Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Источники ионов на основе современных ионно-проводящих материалов для модификации поверхности и аэрокосмического применения

Аннотация

Предметом рассмотрения данной статьи являются тенденции развития, конструктивные особенности, режимы работы и технология изготовления ионных источников на основе современных ионно-проводящих материалов.

В статье рассматриваютсятенденции развития, конструктивные особенности, режимы работы и технология изготовления ионных источников на основе современных ионно-проводящих материалов - низкотемпературных ионных жидкостей и твердых электролитов с быстрым ионным транспортом. Основными областями применения таких источников являются модификация поверхности, включая технологическую обработку материалов и структур в микро- и нанометровом диапазонах, ионно-зондовый анализ методом масс- спектрометрии вторичных ионов и аэрокосмические технологии, где они используются в качестве эмиттеров в электростатических ионных двигателях, предназначенных для ускорения и управления спутниками и малоразмерными космическими аппаратами после их отделения от ракеты-носителя.

К ионным жидкостям, в широком смысле этого понятия, могут быть отнесены любые расплавы солей, например, хлорид натрия при температуре выше 800 С. Наибольший интерес представляют расплавы органических солей с температурой плавления ниже IOOoC- низкотемпературные ионные жидкости[1], которые в нашей статье будут именоваться просто ионными жидкостями (ИЖ). Как правило, в состав ионных жидкостей входит сложный объёмный органический катион, а анион может быть, как неорганическим, так и органическим. Сейчас известно более 5000 различных ионных жидкостей, синтез

новых соединений успешно продолжается.ИЖ широко используются в качестве растворителей в «зеленой» химии, в топливных элементах, аккумуляторах и т.д.

Названия, сокращённые обозначения, химические формулы и молекулярные массы ионных жидкостей, используемых в ионных источниках, приведены в таблице №1.

Ионная жидкость

Сокращенное обозначение

Хим. формула и мол. масса (Да)

1 -этил-3 -метил имидазол ий тетрафторборат

[emim]+[BF4]’

C6H11N2BF197.98

1 -этил-3 -метил имидазол ий бис(трифторметилсульфонил)имид

[emim]+[Tf2N]'

C8H11N3O4S2F391.31

1 -бутил-3 -метил имидазол ий бис(трифторметилсульфонил)имид

[bmim]+[Tf2N]'

C10H15N3O4S2F419.36

1-бутил-3-

метилимидазолийгексафторфосфат

[bmim][PF6]'

C8H15N2PF6

284.18

Таблица №1. Ионные жидкости, которые используются в ионных источниках

C точки зрения конструкции и принципов работы, наиболее близкими к ионным источникам с ионными жидкостями (ИИИЖ) являются жидкометаллические ионные источники (ЖМИИ). Схематическое изображение точечного (игольчатого) источника ионов с ионной жидкостью приведено на рис.1. Помимо точечных ИИИЖ также используются капиллярные, линейные щелевые и матричные источники. Детальное описание различных конструкций

ИИИЖ, особенностей их работы обзоре [2].

Отметим, что ИИИЖ могут работать в режимах чисто ионной эмиссии, создавая пучки однократно и многократно заряженных атомарных и кластерных ионов, и эмиссии заряженных капель. Возможен и смешанный режим, при котором источник эмитирует как ионы, так и заряженные капли.

Перечислим основные преимущества источников на ионных жидкостях по сравнению с жидкими металлами. ИИИЖ способны генерировать пучки как положительно, так и отрицательно заряженных ионов с различной массой, в том числе в диапазоне выше 5000 Да. ЖМИИ принципиально не могут производить отрицательные ионные пучки, а масса даже очень технологии изготовления можно найти в

тяжёлых металлических кластерных ионов, например, В17 , не превышает 1500 Да. Рабочее напряжение у ИИИЖ ниже, чем у ЖМИИ из-за более низкого поверхностного натяжения ионных жидкостей. Также отпадает необходимость в нагреве ионных жидкостей, без которого нельзя обойтись в случае жидких металлов и сплавов. Эти преимущества особенно важны для космических аппаратов с ограниченными бортовыми ресурсами.

Применение ИИИЖ для модификации поверхности позволяет проводить локальное химическое травление материалов без напуска активных газов, т.к. пучки первичных ионов ИЖ уже содержат соединения хлора, фтора и кислорода. Использование тяжёлых кластерных ионов с отрицательным зарядом минимизирует эффект зарядки поверхности, поэтому отпадает необходимость в дополнительном источнике электронов для нейтрализации этого заряда.

ИИИЖ могут использоваться в электростатических ионных двигателях для

миниатюрных спутников в формате представляет собой каркас с размерами превышает 1.33 кг.

На высоте 600-700 км от поверхности Земли сила сопротивления воздуха составляет примерно 0.15 микроньютонов, поэтому для автономного маневрирования натакой орбите спутник должен иметь двигатель с силой тяги в несколько десятков мкН .Для обеспечения такой силы тяги было предложено создавать из точечных ИИИЖ упорядоченные структуры (матрицы или чипы). На рис. 2 представлен ячейка матричного источника ионов, изготовленного из пористого никеля. Плотность конических эмиттеров составляла 480 см'2, а в качестве рабочего вещества использовались ионные жидкости [emim][BF4] и [emim][Tf2N], Было

CubeSat, базовая ячейка которых 10x10x10 см3Общий вес спутника не показано[3], что при ускоряющем напряжении 1-2 кВ отдельная матрица размерами 1.22x1.22 см2 способна вырабатывать ток до 400 мкА. Сила тяги при этом составляла 10-20 мкН, а удельный импульс достигал 3000 с.

Разработка источников ионов с ионными жидкостями, получившими образное название «жидкой плазмы или плазмы в бутылке», началась около 10 лет назад. Однако, несмотря на столь короткую историю, они уже сейчас способны конкурировать с газовыми и жидкометаллическими источниками, особенно при создании электростатических ракетных двигателей.

Разработка источников ионов с суперионными твердыми электролитами (ИИСТЭ) находится на начальной стадии. Число ионов, которое можно получить в таком ионном источнике с единицы объема рабочего вещества больше, чем в ИИИЖ из-за более высокой концентрации мобильных ионов в твердом электролите[4] по сравнению с ионной жидкостью. ИИСТЭ лишены основных

недостатков, присущих матричным ионным источникам с низкотемпературной

ионной жидкостью, а именно, недостаточной механической прочности капиллярной системы, обеспечивающей подачу ионной жидкости из резервуара в сопла, и нестабильностью работы источника вследствие химического разложения (деградации) ионной жидкости в процессе испарения из эмитирующего слоя ионов разной полярности.

Нами был разработан и испытан опытный образец точечного источника ионов AgHa основе твердого электролита с быстрым ионным транспортом RbAgHs. Конструкция этого источника запатентована, технология его изготовления и результаты испытаний опубликованы в [5]. Принцип действия источника иллюстрирует рис. 3. Источник состоит из иглы (Agreservoir) диаметром 1.5 мм, на острие которой методом импульсного лазерного осаждения нанесена пленка кристаллического электролита (SolEl) толщиной около 1 мкм. Показано, что при ускоряющем напряжении 10 кВ (Uac) и рабочей температуре 195 °C, которая обеспечивается внешним нагревателем (Heater), источник способен генерировать ионный ток величиной несколько сотен пА в течение нескольких дней. Максимальное значение тока составляло 25-50 нА, и этот ток более, чем на 99% состоял из положительных ионов серебра. Основным механизмом эмиссии ионов в ИИСТЭ является полевое испарение (десорбция) ионов с поверхности пленки твердого электролита при температурах ниже порога термоионной эмиссии и напряженности электрического поля меньше, чем у обычных полевых эмиттеров. При этом пленка твердого электролита выполняет роль транспортной системы, в которой эмитированные ионы серебра постоянно замещаются ионами серебра, поступающими из резервуара. Отдельные источники могут быть собраны в матрицу.

Работа была выполнена при частичной финансовой поддержке Европейского космического агентства (ESAcontractNo. 4000113559/15/NL/CBi) и грантаСЕҒІТЕСиШ/ҒІ8/00068/2013 (Portugal).

 

Литература:

  1. Welton Т. Room-temperature ionic liquids. Solvents for synthesis and catalysis // Chem. Rev. 1999. V.99. P.2071.
  2. Толстогузов А.Б.. Белых С.Ф.. Гуров B.C.. Лозован А.А. и др. Источники ионов на основе низкотемпературных ионных жидкостей для аэрокосмического применения, нанотехнологии и микрозондового анализа // Приборы и техника эксперимента. 2015. №1. С. 5.
  3. Courtney D.G.. Li H.Q.. Losano P. Emission measurements from planar arrays of porous ionic liquid ion sources // J. Phys. D: Appl. Phys. 2012. V. 45. P. 485203.
  4. Agrawal R.C.. Gupta R.K. Superionic solids: composite electrolyte phase - an overview // J. Mat. Sci. 1999. V. 34. P.1131.
  5. Tolstogouzov A.AguasH.. AyouchiR., BelykhS.F.et al. Vacuum solid-state ion-conducting silver source for application in field emission electric propulsion systems// Vacuum. 2016. V.131. P.252.

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.