SU1058429A1

SU1058429A1 - Method of feeding aerosol particles

Info

Publication number: SU1058429A1
Application number: SU823394993A
Authority: SU
Inventors: Н.Н. Белов; А.Е. Негин; Н.А. Елохин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7629
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1986-11-07

Abstract

СПОСОБ ПОДАЧИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, предварительно нанесенных на подложку, отличающийс тем, что, с целью улучшени локализации области, в которой движутс .частицы, предотвращени дроблени частиц, увеличени диапазона размеров подаваемых частиц, расширени диапазона давлений газов, подложку облучают электромагнитным налу- . С -Я чением длительностью от 10 до 10 с с длиной волны от 0,4 мкм до 11 мкм и плотностью энергии от О,1 до 10 Дж/см2.METHOD OF SUPPLY OF AEROSOL PARTICLES previously deposited on the substrate, characterized in that, in order to improve the localization of the area in which the particles move, prevent particle crushing, increase the size range of the supplied particles, expand the pressure range of the gases, the substrate is irradiated with electromagnetic pressure. With a duration of 10 to 10 s with a wavelength of 0.4 μm to 11 μm and an energy density of 0 to 1 J / cm2.

Description

СПSP

00 4 Изобретение относитс к области исследовани физических свойств веществ , в частности к исследованию физических свойств аэрозольных частиц , к области получени и подготовки образцов дл исследовани . Известны способы подачи аэрозольных частиц в заданные области с помо щью аэрозольных генераторов распылительного типа. Распьшиваемый порошок дезагрегируетс в распылительной насадке и потоком сжатого воздуха подаетс в заданную область. , Наиболее близким к предложенному вл етс электродинамический способ подачи частиц в заданную область. Способ заключаетс . в том, что аэрозольные частицы предварительно нанос т на нижнюю пластину электрического конденсатора. При подаче посто нного высокого напр жени на пластины частицы зар жаютс зар дами того же знака, что и пластина. При условии, что силы кулоновского отталкивани превышают силы адгезии частиц к пластине, частицы отталкиваютс от пластины и движутс через воздушный промежуток к пластине конденсатора, зар женной противоположным знаком. Попав на пластину, частицы перезар жаютс , и весь процесс повтор етс вновь, т.е. под действием пол частицы совершают колебательные движени в пространстве между пластинами Указанный способ имеет р д недостатков . При движении частицы рассеиваютс по всей поверхности электродов , кроме того часть части-ц выбрасываетс из межэлектродной области. При соударении частиц с поверхностью электродов происходит их дробление или деформаци . Способ позвол ет подавать частицы с размером лишь более 10 мкм, так как дл частиц с меньшими размерами силы адгезии значительно превышают силы кулоновского отталкивани . С помощью электродинамического способа невозможно создавать дисперсные системы при пониженных давлени х газов, так как снижаетс порог зажигани газового разр да, а при возник новении разр да плазма разр да закорачивает электроды конденсатора. Целью изобретени вл етс улучшение локализации области, в которой .движутс частицы, предотвращение 5 дроблени частиц,увеличение диапазона размеров подаваемых частиц, расширение диапазона давлени газов. Поставленна цель достигаетс тем, что при осуществлении способа подачи аэрозольных частиц, предварительно нанесенных на подложку, последнюю облучают электромагнитным излучением f%- длительностью от 10 с до 10 ее длиной волны от 0,4 до 11 мкм и плотностью энергии от 0,1 до 10 Дж/см. Пример. Частицы корунда размером 3-5 мкм напыл ютс на подложку из стекла К-8. Подложку помещают в газ, например воздух, наход щийс в барокамере при давлении 200 Торр. С незапьшенной стороны подложку облучают импульсным излучением с длиной водны 1,06 мкм и длительностью . После действи импульса электромагнитного излучени с запьшенной стороны подложки по вл ютс аэрозольные частицы из корунда. Подача частиц с помощью электродинамического способа в указанных услови х невозможна из-за электрического пробо промежутка межд,у пластинами конденсатора. Исследование подачи при воздейстВИИ длинных импульсов длительностью от нескольких секунд до 10 с проведено на непрерывном СО -лазере ЛГ-25. Лазерное излучение фокусировалось на подложку. На поверхность подложки предварительно бьши нанесены заданные частицы. Обнаружена, что при длительности облучени ,, большей 10 с, происходит заметное искривление траектории движени частицы . Исследовани с короткими импульсами лазерного излучени бьши вьшолнены на TEA COj-лазере (длительность импульса 1 мкс), ЛГИ-21 (длительность импульса 10 с) и ОГМ-40 (длительность импульса до 5 10 с). Измерени показали, что при уменьшении длительности импульсов менее уменьшаетс начальна скорость направленного движени подаваемьк частиц, В то же врем при таких услови х увеличиваетс интенсивность термоупругой волны в материале подложки. При этом растет веро тность инерционного сброса частиц, удаленных от .области воздействи лазерного излучени . Эксперименты проводились с излучени ми следующих длин волн: 0,337 мкм, 0,53 мкм, 0,477 мкм, 0,63 мкм, 1,06 мкм, 3,3 мкм, 10,6 мкм. Обнаружено, что при испол зовании ультрафиолетового излучени с длиной волны короче 0,4 мкм возможности подачи частиц существен но ограничиваютс возникновением зн чительного поглощени подложки в области, прилегающей к аэрозольной частице. При этом уменьшаетс начал ньш импульсчастицы и увеличиваетс загр знение продуктами разрушени подложки. Использование лазерного излучени с длиной волны более 10 мкм затрудн ет возникновение оптического пробо . Дл излучени с длинами волн начина с 10 мкм, порог оптического пробо воздуха становитс ниже взлета частиц с подложки. Плазма оптичес кого пробо экранирует подложку от лазерного излучени . Кроме того, при оптическом пробое возникает мощна ударна волна, котора стр хивает частицы с Подложки на рассто нии до нескольких сантиметров от места воздействи лазерного излучени на подложку . Исследовани подачи частиц широко го спектра размеров (от 1 мкм до сотек мкм) различных материалов (кварц корунд, окись магни , алюминий, окись железа и Др.) показали, что минимальные значени плотности энерПрототип00 4 The invention relates to the field of studying the physical properties of substances, in particular to the study of the physical properties of aerosol particles, to the field of obtaining and preparing samples for research. Methods are known for supplying aerosol particles to predetermined regions using spray type aerosol generators. The powder to be disintegrated is disaggregated in the spray nozzle and supplied with compressed air to a predetermined area. The closest to the one proposed is the electrodynamic method of introducing particles into a given region. The way is. in that the aerosol particles are pre-deposited on the bottom plate of the electrical condenser. When a constant high voltage is applied to the plates, the particles are charged with charges of the same sign as the plate. Provided that the Coulomb repulsion forces exceed the adhesion forces of the particles to the plate, the particles are repelled from the plate and move through the air gap to the capacitor plate charged by the opposite sign. Once on the plate, the particles are recharged, and the whole process repeats, i.e. under the action of the floor, the particles perform oscillatory motions in the space between the plates. This method has several disadvantages. As the particles move, they are scattered over the entire surface of the electrodes; in addition, a part of the emitter is ejected from the interelectrode region. When particles collide with the surface of the electrodes, they are crushed or deformed. The method allows particles with a size of only more than 10 microns to be supplied, since for particles with smaller sizes, the adhesion forces significantly exceed the Coulomb repulsion forces. Using the electrodynamic method, it is impossible to create disperse systems at low gas pressures, since the gas discharge ignition threshold decreases, and when a discharge occurs, the discharge plasma short-circuits the capacitor electrodes. The aim of the invention is to improve the localization of the area in which the particles move, to prevent particle crushing, to increase the size range of the supplied particles, to expand the pressure range of the gases. The goal is achieved by the fact that when implementing the method of supplying aerosol particles previously deposited on a substrate, the latter is irradiated with electromagnetic radiation f% - duration from 10 s to 10 its wavelength from 0.4 to 11 microns and energy density from 0.1 to 10 J / cm Example. Corundum particles of 3-5 µm in size are sprayed onto a K-8 glass substrate. The substrate is placed in a gas, for example, air that is in a pressure chamber at a pressure of 200 Torr. From the non-extruded side, the substrate is irradiated with pulsed radiation with a water length of 1.06 μm and a duration. After the action of a pulse of electromagnetic radiation, corundum aerosol particles appear on the filled side of the substrate. Submission of particles using the electrodynamic method under the specified conditions is impossible due to the electrical breakdown of the gap between the capacitor plates. The feed test for long pulses with a duration from a few seconds to 10 s was carried out on an LG-25 continuous CO laser. Laser radiation was focused on the substrate. On the surface of the substrate pre-applied preset particles. It was found that with an irradiation duration longer than 10 s, a noticeable curvature of the particle trajectory occurs. Studies with short pulses of laser radiation were performed on a TEA COj laser (pulse duration 1 μs), LGI-21 (pulse duration 10 s) and OGM-40 (pulse duration up to 5 10 s). Measurements have shown that with a decrease in the duration of the pulses, the initial speed of the directional movement of the feed particles decreases less. At the same time, under such conditions, the intensity of the thermoelastic wave in the substrate material increases. This increases the likelihood of inertial discharge of particles remote from the region exposed to laser radiation. The experiments were carried out with the radiation of the following wavelengths: 0.337 µm, 0.53 µm, 0.477 µm, 0.63 µm, 1.06 µm, 3.3 µm, 10.6 µm. It has been found that when using ultraviolet radiation with a wavelength shorter than 0.4 microns, the ability to deliver particles is significantly limited by the occurrence of significant substrate absorption in the region adjacent to the aerosol particle. In this case, the onset of the particle impurity decreases and the substrate degradation products become more contaminated. The use of laser radiation with a wavelength of more than 10 µm makes it difficult to produce optical breakdown. For radiation with wavelengths starting at 10 microns, the optical optical breakdown threshold of the air becomes lower than the take-off of particles from the substrate. Optical sample plasma shields the substrate from laser radiation. In addition, in the case of optical breakdown, a powerful shock wave arises, which shifts particles from the Substrate at a distance of up to several centimeters from the place where the laser radiation acts on the substrate. Studies on the supply of particles of a wide range of sizes (from 1 µm to acte microns) of various materials (quartz corundum, magnesium oxide, aluminum, iron oxide, and others) showed that the minimum density values

Показатель Область нелокалиРазмеры области, зована, частицы в которую подаетраспределены с порошокпо всему простран ству между ее электродами ( -40 мм) Форма и размеры Изменение формы частиц измен ютс и размеров при соударении частиц частиц с пластинами конденсатора Размеры подаваеРазмеры подаваемых мых частиц ограчастиц ничены за счет значительной адгезии мелких частиц. Практичес ки невозможно осуIndicator The area is not local. The dimensions of the region are called, the particles in which are distributed with the powder throughout the space between its electrodes (-40 mm). Shape and size The change in the shape of the particles change and sizes when particles collide with the plates of the capacitor. The dimensions of the supplied particles are divided by particles significant adhesion of small particles. Almost impossible wasp

Предлагаемый способ гии лазерного излучени , при которых наблюдаетс подача частиц, близки дл всех исследованных частиц и составл ют 0,1-0,5 Дж/см. При меньших плотност х излучени наблюдалось свечение частиц на подложке, подача частиц отсутствовала. С увеличением плотности энергии лазерного излуче 1и увеличиваетс начальна скорость частиц в требуемом направлении. Однако при увеличении плотности энергии облучени вьппе 10 Дж/см возникает р д процессов, затрудн ющих подачу частиц в заданную область. При плотност х 15-20 Дж/см происходит испарение значительной части массы частицы (до 80-90%). В случае инфракрасного излучени при плотности от 10 до 40 Дж/см возникает оптический пробой. Излучение видимого диапазона с плотностью энергии излучени более 10 Дж/см образует значительньш кратер на поверхности подложки в области воздействи , причем одновременно с требуемой частицей в заданную область может быть подано большое количество частиц, вл ющихс продуктами эрозии подложки . В заданной области плотностей энергии излучени подача частиц происходит без нежелательных влений. Характеристики прототигга и за вл емого способа сопоставлены в таблице . Область локализована., характерньш размер ее равен диаметру облучаюцего луча ( - 10 мкм) Форма и размеры частиц не измен ютс Способ обеспечивает подачу частиц с размерами от мкм и болееThe proposed laser irradiation methods, in which particles are observed to be supplied, are close to all the particles studied and are 0.1-0.5 J / cm. At lower radiation densities, particles were emitted on a substrate, there was no particle delivery. With an increase in the energy density of the laser radiation 1 and the initial velocity of the particles in the required direction increases. However, with an increase in the irradiation energy density of 10 J / cm, a number of processes occur that impede the flow of particles into a given region. At densities of 15–20 J / cm, a significant portion of the particle mass evaporates (up to 80–90%). In the case of infrared radiation at a density of from 10 to 40 J / cm, an optical breakdown occurs. Visible radiation with a radiation energy density of more than 10 J / cm forms a large crater on the surface of the substrate in the area of action, and simultaneously with the desired particle a large number of particles that are products of substrate erosion can be delivered to a given area. In a given region of radiation energy density, particles are delivered without undesirable effects. The characteristics of the prototegg and the claimed method are compared in the table. The region is localized., Its characteristic size is equal to the diameter of the irradiating beam (-10 µm). The shape and size of the particles do not change. The method ensures the delivery of particles with sizes from µm and more

Показатель ществить подачу частиц с размером менее 10 мкм Способ применим при Область давлений давлени х не ниже газов . 400 ТоррIndicatorize the flow of particles with a size of less than 10 microns. The method is applicable at a pressure range not lower than gases. 400 Torr

Продолжение таблицыTable continuation

Предлагаемый способThe proposed method

Прототип 11 Способ применим при любых давлени х газов Prototype 11 The method is applicable at any gas pressure

Claims

METHOD FOR SUBMITTING AEROSOL PARTICLES previously deposited on a substrate, characterized in that, in order to improve the localization of the region in which the particles move, to prevent crushing of particles, to increase the size range of the supplied particles, to expand the range of gas pressures, the substrate is irradiated with electromagnetic radiation lasting from 10 ~ ⁶ to 10 ^ s with a wavelength of 0.4 μm to 11 μm and an energy density of 0.1 to 10 J / cm ² .

ί

Λ