Исследование термодинамических условий для пиролиза моносилана в циклическом реакторе сжатия

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2022. Том 8. № 4 (32)

Название: 
Исследование термодинамических условий для пиролиза моносилана в циклическом реакторе сжатия


Для цитирования: Цитирование: Ездин Б. С. Исследование термодинамических условий для пиролиза моносилана в циклическом реакторе сжатия / Б. С. Ездин, В. В. Каляда, С. А. Васильев, Ф. К. Шабиев, Ю. В. Пахаруков, Р. Ф. Сафаргалиев // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2022. Том 8. № 4 (32). С. 8-20.

Об авторах:

Ездин Борис Семёнович, кандидат физико-математических наук, доцент, Новосибирский государственный университет; bse@nsu.ru

Каляда Валерий Владимирович, ведущий электроник отдела прикладной физики физического факультета, Новосибирский государственный университет; v.kalyada@nsu.ru

Васильев Сергей Александрович, ведущий инженер прикладной физики физического факультета НГУ, Новосибирский государственный университет; svasiljev@mail.ru; ORCID: 0000-0003-0076-9445
Шабиев Фарид Канафеович, кандидат физико-математических наук, доцент, Тюменский государственный университет; faridshab@mail.ru

Пахаруков Юрий Вавилович, доктор физико-математических наук, профессор, Тюменский государственный университет; pacharukovyu@yandex.ru
Сафаргалиев Руслан Фаридович, аспирант, Тюменский государственный университет; ruslan.safargaliev@mail.ru

Аннотация:

В работе представлены результаты исследования структуры наночастиц кремния, полученных пиролизом моносилана в условиях адиабатического сжатия в циклическом химическом реакторе в атмосфере аргона. Для создания термодинамических условий, необходимых для пиролиза моносилана, применяется циклический реактор сжатия. Реактор представляет собой тепловую машину, позволяющую получать высокие давления и температуру в сжимаемых газах. Показано, что для содержания моносилана в буферном газе не более 20% полный пиролиз происходит в диапазоне пиковых давлений выше 2,5 МПа. Разложение моносилана на кремний и водород сопровождается синтезом кремниевых наночастиц. Просвечивающая электронная микроскопия показала, что наночастицы имеют в основном сферическую форму с размерами от 10 до 150 нм. Максимум размеров частиц приходится на 50-60 нм. Размеры частиц подчиняются логнормальному распределению, что свидетельствует в пользу механизма роста за счет слияния частиц более мелких размеров. Для исследования структурных особенностей частиц использовался метод рентгенофазового анализа. Область когерентного рассеяния частиц составила 4-20 нм.

Список литературы:

  1. Аньшаков А. С. Синтез нанопорошков карбида кремния в двухструйном плазмохимическом реакторе / А. С. Аньшаков, Э. К. Урбах, А. Э. Урбах, В. А. Фалеев, В. С. Чередниченко // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Том 24. № 3 (105). С. 473-482.
  2. Вандышев Е. Н. Фотолюминесценция кремниевых нанокристаллов под действием электрического поля / Е. Н. Вандышев, А. М. Гилинский, Т. С. Шамирзаев, К. С. Журавлев // Физика и техника полупроводников. 2005. Том 39. №. 11. С. 1365-1369.
  3. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. М.: Физматлит, 2005. 410 с.
  4. Ефремов М. Д. Видимая фотолюминесценция нанопорошков кремния, созданных испарением кремния мощным электронным пучком / М. Д. Ефремов, В. А. Володин, Д. В. Марин, С. А. Аржанникова, С. В. Горяйнов, А. И. Корчагин, В. В. Черепков, А. В. Лаврухин, С. Н. Фадеев, Р. А. Салимов, С. П. Бардаханов // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2004. Том 80. № 8. С. 619-622.
  5. Ищенко А. А. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля / А. А. Ищенко, Г. В. Фетисов, Л. А. Асланов. М.: Физматлит, 2011. 647 с.
  6. Поздняков Г. А. Получение наноразмерных порошков кремния разложением моносилана в адиабатическом процессе / Г. А. Поздняков, В. Н. Яковлев, А. И. Сапрыкин // Доклады Академии наук. 2014. Том 456. № 1. С. 60-63. DOI: 10.7868/S0869565214130143
  7. Способ микродугового оксидирования: пат. 2389830 Рос. Федерация: МПК C25D 11/02 / А. А. Никифоров. № 2008115739/02; заявл. 21.04.2008; опубл. 20.05.2010, Бюл. № 14.
  8. Черепанов А. Н. Модификация структуры и свойств никелевых сплавов наноструктурированными композиционными порошками / А. Н. Черепанов, В. Е. Овчаренко, Г. Лю, Л. Цао // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Том 22.
    № 1. С. 131-136.
  9. Ezdin B. S. Fast cyclic compression installation for conversion of light hydrocarbons / B. S. Ezdin, A. E. Zarvin, A. S. Yaskin, V. V. Kalyada, S. A. Konovalov // Chemical and Petroleum Engineering. 2016. Vol. 52. No. 1. Pp. 26-28. DOI: 10.1007/s10556-016-0141-5
  10. Morales-Sánchez A. Topographic analysis of silicon nanoparticles-based electroluminescent devices / A. Morales-Sánchez, J. Barreto, C. Domínguez,
    M. Aceves, K. M. Leyva, J. A. Luna-López, J. Carrillo, J. Pedraza // Materials
    Science and Engineering: B. 2010. Vol. 174. No. 1-3. Pp. 123-126.
    DOI: 10.1016/j.mseb.2010.03.030
  11. Vladimirov A. Synthesis of luminescent Si Nanoparticles using the laser-induced pyrolysis / A. Vladimirov, S. Korovin, A. Surkov, E. Kelm, V. Pustovoy // Laser Physics. 2011. Vol. 21. No. 4. Pp. 830-835. DOI: 10.1134/S1054660X11080032
  12. Wiggers H. Silicon particle formation by pyrolysis of silane in a hot wall gasphase reactor / H. Wiggers, R. Starke, P. Roth // Chemical Engineering & Technology. 2001. Vol. 24. No. 3. Pp. 261-264. DOI: 10.1002/1521-4125(200103)24:3<261::AID-CEAT261>3.0.CO;2-K