Научное сообщество представило революционную математическую модель, открывающую широкие перспективы в создании различных наноматериалов методом плазменного синтеза. Благодаря точной настройке ключевых параметров — температуры, силы тока, напряжения и химического состава плазмы — становится возможным целенаправленное получение наноалмазов, металл-углеродных наночастиц и других углеродных структур. Эти инновационные материалы находят широкое применение в биомедицинских исследованиях и производстве современной электроники. Разработанная модель существенно упрощает процесс их получения, что открывает новые горизонты практического использования. Исследование, получившее поддержку РНФ, опубликовано в авторитетном издании Nanomaterials.
Современные технологии синтеза наноматериалов все чаще обращаются к методу плазменного синтеза — передовому подходу в создании инновационных структур для медицины, химической промышленности и технических приложений. Суть метода заключается в размещении исходных молекул в специально созданной среде ионизированного газа — плазме, где под воздействием электрического тока происходит формирование желаемых структур. Этот метод позволяет создавать впечатляющее разнообразие углеродных форм — от изящных нанотрубок до многогранных фуллеренов и сверхтонких графеновых листов.
Специалисты Казанского национального исследовательского технического университета имени А.Н. Туполева–КАИ достигли значительного прогресса, разработав комплексную физико-математическую модель, детально описывающую процессы формирования плазмы в смеси аргона и метана.
В ходе исследования были проанализированы два принципиально разных подхода к созданию плазмы. Первый вариант предполагает использование вольфрамового катода в сочетании с медным анодом, где эмиссия электронов происходит благодаря термическому воздействию. Второй метод основан на применении медных электродов, где высвобождение электронов обусловлено комбинированным действием температуры и электрического поля.
Исследователи создали универсальную математическую модель, объединяющую оба подхода. Модель показывает, как в процессе газового разряда происходит распад углеводородов на чистый углерод и активные частицы. Параллельно наблюдается процесс испарения медных частиц с поверхности электродов.
Особенно интересным оказалось влияние различных параметров — от силы тока до давления газа — на поведение медных частиц. В зависимости от условий они могут либо катализировать рост наноалмазов, либо участвовать в формировании металл-углеродных наночастиц. Исследование выявило, что вольфрамовый катод способствует преимущественному образованию металл-углеродных структур, тогда как медный катод благоприятствует формированию наноалмазов.
По словам руководителя проекта Алмаза Сайфутдинова, разработанная модель имеет огромное значение как для фундаментальной науки, так и для практических приложений. Она не только раскрывает механизмы дуговых разрядов при использовании различных металлических катодов, но и позволяет оптимизировать условия синтеза разнообразных наноструктур. В перспективе планируется расширение возможностей модели за счет учета пространственных характеристик разряда, применения композитных анодов и анализа конвективных потоков в камере.
Источник: indicator.ru
