хромических ячеек и катализаторов окислительно-восстановительных химических реакций [1].

В последние 10 лет наблюдается тенденция по созданию тонких плёнок WO3 с размером кристаллитов 5-20 нм. Показано, что при уменьшении размеров кристаллитов до 5-10 нм на их поверхности образуются значительные механические напряжения, которые приводят к смещению атомов W от положения равновесия, в результате чего в элементарной ячейке образуется дипольный момент. Данные наноструктуры обладают сегнетоэлектрическими свойствами, а соответствующая фаза оксида вольфрама имеет название ε-фазы [2]. Данная фаза неустойчива при температурах выше 230 К.

В данной работе было проведено исследование устойчивости ε - WO₃ в зависимости от температуры отжига. Установлено, что при температурах выше 550 ⁰С происходит переход ε - WO₃ в γ и δ фазы.

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) установлено, что происходит увеличение кристаллитов на поверхности и образование микро трещин в результате отжига. А также при помощи метода дифракции рентгеновского излучения (ДРИ), были посчитаны значения ширины запрещенной зоны и размеры кристаллитов в зависимости от температуры отжига.

Предложены механизмы фазовых переходов в наноразмерном WO₃.

1. Ekhard K Crystal structure and paramagnetic behaviour of WO_{3– x} / Ekhard K, H Saljet, Stephan Rehman, Frank Pobell, Darryl Morris, Kevin S Knight, Thomas Herrmannsdorfer and Martin T Dove// J. Phys.: Condens. – 1997. – V. 9. – P. 6563- 6577
   
2. P. M. Woodward Ferroelectric tungsten trioxide/ P. M. Woodward, A.W. Sleight and T. Vogt// Journal of Solid State chemistry.- 1997.- V. 131.- P. 9-17
   

Влияние параметров синтеза и окружающей среды на оптические свойства НЧ серебра

Когут И. С.

Научный руководитель –канд.физ.-мат.н. Скобеева В. М.


В качестве способа получения НЧ Ag был использован цитратный метод, в котором цитрат натрия выполняет функции как восстановителя, так и стабилизатора частиц. Исследование влияния соотношений концентраций растворов солей cеребра (AgNO₃) и цитрата натрия (Na₃C₆H₅O₇), а также способа смешения реагентов (одномоментное и порционное) позволило выбрать параметры, обеспечивающие стабильность НЧ в течение длительного времени. На рис. 1 представлены нормированные спектры поглощения НЧ Ag, полученные при соотношении (AgNO₃)/(Na₃C₆H₅O₇) = 1:4 и концентрациях 10^-3M обоих реагентов при одномоментном смешении, взятые через 30мин (1), 40 мин (2), 50 мин (3) от начала синтеза. Спектр поглощения содержит интенсивную полосу, соответствующую ППР, причем положение максимума полосы на начальной стадии синтеза (кривая 1) локализована у λ_макс = 405 нм, что соответствует размеру НЧ Ag 10 нм, а на последующих стадиях (кривые 2, 3) положение максимума полосы смещается к λ_макс = 420 нм, что соответствует размеру – 30нм. Это объясняется тем, что на первой стадии образуются частицы разных размеров (кривая 1), затем происходит растворение более мелких частиц по механизму оствальдовского созревания и, параллельно, осуществляется рост частиц за счет восстановления ионов серебра на поверхности наночастиц. Полученные коллоидные растворы оставались стабильными в темноте.[1]

Рис. 1. Спектры поглощения НЧ серебра через 30 мин (1), 40 мин (2), 50 мин (3) от начала синтеза.

Рис. 2. Спектры поглощения коллоидного раствора НЧ серебра с натриевой солью бензилпенициллина, измеренные: после синтеза (1), после хранения в течение 24 часов (2).

При введении натриевой соли бензилпенициллина обнаружен эффект гашения ППР. Как видно из рисунка 2, процесс затухания зависит от времени хранения. Наблюдалось также, что при введении в коллоидный раствор водного раствора желатины наблюдается уширении полосы ППР в коротковолновой области. Указанные эффекты свидетельствуют о влиянии окружающих молекул на ППР и этот факт может быть использован для практического применения НЧ Ag в качестве биологических датчиков.

[1] Крутяков Ю. А. , Кудринский А. А. , Оленин Ю. А. , Лисичкин Г. В. Синтез и свойства

наночастиц серебра: достижения и перспективы.//Успехи Химии 77 (3). – 2008.

Оптические свойства наноструктур на основе TiO₂ полученных золь-гель методом


Лубчук Ю.А.

Научные руководители – докт. физ.-мат.н. Смынтына В.А.,

канд. наук Витер Р.В.


Оксид титана является широкозонным полупроводником. Он прозрачен в видимой области спектра. Край собственного поглощения приходится на 340-350 нм.

Оксид титана является функциональным материалом с достаточно изученными свойствами. Основными применения оксида титана являются катализ, фотокатализ для химического окисления органических веществ, использование в гибридных солнечных элементах оптические проводящие покрытия и т.д [1-2].

В данной работе были исследованы структурные и оптические свойства нанопорошка оксида титана полученного золь-гель методом. Для получения нанопорошка использовался изопропоксид титана (Ti(OCH(CH₃)₂)₄). Изопропоксид титана растворялся в водном растворе уксусной кислоты (рН=4), после чего добавлялся полимер (ПВС). В результате температурной обработки были получены образцы нанопорошка TiO_2.

Структурные свойства TiO₂ полученных образцов изучались при помощи метода дифракции рентгеновского излучения и просвечивающей электронной микроскопии. В результате данных исследований было установлено, что полученные образцы имели структуру анатаза и был определен средний размер кристаллитов который составлял (25+-3 нм).

Оптические свойства TiO₂ полученных порошков изучались при помощи методов оптической спектроскопии и фотолюминесценции. Из спектров поглощения была определена ширина запрещенной зоны образцов, которая составляла (E_g=3.25+-0.02 эВ).

Были исследованы спектры люминесценции образцов (длина волны возбуждающего света 266 нм). Установлено, что данные образцы имели максимум люминесценции в области (470-510 нм). Согласно температуре, природа данных максимумов фотолюминесценции обусловлена квантово-размерными эффектами [3].


[1]. E. Pavlová Preparation and structure of TiO2 nanotubes /. E. Pavlová, M. Lapèíková, M. Šlouf, R. Kužel// Posters Materials Structure, 156 Colloquium 2006 Grenoble. -2006, -V.- 13.- No 3.-P. 16

[2]. Jyh-Ming Wu Thermal evaporation growth and the luminescence property of TiO2 nanowires/ Jyh-Ming Wu, Han C. Shih, Wen-Ti Wu, Yung-Kuan Tseng, I-Cherng Chen// Journal of Crystal Growth.- 2005.- V.281.-P. 384–390

[3].Oomman K. Hydrogen sensing using titania nanotubes / Oomman K. Varghese, Dawei Gong, Maggie Paulose, Keat G. Ong, Craig A. Grimes// Sensors and Actuators B.- 2003.-V. 93.- P. 338–344


ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ФРАКТАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Павленко Н.Н.

Научный руководитель - кандидат наук Яцунский И.Р.

Для количественного описания характеристик поверхности рассчитываются статистические характеристики ее рельефа, такие как шероховатость, средняя квадратичная шероховатость, ассиметрия и т.д. Однако эти величины дают лишь представление об амплитудных характеристиках рельефа и совершенно не характеризуют его структуру. Например, абсолютно разные по структуре поверхности могут задаваться одинаково по приведенным выше параметрам. Таким образом, судить о физических свойствах объекта по приведенным параметрам нельзя. Для описания физических свойств исследуемого объекта и степени развитости поверхностной геометрии вводится понятие фрактальной размерности. Эта величина характеризует не только сложившуюся топологию поверхности, но и способ ее построения, т.к. она определяется термодинамическими условиями роста кристалла: скоростью осаждения, температурой подложки, степенью перенасыщения. Использование фрактальной размерности удобно также тем, что она непосредственно связана с внутренней структурой самого материала и его свойствами [1-2].

В данной работе был проведен теоретический анализ наиболее распространенных методов расчета фрактальной размерности: метода периметр – площадь, модифицированного метода подсчета клеток, дисперсионного метода, метода корреляционной функции, а также расчет фрактальной размерности методом подсчета клеток.

Метод был реализован в программной среде Matlab: при обработке исходного изображения осуществлялся поиск границ перепада контраста с помощью алгоритма Канни, т.е. вводилась следующая модель контрастного перепада: перепад ступенчатого типа (наличие границы раздела контраста) задавался функцией Хевисайда, белый шум на границе задавался с помощью распределения Гаусса. Для определения границы были выделены три критерия: высокая вероятность обнаружения перепада, высокая точность локализации границы раздела, единственность существования контрастного перепада.

На полученное изображение накладывалась сетка из квадратных ячеек с заданной стороной. Затем производился подсчет ячеек, через которые проходит граница. По мере уменьшения размеров ячейки подсчет производился снова.

Фрактальная размерность определялась по наклону кривой зависимости числа непустых ячеек от общего числа ячеек в двойном логарифмическом масштабе.

1. Шиляев П.А., Павлов Д. А., Хохлов А.Ф., Шенгуров Д.В., Шенгуров В. Г. Фрактальность поверхности пленок аморфного, нано-, микро- и поликристаллического кремния.// Исследования поверхности.-№7.-2001.
   
2. Шиляев П.А., Павлов Д. А., Хохлов А.Ф. Методы расчета фрактальной размерности СЗМ – изображений.// Микросистемная техника.- №3.- 2004.
   

Исследование структурных и оптических свойств нановолокон TiO₂


Кусевич А.Е.

Научные руководители – доктор физ.-мат. наук Смынтына В.А., кандидат физ.-мат. наук, н.с. Витер Р.В.


Оксид титана (IV) — амфотерный оксид четырехвалентного титана. В природе встречается в трех модификациях – рутил, анатаз и брукит, отличающиеся разным кристаллическим строением. Кристалл рутила является более плотно упакованным, чем кристалл анатаза. При нагревании анатаз и брукит превращаются в рутил.

В настоящее время большой интерес вызывает применение оксидных нановолокон, имеющие малые (в нанометровом диапазоне) поперечные размеры и большую длину (несколько миллиметров). В этих структурах длина области пространственного заряда превышает радиус нановолокна, что приводит к эффективному изменению взаимодействия между поверхностью оксида (адсорбция газа, фотоэлектрические эффекты, каталитическое окисление, фотолюминесценция и т.д.) в изменении оптических и электрических свойств данных структур [1-3].

Нановолокна TiO₂ формировались методом электростатического распыления в результате действия электростатических сил на электрически заряженную струю полимерного раствора или расплава [1-2]. Структура полученных нановолокон исследовалась при помощи метода рентгеноструктурного анализа, который показал, что полученные наноструктуры TiO₂ состоят из фазы анатаза без примесей рутила. С помощью просвечивающей электронной микроскопии были получены изображения поверхности нановолокон, определен их диаметр и длина.

Оптические свойства нановолокон TiO₂ были исследованы с помощью спектрофотометра в диапазоне 350-1100 нм с шагом 1 нм. Было установлено, что полоса поглощения приходится на 380 нм. При комнатных температурах в нановолокнах TiO₂ возникает люминесценция [3]. Исследование спектров люминесценции проводилось в диапазоне длин волн 350-900 нм. Возбуждение люминесценции осуществлялось при помощи твердотельного лазера с длиной волны =355 нм. На кривой люминесценции обнаружены пики при 423, 481, 508, 555, 601, 632, 702 нм. Рассмотрены возможные механизмы люминесценции.


1. Матвеев А.Т., Афанасов И.М. Получение нановолокон методом электроформования: Учеб. пособие. – М.: МГУ имени М.В.Ломоносова, 2010. – 83 с.

2. Yarin A.L., Zussman E. Electrospinning of nanofibers from polymer solutions. // XXI ICTAM. – Warsaw, Poland, 2004.

3. More A.M., Gujar T.P., Gunjakar J.L., Lokhande C.D., Joo O.-S. Growth of TiO2 nanorods by chemical bath deposition method. // Applied Surface Science – 2008. – Vol. 255. – P. 2682-2687.

Исследование условий начала ИК-гашения фототока

Зимина С.О.

Научный руководитель – канд.физ.-мат.н. наук Чемересюк Г.Г.


Для исследования нами использовались монокристаллические образцы сульфида кадмия (CdS). При освещении в таком полупроводнике возникают дополнительные электроны. За счёт них создаётся фототок. Если при этом на кристалл воздействовать ещё одним светом различных длин волн , то ток будет возрастать в сине – жёлтой части спектра (400-800 нм), а в ИК области (900-1600 нм) при определённых условиях будет уменьшаться.

На рис. 1 показано изменение фототока I под действием монохроматического света различных длин волн.


I, мкА

5,0


б




2,5 Д а




λ, нм




400 600 800 1000 1200 1400

Рис. 1. Изменение фототока от длины волны: (а) только подсветки и (б) под действием основного и дополнительного света


Нами показано, что в области начала инфракрасного гашения фототока осуществляется конкуренция процессов возбуждения и гашения, причём в самой точке “Д” интенсивности их одинаковы. Поэтому протекающий ток чувствителен к изменениям внешних условий: температуры, приложенного напряжения, интенсивности основного и гасящего света.

При увеличении температуры, мы наблюдали, что край гашения сползает в сторону меньших длин волн из-за опустошения основных состояний R-центров.

С ростом приложенного напряжения за счет уменьшения повторных захватов дырок процессы гашения активизируется, и точка разветвления оказывается более коротковолновой.

При увеличении интенсивности основного света граница ИК-гашения смещалась в длинноволновую сторону, тогда как увеличение дополнительного света приводит к сдвигу влево.

Таким образом, наблюдаемые изменения объяснены в рамках единой модели за счёт повторных захватов дырок на R-центры. Чувствительность наших кристаллов к вариации параметров внешней среды позволяет использовать их для создания комплексных датчиков нового типа.

Поляризационно-модуляционная спектроскопия наноразмерных плёнок SnO₂

Тарасов Г.А.

Научные руководители – канд.физ.-мат.н. Чебаненко А.П.,

научный сотрудник Филев­ская Л.Н.


Диоксид олова обладает превосходной чувствительностью к разнообраз­ным газам и такой же превосходной химической стабильностью. Поэтому плёнки SnO₂ могут функционировать как сенсоры для контроля окружающей среды. Исследуемые плёнки наноструктурированного диоксида олова были полу­чены с использованием полимерных материалов в золь-гель методе.

Явление поверхностного плазмонного резонанса (ППР) в плёнках SnO₂ была исследовано посредством поляризационно-модуляционной спектроско­пии. Концентрация носителей в диоксиде олова составляет _, по­этому предполагается, что в нём, при воздействии света из видимой об­ласти спек­тра, на границе раздела сред плёнка/воздух, могут возбуждаться поверхност­ные плазмоны – коллективные колебания электронов проводимости.

Суть поляризационной модуляции состоит в том, что исследуемый образец поочередно облучается излучением s- и p-поляризаций без изменения их интенсивности. В таком случае результат измерения, регистрируемый на частоте смены поляризации ω, представляет собой величину _; _ – коэффициенты отражения s- и p- поляризованного света соответственно. Обнаружению явления поверхно­стного плазмонного резонанса должен соответствовать резонансный мини­мум зависимости _.

Обнаружено, что условия поверхностного плазмонного резонанса нару­шены, ввиду взаимодействия плазмонов с поверхностными шероховатостями плёнки SnO₂.

Кроме того, выявлено, что плёнка обладает пористой структурой поскольку из­меренный показатель преломления плёнки, _; это промежуточное зна­чение между показателем преломления объём­ного SnO₂, _, и показате­лем преломления воздуха, _.

Полученные результаты свидетельствуют о значительной чувствительности метода поляризационной модуляции в определении оптических параметров мате­риала.

1. 1. B.K. Serdega, I.E. Matyash, L.S. Maximenko, S.P. Rudenko, V.A. Smyntyna ,V.S. Grinevich, L.N. Filevskaya, B. Ulug, A. Ulug, B.M. Yu ̈cel. Optical constants detection in tin dioxide nano-size layers by surface plasmon resonance investiga­tion. Физика и техника полупроводников, 45, 3, (2011).
   
2. Бережинский Л.И., Максименко Л.С., Матяш И.Е., Руденко С.П., Сердега Б.К. Поляризационно-модуляционная спектроскопия поверхностного плаз­монного резонанса. Оптика и спектроскопия, 105, 2, (2008).
   

СЕКЦИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

(кафедра общей и химической физики)


Вплив форми світлорозсіювачів на визначення їх гідродинамічних радіусів

Ханчич К.Ю.

Науковий керівник – канд.физ.-мат.н. Гоцульський В.Я.


Методи світлорозсіювання є дуже інформативними при вивченні конденсованого стану речовини. Крім того, вони не збурюють об’єкт дослідження, бо є фактично безконтактними. Методи кореляційної лазерної спектроскопії або динамічного розсіювання світла (як їх називають у останній час) дозволяють за характерними часами флуктуацій інтенсивності розсіяного світла визначати характерні часи колективних рухів у об’єкті дослідження. Таким чином, розміри оптичних неоднорідностей визначаються за їх кінетичним коефіцієнтом [1].

Розмір та його розподіл є дуже важливими характеристиками об’єктів у більшості дослідницьких та прикладних задач, де оптичними неоднорідностями є флуктуації густини та концентрації, формені утворення біологічних об’єктів, колоїди, завісі та аерозолі. Ці параметри можуть кардинально змінювати перебіг фізико-хімічних процесів, тому вимір характерних розмірів частинок у реальному часі, наприклад, для нативних біологічних зразків є дуже важливим.

У роботі застосовувались методи кореляційної спектроскопії (як гомодинний так і гетеродинний) та проводилось порівняння отриманих результатів з результатами вимірів на електронному мікроскопі. Дослідними зразками були взяті водні завісі синтезованих у ІГНТ ОНУ імені І.І.Мечникова порошків Al₂O₃ та Mo₂S. Отримані розміри розсіювачів є гідродинамічними радіусами, які розраховуються з коефіцієнту дифузії Таким чином, r – характеристичний розмір оптичної неоднорідності, тобто радіус еквівалентної сферичної частинки, що дифундує у зразку.

Визначення розподілу частинок за гідродинамічними розмірами, як правило, емпіричне, оскільки досліджувані об’єкти мають різні альбедо, коефіцієнти поглинання, форму. Отримані нами розподіли за розмірами частинок порошку Al₂O₃ мають два максимуми, тобто два найбільш ймовірні розміри. Це підтвердила електронна мікроскопія, де також була зафіксована сферичність форми. Два максимуми має і розподіл для Mo₂S, частинки якого пластинчатої форми, що і призводить до отримання у розподілі двох характерних розмірів, хоча мова іде про два характерні рухи однієї частинки.

Тому очевидно, що для адекватного визначення параметрів світлорозсіювачів необхідно враховувати форму частинок, яка може сильно впливати на кінцеві результати.


[1] Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов/ под ред. Г. Камминса и Э. Пайка – М., «Мир», 1978. – 584 с.

ГОРЕНИЕ АЭРОВЗВЕСЕЙ КАПЕЛЬ ЖИДКИХ ГОРЮЧИХ

Павлюк П. О.

Научный руководитель – доктор физ.-мат.н. Золотко А. Н.

Горение распыленного топлива в газообразном окислителе является наиболее эффективным и давно применяемым способом сжигания как твердого, так и жидкого топлива. Широкий спектр применения данного способа организации процесса сгорания топлив, а также ряд нерешенных вопросов позволяет говорить о том, что задача о горении аэровзвеси капель жидкого топлива в газообразном окислителе остается актуальной и сегодня.

В этой связи, целью настоящей работы было выяснить степень влияния коэффициента избытка окислителя , который равен отношению имеющегося количества окислителя к его стехиометрическому значению на – продолжительность горения аэровзвеси капель жидкого горючего в окислительной среде. В качестве объекта исследования было выбрано биотопливо ( рапс-метиловый эфир (РМЭ) ).

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Предложить модель горения аэровзвеси капель жидкого топлива.
   
2. Создать экспериментальный стенд, моделирующий процесс горения капель жидкого горючего, в условиях различного содержания окислителя.
   
3. Провести сравнительный анализ результатов эксперимента и расчета по предложенной модели горения аэровзвеси капель жидкого горючего.
   

Горение монодисперсной аэровзвеси капель можно представить как горение совокупности капель, каждая из которых заключена в адиабатическую и непроницаемую для внешнего окислителя оболочку. Поскольку каждая такая оболочка окружена себе подобными, то составлять и решать задачу можно только для одной из них.

Для проверки адекватности сделанных предположений к реальной ситуации проводились экспериментальные исследования по определению времени горения капель РМЭ в условиях различного соотношения количества топлива и окислителя. Данные эксперимента в сравнении с результатами расчета представлены на рис. 1. Как видно, имеет место хорошее качественное и количественное согласование в области относительно больших значениях коэффициента избытка окислителя. Небольшое количественное расхождение объясняется невозможностью полностью устранить влияние электрического поля в процессе горения капель, которое возникало при поджиге капель электрической искрой. Помимо этого, предположение о безинерционности процессов тепломассопереноса позволило получить аналитические выражения для температуры зоны горения, отношения радиуса зоны горения к радиусу капли и времени горения аэровзвеси как функций коэффициента избытка окислителя – наиболее сильного параметра задачи.


ГОРЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК РАСТВОРОВ

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Нимич А.В.

Научный руководитель – канд. наук Головко В.В.

Одним из важнейших направлений физики горения и взрыва является разработка новых типов горючих, обладающих высокими скоростями горения. Перспективными в этом направлении, являются органические азиды, скорость горения которых превышает скорость горения нитроглицерина.

В этой связи, целью настоящей работы было изучение распространения волн горения по пленкам растворов высокомолекулярных соединений на основе азидоэтанола, нанесенных на медные проволоки. Конкретными задачами исследований было выяснение влияния диаметра подложек и концентрации полиметилметакрилата в растворе азидоэтанола на скорость распространения пламени. Все растворы полимеров являются растворами высокомолекулярных соединений (ВМС).

Как показали эксперименты, скорость пламени уменьшается с увеличением диаметра проволоки. Однако, не смотря на общее подобие кривых, их характер несколько различен. Так для пленок АЭ скорость пламени существенно более резко зависит от диаметра проволоки, чем для пленок растворов ВМС. Очевидно, это связано с механизмом горения самих топлив [1]. Так, АЭ горит в кинетическом режиме. Поскольку скорость горения АЭ экспоненциально зависит от температуры, то определяющим фактором является температура жидкой пленки, которая зависит от условий теплообмена подложки и пленки топлива. С уменьшением диаметра проволоки, теплообмен между факелом и проволокой интенсифицируется, температура пленки возрастает, соответственно растет и скорость горения АЭ. ПММА горит в диффузионном режиме. Диффузионные процессы существенно слабее зависят от температуры. Поэтому для пленок растворов полимера зависимость скорости пламени от диаметра проволоки существенно слабее.

Увеличение концентрации полимера в растворах приводит к снижению скорости распространения пламени по сравнению со скоростью распространения пламени по пленкам АЭ. По-видимому, с увеличением содержания полиметилметакрилата в растворе необходимо учитывать и тепловыделение за счет диффузионного горения газообразных продуктов термического разложения полимера.

Таким образом, скорость распространения пламени по пленкам растворов ВМС в азидоэтаноле определяется как тепловым состоянием подложки и пленки топлива, так и кинетикой химических реакций, определяющих тепловыделение в волне горения. Очевидно, лимитирующими процесс распространения пламени являются реакции термического разложения азидоэтанола и полиметилметакрилата, причем первая реакция экзотермическая, а вторая – эндотермическая.

1. Головко В.В., Баронецкий В.К., Копейка А.К. Распространение пламени по тонким пленкам жидкого топлива на металлических подложках // Физика аэродисперсных систем. – 2005, т 42. – С.76.


ВОСПЛАМЕНЕНИЕ КАПЛИ БИОТОПЛИВА

Харитова М.

Научный руководитель – канд. физ.-мат. наук Копейка А.К.


В работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса воспламенения одиночных капель рапс-метилового эфира (РМЭ) в воздухе.

Решение системы уравнений тепло-массопереноса для области пространства вокруг капли РМЭ проводилось методом сеток с использованием явной разностной схемы.



;

Полученные таким образом температурные и концентрационные профили в области пространства вокруг капли представлены на рисунке.

Распределение безразмерных температуры и концентрации паров РМЭ для t = 5,2 с.

В момент воспламенения капли РМЭ, при t = 5,2с температура паров биотоплива превышала три характеристических интервала. Это значение находится в удовлетворительном согласии с результатами расчета t_в по аналитическому выражению, полученному в рамках квазистационарной модели инертного прогрева капли биотоплива t_в = 7,67с, и данными эксперимента t_в=3,68с.