Введение к работе
Актуальность работы следует из того, что успехи в разработке научных основ перспективных технологий с применением неравновесной плазмы электрических разрядов в углеводородах при пониженном давлении определяются уровнем знания кинетики и механизмов физических и химических процессов в этих условиях, их взаимосвязи и зависимости от задаваемых внешних параметров: давления и химического состава плазмы, удельного экерговклада, размеров реактора, времени :пребывания газа в реакторе и т.п. В свою очередь,возможности исследования процессов зависят от наличия разработанных подходов, расчётно-теоретических методов и приёмов, методов диагностики и измерительных устройств, отвечающих специфике объекта исследований. Прогресс в этой области способствует также развитию не-
равновесной пласмохимии органических веществ, физики и химии газового разряда, диагностики и математического моделирования неравновесной химически активной плазмы.
Научная новизна. В итоге проведенной работы создано новое научное направление: исследование кинетики и механизмов физи-ко - химических процессов в неравновесной низкотемпературной плазме самостоятельных электрических разрядов пониженного давления в парах лёгких углеводородов и их смесей с инертными газами:
Разработан новый подход к исследованию кинетики и механизмов физических и химических процессов в плазме электрических разрядов пониженного давления и на поверхности растущей полимерной плёнки, который заключается в следующем:
а) Самостоятельные электрические разряды пониженного давления
рассматриваются с единой точки зрения поиска физических и хи
мических процессов, существенно воздействующих на превращение
исходного углеводорода в низкомолекулярные и высокомолекуляр
ный продукты. Определяются условия, при которых основные чер
ты этих процессов сходным образом проявляются в разрядах по
стоянного и переменного тока.
б) Количественно исследуются взаимосвязи Основных физических
и химических процессов: формирование функции распределения
электронов по энергии, ионизация и гибель заряженных частиц,
возбуждение и девозбуждение частиц плазмы, диссоциация, обра
зование газовых и высокомолекулярного (полимерная плёнка) про
дуктов. Устанавливается зависимость кинетики и механизмов
процессов от внутренних параметров плазмы и внешних параметров
разряда.
в) Исследования базируются на сочетании комплекса эксперимен
тальных методов диагностики с теоретическим анализом и систе
матическим моделированием кинетики процессов. Среди методов
диагностики и приёмов моделирования важное место занимают
предложенные и развитые в настоящей работе. В экспериментах
и математическом моделировании последовательно проводится принцип перехода от простых к более сложным объектам исследований: разряд в аргоне, смесях аргона с водородом, смесях аргона с метаном и т.п.
Разработаны и использованы оригинальные экспериментальные установки и измерительные опедства для исследования физических и химических процессов в услов:шх тлеющих разрядов пониженного давления в химически активных газах, в том числе при наличии плазмохимкческой полимеризации.
Разработаны и развиты методы диагностики: новый метод электрического зонда для исследования кинетики роста и некоторых электрофизических свойств диэлектрических слоев; спектрально - оптический метод определения концентрации атомов водорода; новый зондовый метод определения высокоэнергетической части функции распределения электронов по энергии и др.
Разработаны новые математические модели и приёмы моделирования кинетики физических процессов и химического превращения в тлеющем разряде.
Получен большой объём новых экспериментальных и расчётно-теоретических результатов.
Установлены и количественно обоснованы вероятные механизмы основных процессов в плазме и на поверхности растущей плёнчи: возбуждения и ионизации частиц, инициирования диссоциации, образования низкомолекулярных и .высокомолекулярного (ПП) продуктов. Определена зависимость кинетчкиумеханизмов этих процессов от внутренних параметров плазмы и внешних параметров разрядов в метане, этане и этилене и их смесях с аргоном. Определены значения коэффициентов-(констант) скорости ряда газофазных и гете-рофазных реакций. Выявлены некоторые условия, способствующие росту макрочастиц в объёме плазмы.
Эти основные положения выносятся на защиту.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты, основные выводы, разработанные подходы, методы и методики диагностики и математического моделирования, экспериментальные установки и измерительные средства испотьзовались и используются при исследовании кинетики и механизмов физико-химических процессов в тлеющих разрядах в парах органических и элементоор-ганических веществ в условиях осаждения л удаления (травления) слоев в ИНХС АН СССР, при разработке и оптимизации плазмохими-чес::их процессов и технологического оборудования для нанесения и удаления слоев и плёнок и модификациии поверхностных свойств
резино-техническис изделий.
Разделы работы использовались в качестве лекционного материала на Всесоюзных школах по плазмохимии в 1978 г., 1982 г., Национальной молодежной школе по вакуумным, электронным и ионным технологиям АН Болгарии в 1983 г.
Разработанные подходы к исследованию, методы и методики диагностики, приёмы математического моделирования, полученные результаты и основные выводы работы могут быть использованы в таких областях науки: физике и химии тлеющих разрядов в молекулярных газах, неравновесной плазмохимии и плазмохимической полимеризации органических и неорганических веществ, химии высоких энергий и др. в НИФХИ им. Л.Я. Карпова, МГУ им. М.В. Ломоносова, ИАЭ ил. И.В. Курчатова,-ИХФ АН СССР, ИЭПХФ АН СССР и др.
Они могут быть полезны при решении прикладных задач разработки и оптимизации неравновесных процессов нанесения и удаления слоев и плёнок, модификации поверхностных свойств изделий и материалов, изготовления газораздёлительных мембран и т.п. в отраслевых НИИ и КБ.
Апггробация работы и публикации. Материалы диссертации обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах, совещаниях, школах и семинарах: I. 22е. Всесоюзн. совещание по.плазмохимической технологии и аппаратастроению, М., 1977 г., 2. Всесоюзн. симпозиумы по пчазмохимии: 3^2, М., 1979 г., 4^, Днепропетровск, 1984 г., 3. Всесоюзн. конференции по физике низкотемпературной плазмы: 532, Киев, 1979 г., бМ, Ленинград, 1983 г., 7-25, Ташкент, 1987 г., 4. Конференция "Основные направления развития и применения низкотемпературной плазма в машиностроении и металлообработке", Казань, 1979 г., 5. Научные сессии Секции плазмохимии Научного совета АН СССР по химии высоких энергий: Воронеж, 1980 г., Киев, 1984 г., 6. Всесоюзн. школы по плазмохимии: Рига, 1978 г., ёДЗ, Гродно, 1982 г., 7-М, Иваново, 1986 г., 7. Националоная молодежная школа по вакуумным, электронным и ионным технологиям, Болгария, Болгарская Академия Наук, Варна, 1983 г., 8. Всесоюзн. конференция по генераторам низкотемпературной плазмы, 9^2, Фрунзе, 1983 г., 9. Всесоюзн. семинар по
- б -
получению, исследованию и применению низкотемпературной плазы*, М., ИНХС АН СССГ, 1988 г.
Кромо того, результаты работы докладывались на конкурсах научных работ ИНХС АН СССР, 1984 г., 1987 г., научных семинарах з Центральном институте физической химии АН ГДР,-Берлин, 1985 г., ИХФ АН СССР, 1987 г., НИШ им. Л.Я. Карпова, 1987 г.
По материалам диссертации опубликована монография и 52 печатные работы.
Объем и структура диссертации: 331 с. текста, таблиц 10, рис. 147, б глав, введение, выводы и заключение. Библиография 445 названий.
