ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАГЕНТОВ НА ОСНОВЕ КЛАСТЕРОВ ОКСИДА ЦИНКА

УДК 551.509.617

Хучунаев Б.М.

главный научный сотрудник, ФГБУ «ВГИ»

г. Нальчик, РФ Геккиева С.О.

старший научный сотрудник, ФГБУ «ВГИ»

г. Нальчик, РФ Будаев А.Х.

младший научный сотрудник, ФГБУ «ВГИ»

г. Нальчик, РФ

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАГЕНТОВ НА ОСНОВЕ КЛАСТЕРОВ ОКСИДА ЦИНКА

Аннотация

В статье описан комплекс оборудования, методы проведения экспериментов и результаты исследования кластеров из нанотрубок оксида цинка (ZnO). Кластеры получены в искусственной облачной среде при отрицательных температурах. Исходным материалом является порошок цинка. Согласно результатам исследования кластеры из нанотрубок оксида цинка могут стать реагентом для активных воздействий на облачные процессы.

Ключевые слова

Электронный микроскоп, оптический микроскоп, вакуумный пост, реагент, кластеры, нанотрубки, оксид цинка.

Khuchunaev B.M.

Chief Researcher, Federal State Budgetary Institution «VGI»

Nalchik, Russia Gekkieva S.O.

Senior Researcher, Federal State Budgetary Institution «VGI»

Nalchik, Russia Budaev A.Kh.

Junior Researcher, Federal State Budgetary Institution «VGI»

Nalchik, Russia

STUDIES OF REAGENTS BASED ON ZINC OXIDE CLUSTERS Annotation

The article describes a set of equipment, methods of conducting experiments and the results of the study of clusters of zinc oxide nanotubes (ZnO). The clusters were obtained in an artificial cloud environment at subzero temperatures. The starting material is zinc powder. According to the results of the study, clusters of zinc oxide nanotubes can become a reagent for active effects on cloud processes.

Keywords

Electron microscope, optical microscope, vacuum post, reagent, clusters, nanotubes, zinc oxide.

Введение

В работах по активным воздействиям на облака, осадки, туманы применяют различные виды реагентов. Существуют три группы реагентов: льдообразующие реагенты, гигроскопические реагенты,

порошкообразные грубодисперсные реагенты [1,2].

Льдообразующий реагент - вещество, или смесь веществ, используемое в работах по активному воздействию на облака и туманы для создания в них ледяных кристаллов [3].

Использование реагентов, полученных методом термической возгонки, при активных воздействиях на облачные процессы предпочтительнее, так как термическую возгонку легче реализовать при практическом использовании [4].

Поэтому для исследования кластеров оксида цинка разработаны комплекс аппаратуры, методика и получены кластеры оксида цинка.

Аппаратура и методика получения и исследования кластеров оксида цинка

Для проведения исследований разработан комплекс аппаратуры: вакуумный пост, камера возгонки, электронный микроскоп (рис. 1), оптический микроскоп (рис. 2).

Рисунок 1 - Электронный микроскоп ЭММА-4

Рисунок 2 - Оптический микроскоп МБИ-15

Для получения нанотрубок использовался вакуумный пост ВУП-4. В вакуумной камере закрепляют подложку из графита и на нее помещают цинк. В качестве катализатора добавляют порошок графита. Его количество составляет 8% от массы цинка. Камеру закрывают и к контактам подложки прикладывают ток порядка 100 А. Возгонка цинка происходит при температурах от 1000°С до 2500°С.

В качестве эталона нанотрубок использованы образцы нанотрубок фирмы «Агкета» с характеристиками: длиной 5-15 мкм, диаметром 10-15 нм [5]. Количество нанотрубок с заявленными характеристиками составило 90-97%.

Частицы оксида цинка собирали на стеклянные подложки, которые исследовали под оптическим микроскопом. Для исследования под электронным микроскопом образцы осаждали на угольную пленку.

Результаты исследований кластеров оксида цинка

На рисунке 3 приводится фотография нитевидных структур оксида цинка ZnO под электронным микроскопом.

Рисунок 3 - Нитевидные волокна оксида цинка

На рисунке 4 представлена нанотрубка, выращенная по капельному механизму. Из результатов, полученных ранее [6], известно, что нанотрубки образуются в условиях избытка кислорода.

Рисунок 4 - Нанотрубка оксида цинка

На рисунке 5 показаны фотографии полученных образцов под оптическим микроскопом.

Рисунок 5 - Трубки оксида цинка

На рисунке 6 приводится фотография конгломерата из нанотрубок оксида цинка.

Рисунок 6 - Конгломерат из нанотрубок оксида цинка

Нанотрубки и трубки оксида цинка образуются по механизму пар-жидкость-кристалл. Трубки имеют диаметр 7-10 мкм. На микронных трубках образуются конгломераты из нанотрубок диаметром от 20 до 30 нм.

Заключение

Разработана методика получения и исследования кластеров из нанотрубок оксида цинка. Получено, что при термической возгонке цинка образуются различные структуры оксида цинка - кластеры из нанотрубок, нанотрубки, трубки. Нанотрубки и трубки оксида цинка образуются по механизму пар-жидкость-кристалл.

Трубки оксида цинка имеют диаметр 7-10 мкм. На микронных трубках образуются конгломераты из нанотрубок диаметром от 20 до 30 нм.

Список использованной литературы:

1. Частухин А.В., Ким Н.С., Корнеев В.П., Петрунин А.М., Баззаев Т.В., Данелян Б.Г., Хижняк А.Н. Лабораторные исследования механизмов действия порошкообразных реагентов, перспективных для применения в активных воздействиях на облака и туманы. Сборник трудов международной научной конференции «Инновационные методы и средства исследований в области физики атмосферы, гидрометеорологии, экологии и изменения климата». Ставрополь, 2013. - С. 179-182.

2. Корнеев В.П., Щукин Г.Г., Ким Н.С., Колосков Б.П., Несмеянов П.А., Сергеев Б.Н., Петрунин А.М., Бычков А.А., Частухин А.В. Искусственное регулирование атмосферных осадков и рассеяние туманов / В. П.

Корнеев, Г. Г. Щукин, Н. С. Ким [и др.]. - Москва: «Грин Принт», 2019. - 300 с.

3. Данелян Б.Г., Абшаев М.Т., Абшаев А.М., Аджиев А.Х., Иванов В.Н., Дрофа А.С., Козлов В.Н. РД 52.11.8502016. Термины и определения в области активных воздействий на гидрометеорологические процессы и явления / Введ. 2016-07-04. - М.: ЦАО, 2016. - 44 с.

4. Жилинская Е.И., Калов Х.М., Кожевникова И.А., Кудлаев Э.М., Кузнецова И.А., Тлисов М.И., Федченко Л.М. Об оценке эффективности экспериментов по активным воздействиям на облака и туманы // Труды Высокогорного геофизического института. 1991. № 83. С. 109-115.

5. Graphistrength multiwall carbon nanotubes [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.arkema.com/global/en/products/product-finder/product-range/incubator/graphistrength/, свободный. - (дата обращения: 21.12.2023).

6. Хучунаев Б.М., Ташилова А.А., Теунова Н.В., Ажахова Р.А. Лабораторные исследования взаимодействия реагента с облачной средой // В сборнике: Доклады Всероссийской открытой конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы, посвященной 80-летию Эльбрусской высокогорной комплексной экспедиции АН СССР. 2015. С. 226-231.

© Хучунаев Б.М., Геккиева С.О., Будаев А.Х., 2023