Исследование воздействия температуры возгонки металлов на их льдообразующие свойства в условиях высокой относительной влажности

Abstract

Объектом исследования являются кластеры из нановолокон оксидов металлов. В работе приводятся результаты исследования льдообразующих свойств кластеров из нановолокон оксидов цинка и алюминия. В ходе лабораторного моделирования эксперименты проводились в условиях, приближенных к реальным, − в искусственной облачной среде при отрицательных температурах. Использован комплекс аппаратуры, в составе которого малая и большая облачные камеры, которые соединены друг с другом посредством трубы. В малую облачную камеру закладывается реагент и запускается водяной пар. После создания искусственного тумана проводится термическая возгонка реагента и вносится смесь в большую облачную камеру. На дне камеры открываются подложки для сбора частиц реагента образующихся ледяных кристаллов. Затем частицы реагента и ледяные кристаллы изучаются под оптическим и электронным микроскопами. Выявлены особенности синтеза кластеров из нановолокон оксидов металлов и удельного выхода в зависимости от температуры возгонки, относительной влажности в облачной камере. Как показали эксперименты, при возгонке металлов при высоких температурах (800–2000 °С) в присутствии воды образуются кластеры, которые состоят из плотно упакованных наночастиц (нитевидных нановолокон и нанотрубок). Кластеры, попадая в облачную среду, наполняются водой и срабатывают активные зоны, образуются кристаллы льда. По данным экспериментов оксиды металлов обладают неплохими льдообразующими свойствами, особенно в температурном диапазоне –8 … –9 °С. Для оксида цинка этот показатель составляет порядка 1013 частиц с 1 грамма. Оксид алюминия проявляет меньшую льдообразующую активность. Результаты экспериментов показывают, что имеется принципиальная возможность и целесообразность использования кластеров из нановолокон оксидов металлов в качестве добавки к штатному пиротехническому составу или как самостоятельных льдообразующих реагентов.