Способ подачи аэрозольных частиц Советский патент 1986 года по МПК G01N1/00 

СП

00 4 Изобретение относится к области исследования физических свойств веществ, в частности к исследованию физических свойств аэрозольных частиц, к области получения и подготовки образцов для исследования. Известны способы подачи аэрозольных частиц в заданные области с помо щью аэрозольных генераторов распылительного типа. Распьшиваемый порошок дезагрегируется в распылительной насадке и потоком сжатого воздуха подается в заданную область. , Наиболее близким к предложенному является электродинамический способ подачи частиц в заданную область. Способ заключается. в том, что аэрозольные частицы предварительно наносят на нижнюю пластину электрического конденсатора. При подаче постоянного высокого напряжения на пластины частицы заряжаются зарядами того же знака, что и пластина. При условии, что силы кулоновского отталкивания превышают силы адгезии частиц к пластине, частицы отталкиваются от пластины и движутся через воздушный промежуток к пластине конденсатора, заряженной противоположным знаком. Попав на пластину, частицы перезаряжаются, и весь процесс повторяется вновь, т.е. под действием поля частицы совершают колебательные движения в пространстве между пластинами Указанный способ имеет ряд недостатков. При движении частицы рассеиваются по всей поверхности электродов, кроме того часть части-ц выбрасывается из межэлектродной области. При соударении частиц с поверхностью электродов происходит их дробление или деформация. Способ позволяет подавать частицы с размером лишь более 10 мкм, так как для частиц с меньшими размерами силы адгезии значительно превышают силы кулоновского отталкивания. С помощью электродинамического способа невозможно создавать дисперсные системы при пониженных давлениях газов, так как снижается порог зажигания газового разряда, а при возник новении разряда плазма разряда закорачивает электроды конденсатора. Целью изобретения является улучшение локализации области, в которой .движутся частицы, предотвращение 5 дробления частиц,увеличение диапазона размеров подаваемых частиц, расширение диапазона давления газов. Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа подачи аэрозольных частиц, предварительно нанесенных на подложку, последнюю облучают электромагнитным излучением f%- длительностью от 10 с до 10 ее длиной волны от 0,4 до 11 мкм и плотностью энергии от 0,1 до 10 Дж/см. Пример. Частицы корунда размером 3-5 мкм напыляются на подложку из стекла К-8. Подложку помещают в газ, например воздух, находящийся в барокамере при давлении 200 Торр. С незапьшенной стороны подложку облучают импульсным излучением с длиной водны 1,06 мкм и длительностью . После действия импульса электромагнитного излучения с запьшенной стороны подложки появляются аэрозольные частицы из корунда. Подача частиц с помощью электродинамического способа в указанных условиях невозможна из-за электрического пробоя промежутка межд,у пластинами конденсатора. Исследование подачи при воздейстВИИ длинных импульсов длительностью от нескольких секунд до 10 с проведено на непрерывном СО -лазере ЛГ-25. Лазерное излучение фокусировалось на подложку. На поверхность подложки предварительно бьши нанесены заданные частицы. Обнаружена, что при длительности облучения,, большей 10 с, происходит заметное искривление траектории движения частицы. Исследования с короткими импульсами лазерного излучения бьши вьшолнены на TEA COj-лазере (длительность импульса 1 мкс), ЛГИ-21 (длительность импульса 10 с) и ОГМ-40 (длительность импульса до 5 10 с). Измерения показали, что при уменьшении длительности импульсов менее уменьшается начальная скорость направленного движения подаваемьк частиц, В то же время при таких условиях увеличивается интенсивность термоупругой волны в материале подложки. При этом растет вероятность инерционного сброса частиц, удаленных от .области воздействия лазерного излучения. Эксперименты проводились с излучениями следующих длин волн: 0,337 мкм, 0,53 мкм, 0,477 мкм, 0,63 мкм, 1,06 мкм, 3,3 мкм, 10,6 мкм. Обнаружено, что при испол зовании ультрафиолетового излучения с длиной волны короче 0,4 мкм возможности подачи частиц существен но ограничиваются возникновением зн чительного поглощения подложки в области, прилегающей к аэрозольной частице. При этом уменьшается начал ньш импульсчастицы и увеличивается загрязнение продуктами разрушения подложки. Использование лазерного излучения с длиной волны более 10 мкм затрудняет возникновение оптического пробоя. Для излучения с длинами волн начиная с 10 мкм, порог оптического пробоя воздуха становится ниже взлета частиц с подложки. Плазма оптичес кого пробоя экранирует подложку от лазерного излучения. Кроме того, при оптическом пробое возникает мощная ударная волна, которая стряхивает частицы с Подложки на расстоянии до нескольких сантиметров от места воздействия лазерного излучения на подложку. Исследования подачи частиц широко го спектра размеров (от 1 мкм до сотек мкм) различных материалов (кварц корунд, окись магния, алюминий, окись железа и Др.) показали, что минимальные значения плотности энерПрототип

Показатель Область нелокалиРазмеры области, зована, частицы в которую подаетраспределеныся порошокпо всему простран ству между ее электродами ( -40 мм) Форма и размеры Изменение формы частиц изменяются и размеров при соударении частиц частиц с пластинами конденсатора Размеры подаваеРазмеры подаваемых мых частиц ограчастицничены за счет значительной адгезии мелких частиц. Практичес ки невозможно осу

Предлагаемый способ гии лазерного излучения, при которых наблюдается подача частиц, близки для всех исследованных частиц и составляют 0,1-0,5 Дж/см. При меньших плотностях излучения наблюдалось свечение частиц на подложке, подача частиц отсутствовала. С увеличением плотности энергии лазерного излуче 1ия увеличивается начальная скорость частиц в требуемом направлении. Однако при увеличении плотности энергии облучения вьппе 10 Дж/см возникает ряд процессов, затрудняющих подачу частиц в заданную область. При плотностях 15-20 Дж/см происходит испарение значительной части массы частицы (до 80-90%). В случае инфракрасного излучения при плотности от 10 до 40 Дж/см возникает оптический пробой. Излучение видимого диапазона с плотностью энергии излучения более 10 Дж/см образует значительньш кратер на поверхности подложки в области воздействия, причем одновременно с требуемой частицей в заданную область может быть подано большое количество частиц, являющихся продуктами эрозии подложки. В заданной области плотностей энергии излучения подача частиц происходит без нежелательных явлений. Характеристики прототигга и заявляемого способа сопоставлены в таблице . Область локализована., характерньш размер ее равен диаметру облучаюцего луча ( - 10 мкм) Форма и размеры частиц не изменяются Способ обеспечивает подачу частиц с размерами от мкм и более

Показатель ществить подачу частиц с размером менее 10 мкм Способ применим при Область давлений давлениях не ниже газов . 400 Торр

Продолжение таблицы

Предлагаемый способ

Прототип 11 Способ применим при любых давлениях газов

СПОСОБ ПОДАЧИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, предварительно нанесенных на подложку, отличающийс я тем, что, с целью улучшения локализации области, в которой движутся .частицы, предотвращения дробления частиц, увеличения диапазона размеров подаваемых частиц, расширения диапазона давлений газов, подложку облучают электромагнитным налу- . С -Я чением длительностью от 10 до 10 с с длиной волны от 0,4 мкм до 11 мкм и плотностью энергии от О,1 до 10 Дж/см2.