ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОЗОЛИ
Интерес к аэрозолям непрестанно подогревается обостряющейся
экологической ситуацией, ибо эти самые аэрозоли играют здесь
далеко не последнюю роль. В Институте химической кинетики и
горения аэрозольная тематика присутствует в планах многих научных
коллективов понятно, у каждого свои задачи. В лаборатории
лазерной фотохимии аэрозолями занимается группа во главе со
старшим научным сотрудником, к.ф.-м.н. Андреем Онищуком.
Людмила Юдина,
"НВС"
Андрей Александрович, какие направления исследованийе
аэрозолей в сфере ваших научных интересов?
Нас прежде всего интересует, согласно каким законам
аэрозольные частички соединяются друг с другом, образуя при этом
агломераты с различными свойствами. Например, в одном случае
получаются вытянутые цепочки, на поверхности которых,
соответственно, может осесть много вредных веществ. Они летят
обычно на большие расстояния, легко проникают в легкие человека и
т.д.
В другом случае получаются компактные плотные образования в виде
клубков, и они быстро выпадают из атмосферы.
В ходе исследования образования и роста аэрозольных частиц, этого
чрезвычайно любопытного для исследователя объекта, удалось
обнаружить несколько занятных эффектов. Обратимся к одному из
примеров. В процессе термического разложения газа моносилана с
образованием твердого кремния возникает множество аэрозольных
частиц. Мы изучали процесс в связи с его использованием в
микроэлектронике при производстве интегральных схем. Образование
аэрозолей при этом процесс нежелательный, приводящий к
ухудшению качества продукции. Наблюдая за движением частиц
кремния в процессе их слипания, удалось установить, что эти
частицы устремляются друг к другу с ускорением, образуя в
результате длинные цепочные агломераты.
Но что обеспечивает ускорение частиц? Что заставляет их
двигаться, какие силы вступают в действие? На данный вопрос и
предстояло получить ответ. Изучение движения частиц в
электрическом поле показало, что это электростатические силы.
Но так как сами аэрозольные частицы, образующиеся в ходе
процесса, электрически нейтральны, то ясно,что это диполи,имеющие
положительные и отрицательные заряды на концах.
И еще один существенный момент. В других процессах, таких как
сажеобразование в пламени углеводородных топлив, обнаружено, что
образуется огромное количество и просто заряженных частиц. На
этот факт прежде попросту не обращалось внимание.
В силу каких обстоятельств не придавали этому явлению должного
значения?
Аэрозольная наука еще слишком молода, и в ней множество белых
пятен, нерешенных проблем. Зарождаться эта наука начала где-то в
тридцатые годы. Внимание к аэрозольным проблемам связывают со
временем, когда после первой мировой войны стал особо проявляться
интерес к отравляющим веществам. Развитие отрасли заметно
активизировалось, когда появилось необходимое оборудование
микроскопы, аэрозольные счетчики, соответствующие методики. В
итоге значимые результаты. Так, сравнительно недавно стало
известно, что значительное число аэрозольных систем содержит
заряженные частицы.
Когда идут высокотемпературные процессы, то происходит
хемиионизация, то есть в пламени образуется большое количество
ионов. А раз есть ионы, то и аэрозольные частицы тоже в конце
концов приобретут заряды.
Заряженные частицы, как уже было отмечено выше, образуются и в
системах, где пламя не присутствует. Но они всегда формируют
цепочечные агломераты. А незаряженные образования более
плотные, компактные.
И от этого, как вы упоминали, зависит их дальнейший маршрут...
Назову еще один неожиданный эффект, который мы наблюдали.
Оказывается, наличие зарядов в аэрозольных частицах, которые
образуются при сгорании топлива в реактивных двигателях, приводит
к тому, что образовавшиеся длинные агломераты затем снова
сворачиваются.
Иными словами, сначала идет процесс создания длинных цепочек. А
затем, когда они "набирают" нужную длину, усиливается их
подвижность, концы приходят в движение относительно друг друга. А
на концах, как мы уже отмечали, имеются противоположные заряды,
они притягиваются. И вот эти длинные цепочки начинают приходить в
компактное состояние. То есть, сначала заряды провоцируют
линейный рост, а затем они же заставляют частицы скручиваться.
То есть свойства меняются с точностью до наоборот?
Что-то в этом роде. Появляется возможность манипулировать
свойствами аэрозольных частиц. Мы можем, например, не позволить
цепочке разрастись до критических размеров. Значит, аэрозоль
полетит далеко, много на себя адсорбирует, будет вредной для
человека. А если цепочка достаточно разрастается, то затем
стремительно сожмется, станет компактной и аэрозоль быстро
осядет.
Как я поняла, все эксперименты проводились в лаборатории? А
можно ли перенести их в промышленное производство?
Мы решаем фундаментальную задачу, и пока не ставили перед
собой прикладных целей. Проблема сама по себе довольно широкая
изучение поведения наночастиц (частиц размерами в одну
миллиардную долю метра). Собственно, в ходе работы над
наночастицами и выкристаллизовалась аэрозольная тематика.
Ну, а об использовании принципа в промышленных условиях думаю,
это решаемо. Скажем, есть промышленная установка, в которой
используется процесс горения определенного топлива. Выбросы,
разумеется, идут в атмосферу. Но мы желаем, чтобы они осели в
нужном месте. Вносим в топливо ионизирующие добавки и получаем
желаемый результат. И так в любом процессе.
Беря на вооружение полученные данные, мы сможем со временем
предсказывать, что будет с экологической обстановкой в том или
ином регионе.
С открытыми эффектами связываете большие перспективы?
Широчайшие! Аэрозоли по существу второе состояние вещества,
не соединенного, а раздробленного, с другими свойствами. Они
играют весьма значительную роль во всей нашей жизни. И на этом
завязана вся экология. Возьмите любое промышленное
производство масса процессов идет с аэрозолеобразованием. В лакокрасочной
промышленности, например, широко используют диоксид титана: его
мельчайшие частички, добавляемые в белила, и дают тот самый белый
цвет. Существует огромное многотоннажное производство этих
частичек. Их, конечно, удобнее получать в газовой фазе метод
чистый и непрерывный, хорош с точки зрения выхода продукта.
Активнейшим образом развивается сейчас порошковая металлургия.
Изделия из порошков металлов обладают рядом не сравнимых ни с чем
качеств. И важно с наименьшими затратами производить порошки
металлов. А один из способов получения порошков конденсация
пересыщенных паров металла.
И в любом процессе, где происходит образование пересыщенного
пара, всегда присутствуют аэрозольные частицы.
Так что повторю, аэрозоли интереснейший объект исследования.
Мы, насколько это возможно, изучили одну аэрозольную систему,
перешли к другой. Вывели общие закономерности. Из этого снова
"вычленили" систему и изучаем ее. Процесс познания бесконечен.
Тем более, что в этой области науки еще много белых пятен.
стр.
|