WO2015012715A1

WO2015012715A1 - Способ и устройство наноструктурированного углеродного покрытия

Info

Publication number: WO2015012715A1
Application number: PCT/RU2013/000645
Authority: WO
Inventors: Андрей Митрофанович АНПИЛОВ; Эдуард Михайлович БАРХУДАРОВ; Игорь Антонович КОССЫЙ; Мамикон Арамович МИСАКЯН
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Ск"
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Получение наноструктурированных углеродных покрытий относится к области нанотехнологии. Создание и исследование наноструктурных материалов представляет большой интерес с научной и прикладной точек зрения. Одной из важных прикладных задач является создание покрытий, позволяющих снизить коэффициент вторичной эмиссии электронов в системах мощность приемных СВЧ устройств. Способ получения наноуглеродного покрытия, характеризующийся тем, что поверхность предварительно обрабатывают с помощью разрядов, создают на поверхности рельеф, нагревают поверхность до 50-60C, затем покрывают поверхность слоем наноуглеродистого геля на основе спирта толщиной 1-2 мм, слой геля испаряют в потоке воздуха, нагретого до температуры 50-60C. Устройство для получения наноуглеродного покрытия, содержит емкость с размещенной в ней пластиной, над которой установлены система подачи коллоидного раствора и вентилятор. По результатам измерения коэффициента вторичной эмиссии следует, что полученные покрытия позволяют подавить эффект лавинного размножения вторичных электронов при взаимодействии СВЧ излучения с обработанной поверхностью. Свойство покрытий при их хранении в атмосфере воздуха при нормальном атмосферном давлении в течение времени 1-2 месяцев не меняются.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО

УГЛЕРОДНОГО ПОКРЫТИЯ

Область техники

Получение наноструктурированных углеродных покрытий относится к области нанотехнологий. Создание и исследование наноструктурных материалов представляет большой интерес с научной и прикладной точек зрения (уникальные электрические, магнитные, химические, механические свойства, каталитическая активность, люминесцентные св-ва и др.).

Предшествующий уровень техники

Известны различные способы (физические, химические, комбинированные и др.) формирования наночастиц:

• электрическая дуга,

• импульсно - периодическая дуга и искра,

• лазерная абляция в газах и жидкостях,

• осаждение продуктов химических реакций,

• пиролиз в присутствии металлических катализаторов,

• электрический взрыв проводников,

• каталитическое превращение композиционных порошков в пламенах и др. Наноструктуры углерода, представляют собой метастабильные состояния конденсированного углерода, получение их возможно только в условиях отклонения от термодинамического равновесия. Поэтому большой интерес представляет появившийся в последнее время целый ряд работ, в которых для синтеза наночастиц углерода, металлов и различных композиций используется импульсный электрический разряд в органической жидкостях. Короткий импульсный разряд способствует созданию метастабильных фаз углерода в результате атомизации углерода в высокотемпературном канале разряда и последующем его быстрым охлаждением ("закалкой"). В результате образуется коллоидный раствор наноуглерода.

В последние 20-30 лет явление лавинного высокочастотного пробоя, возникающего из-за вторичной эмиссии электронов активно изучается в связи с влиянием данного процесса на системы генерации и приема мощного высокочастотного излучения. Вторичная эмиссия электронов может нарушать работу СВЧ генератора высокой мощности (N.F. Kovalev, V.E. Nechaev, M.I. Petelin and N.I

Zaitsev, IEEE Trans. Plasma Sci., vol.26, pp/246-251, 1998), а так же ограничивать мощность приемных СВЧ устройств (спутники связи, и другие космические аппараты).

Разработка технологий посвященных подавлению вторичной эмиссии электронов в настоящее время является одной из наиболее актуальных тем в области создания спутников связи и магнетронов повышенной мощности.

Одним из решений данной проблемы является технология, позволяющая обработать металлические компоненты, таким образом, чтоб вызвать существенное уменьшение лавинообразного размножения вторичных электронов. Обычно для этой цели используются тонкие покрытия различных металлов, например: серебро, золото (Secondary Electron Yield Properties of Silver and Silver plated surfaces. T.P. Graves, R.K. Afoakwa, J. A. Young, G. Radharkrishnan. The Aerospace Corporation 2310 E. El Segundo Blvd).

Известен способ нанесения покрытий с помощью золь-гель технологий (Л. Уильяме, У. Адаме. "Нанотехнологии", Издательство: Эксмо, 2009 г.; А.А.Лебедев, И.С.Котоусова, А.А.Лаврентьев, С.П.Лебедев, И.В.Макаренко, В.Н.Петров, А.Н.Титков. Формирование наноуглеродных пленок на поверхности SiC методом сублимации в вакууме, ФТТ, 2009, том 51, выпуск 4.).

Однако реализация указанного метода является продолжительной по времени, затратна и сложна. Способ не позволяет уменьшать коэффициент вторичной эмиссии электронов.

Известно устройство для получения покрытия, содержащее поверхность и устройство подачи расвора (Л. Уильяме, У. Адаме. "Нанотехнологии", Издательство: Эксмо, 2009 г.; А.А.Лебедев, И.С.Котоусова, А.А.Лаврентьев, С.П.Лебедев, И.В.Макаренко, В.Н.Петров, А.Н.Титков. Формирование наноуглеродных пленок на поверхности SiC методом сублимации в вакууме, ФТТ, 2009, том 51, выпуск 4.). Недостатком известного устройства является сложность конструкции, неудобства в эксплуатации. Устройство не позволяет уменьшать коэффициент вторичной эмиссии электронов.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является создание простого дешевого способа получения покрытий позволяющих эффективно уменьшать коэффициент вторичной эмиссии электронов. Способ не требует использования вакуумной техники.

Технический результат достигается тем, что поверхность предварительно обрабатывают с помощью разрядов, создают на поверхности рельеф, нагревают поверхность до 50° - 60°С, затем покрывают поверхность слоем наноуглеродистого геля на основе спирта толщиной 1 -2 мм, слой геля испаряют в потоке воздуха, нагретого до температуры 50° - 60°С.

Периодически повторяют процессы покрытия поверхности слоем гелем и его испарения до образования пленки толщиной <1 -2 мкм.

Используют коллоидный раствор углерода в спирте, полученный с помощью импульсного высоковольтного многоэлектродного разряда с инжекцией нетрального газа в межэлектродное пространство. (A.M. Анпилов, Э.М. Бархударов, И.А. Коссый, М.А. Мисакян. Получение коллоидного раствора наночастиц углерода в спирте с помощью высоковольтного импульсного разряда.ХЬ Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 1 1 - 15 февраля 2013 г.)

Техническим результатом устройства является простота конструкции, удобство эксплуатации, возможность уменьшить коэффициент вторичной эмиссии.

Технический результат устройства достигается тем, что устройство получения наноуглеродного покрытия содержит емкость с размещенной в ней пластиной, над которой установлены система подачи геля на пластину и вентилятор. Пластина может быть выполнена из А1 или Си.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено устройство для получения покрытия. Варианты осуществления изобретения

Устройство содержит емкость 1 для размещения пластины 2, слой геля 3 толщиной 1-2мм, вентилятор 4, создающий струю теплого воздуха t=50°C, устройство 5 для подачи коллоидного раствора на поверхности образца. Пластина может быть металлической из А1, Си (1 * 10* 10мм ).

Процедура получения покрытия заключается в следующем. Образец - плоская, гладкая пластина 2 из А1 или Си плотно размещается в емкости 1 , имеющую глубину 3-4мм. Поверхность пластины предварительно обрабатывается (обезжиривается), кроме того с помощью различного типа разрядов создается рельеф различного типа на поверхности образца. Над пластиной 2 на расстоянии 2-3 мм размещается сопло системы подачи 5, с помощью которого образуется коллоидный слой толщиной 1- 2мм на поверхности пластины. Емкость и пластину нагреваются до температуры 50- 60°С. Включается вентилятор, создающий поток теплого воздуха 50-60°С, направленный параллельно плоскости пластины. После испарения слоя на поверхности пластины образуется углеродная пленка, процесс заполнения и испарения слоя повторяется

необходимое число раз для получения необходимой толщины пленки _3-2мкм. Производительность зависит от насыщения геля углеродом и интенсивности испарения. Как правило, использовался устойчивый коллоидный раствор, который может существовать без выпадения осадка более года. У полученных образцов были измерены коэффициенты вторичной эмиссии. По результатам можно заключить, что полученное покрытие может эффективно подавить эффект лавинного размножения вторичных электронов при взаимодействии СВЧ излучения с обработанной поверхностью. Свойство покрытий при их хранении в атмосфере воздуха при нормальном атмосферном давлении в течение времени 1-2 месяцев не меняются.

Промышленная применимость

Устройство и способ может быть использованы для решения целого ряда прикладных задач, в частности, получение покрытий металла углеродной пленкой с целью уменьшения коэффициента вторичной электронной эмиссии, в технологии выращивания алмазных пленок и стекол, в создании элементов, поглощающих солнечное излучение и др.

Claims

Формула изобретения

1. Способ получения наноуглеродного покрытия, характеризующийся тем, что поверхность предварительно обрабатывают с помощью разрядов, создают на поверхности рельеф, нагревают поверхность до 50°- 60°С, затем покрывают поверхность слоем наноуглеродистого геля на основе спирта толщиной 1-2 мм, слой геля испаряют в потоке воздуха, нагретого до температуры 50°- 60° С.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что периодически повторяют процессы покрытия поверхности слоем геля и его испарения до образования пленки толщиной 1 -2 мкм.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что используют коллоидный раствор углерода в спирте, полученный с помощью импульсного высоковольтного многоэлектродного разряда с инжекцией нейтрального газа в межэлектродное пространство.

4. Устройство получения наноуглеродного покрытия, характеризующееся тем, что содержит емкость с размещенной в ней пластиной, над которой установлены система подачи коллоидного раствора и вентилятор.

5. Устройство по п. 3, характеризующееся тем, что пластина выполнена из А1 или Си.