Исследования льдообразующих свойств кластеров из нанотрубок оксида цинка

Abstract

Введение. В последние годы в мире растет объем средств, используемых в практике активных воздействий (АВ) на облачные процессы. Серебро, основной компонент средств АВ, является довольно дорогим металлом. Поэтому вопрос снижения содержания серебра в рецептурах пиротехнических составов или использование других эффективных льдообразующих агентов является актуальным. Оксид цинка, как и иодид серебра, обладает льдообразующими свойствами. При возгонке цинка в среде водяного пара образуются кластеры из нанотрубок различных размеров. В связи этим экспериментальные исследования механизма льдообразования на кластерах из нанотрубок оксида цинка представляются актуальной задачей. Результаты этих исследований представлены в настоящей статье.

Материалы и методы исследований. При термической возгонке реагентов образуются наноразмерные частицы, которые объединяются в кластеры. Форма и размер этих кластеров, а также их льдообразующие свойства зависят от термодинамического состояния среды, в которой они образуются. Испытания льдообразующей эффективности таких реагентов должно проводиться в условиях таких же, как в облаках. В статье представлены результаты лабораторного моделирования образования кристаллов льда при взаимодействии кластеров оксида цинка, состоящих из нанотрубок, и результаты их сравнения с используемым на практике активных воздействий пиротехническим составом АД–1, который используется в противоградовых изделиях (ПГИ) типа «Алазань–6» и «Алазань–9» [1].

Результаты исследований и их обсуждение. В статье представлены аппаратура, методика проведения экспериментов по изучению льдообразующих свойств кластеров из нанотрубок оксида цинка, полученных в облачной камере при возгонке цинка в присутствии водяного пара. Эксперименты проводились на лабораторных установках в температурном диапазоне от –3 до –14 °С. Исследована эффективность реагента на основе кластеров из нанотрубок оксида цинка и проведено ее сравнение с эффективностью пиротехнического состава АД-1. Результаты исследований представлены в таблицах 1–6 и на рисунках 2–7.

Выводы. В процессе лабораторных экспериментов выработана методика исследования льдообразующих свойств кластеров из нанотрубок оксида цинка. При возгонке пиротехнического состава АД–1 образуются частицы, имеющие диаметр от 20 нм до 400 нм с модальным значением 70 нм. Кластеры оксида цинка имеют пористую рыхлую структуру, маленькую плотностьи более крупные размеры, почти на два порядка превышающие размеры частиц йодистого серебра. На них формируются ледяные кристаллы бóльших размеров. Суммарная площадь кристаллов, образовавшихся на кластерах из нанотрубок оксида цинка, на порядок больше, чем суммарная площадь кристаллов, образовавшихся на частицах пиротехнического состава АД-1. Реагент, состоящий из кластеров оксида цинка, по льдообразующим характеристикам сравним с пиротехническим составом АД–1 и может быть рекомендован к практическому применению.