See veebileht kasutab küpsiseid kasutaja sessiooni andmete hoidmiseks. Veebilehe kasutamisega nõustute ETISe kasutustingimustega. Loe rohkem
Olen nõus
"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8806
ETF8806 "Metalliaurude ioon-indutseeritud nukleatsioon (1.01.2011−31.12.2014)", Madis Noppel, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8806
Metalliaurude ioon-indutseeritud nukleatsioon
Ion-induced nucleation of metal vapours
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)34,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).33,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.10. FüüsikaP180 Metroloogia, instrumentatsioon1.2. Füüsikateadused (astronoomia ja kosmoseteadus, füüsika ja teised seotud teadused)33,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 760,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 760,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 760,00 EUR
01.01.2014−31.12.201411 760,00 EUR
47 040,00 EUR

Süsiniku nanotorud (SNT) on erakordsete mehaaniliste ja elektriliste omadustega. Seetõttu on nende võimalik paljutõotav kasutusvaldkond lai, ulatudes molekulaar-elektroonikast ja kvantarvutitest kuni materjaliteaduse ja meditsiinini. Lahendust ootavaks akuutseks probleemiks on hästimääratletud omaduste ja atomaarse struktuuriga SNT juhitud kasvatamine. Hetkel näib keemilise auru sadestamise meetod (KAS) olevat kõige paljulubavam meetod saavutamaks mainitud eesmärki. KAS protsessi korral kasvavad SNT katalüütilistel, tavaliselt üleminekurühma metallidest, osakestel, mis hõljuvad gaasifaasis või mis paiknevad substraadil. Katalüütiliste osakeste suurus ja ühesugusus on ühtedeks kõige olulisemateks parameetriteks millede täpse muutmise oskus on hädavajalik saavutamaks soovitud struktuuriga SNT moodustumist. Sageli kasutatava katalüütiliste metalliosakeste kasvatamismeetodi korral tekitatakse tugevasti üleküllastatud metalliaur. Auru nukleatsiooni käigus tekib väga arvukalt väikesi metalliklastreid, mis kasvavad omavahelise koaguleerumise ja auru kondensatsiooni tõttu. Mainitud protsessid toimuvad samaaegselt, mis teeb nende eraldi juhtimise võimatuks. Kogulatsioon põhjustab tekkinud osakeste suurusjaotuse laienemise. Projektis esitatakse idee – kasutada katalüütiliste osakeste tekke ja kasvu juhtimiseks ioonindutseeritud nukleatsiooni. Üleküllastunud aurus algab ioonide kasv väiksema üleküllastuse korral võrreldes üleküllastustega, mille korral esineb spontaanne massiline uute osakeste teke. Me võime koagulatsiooni vältida kui külvame auru piiratud arvu ioone, hoides samal ajal auru kontsentratsiooni piisavalt kõrge, et toimuks ioonide kasv, ja piisavalt madalal, et puuduks spontaanne osakeste teke. Ioonide kondensatsiooniline kasv seejuures vähendab kasvavate ioonide suuruste suhtelist erinevust võrreldes esialgsega. Väikeste klastrite stabiilsus ja aurumolekulide haardevõime on omadused, mis määravad vaadeldud protsesside kulu. Tartu Ülikooli Füüsika instituudi Keskkonnafüüsika labor omab pikaajalist kogemust aerosoolide ja õhuioonide uurimise alal. Projekti ideeks on kasutada seda kogemust, et uurida eksperimentaalselt ja teoreetiliselt metalliaurude ioon-indutseeritud nukleatsiooni. Eesmärgiks on luua teoreetiline ja eksperimentaalne alus kindla suurusega nanoosakeste generaatorite projekteerimisele. Selleks arendatakse üleminekurühma metallide ioon-indutseeritud nukleatsiooni teooriat ja numbrilisi mudeleid toetudes oluliselt ka eksperimentidele.
Carbon nanotubes (CNT) have extraordinary mechanical and electronic properties and have, therefore, a wide range of promising applications from molecular electronics and quantum computing to materials science and medicine. An acute problem, waiting for solutions, is the controlled production of carbon nanotubes with well-defined properties and atomic structure. Currently, chemical vapour deposition (CVD) appears to be the most powerful method for achieving such required structures. In the CVD process CNT grow on catalyst (usually transition metal) particles floating in the gas-phase or on particles that are supported by a substrate. The size and uniformity of these particles are the most essential quantities among the key parameters the precise control of which is necessary for the production of nanotubes with desired architectures. In the frequently applied method of formation of catalyst particles the highly supersaturated vapour of metal is generated. The vapour nucleates, giving birth to a lot of small metal clusters that grow by condensation and coagulation. These processes occur simultaneously, making their separate control impossible. Coagulation causes the widening of the size distribution of growing particles. In this project it is suggested to use ion-induced nucleation to control separately the formation and growth processes of catalyst particles. In supersaturated vapours the growth of ions starts at the lower level of supersaturation compared to the levels of spontaneous particle formation. Keeping vapour density high enough for the ion growth to occur, but low enough to avoid the spontaneous formation of clusters we can prevent coagulation by seeding a limited number of ions. The condensational growth of ions diminishes their initial size differences. The efficiency of small clusters in capturing vapour molecules and their stability are the determinants of these processes. The Laboratory of Environmental Physics of the Institute of Physics of the University of Tartu has a long tradition in the field of physics of aerosols and air ions. The idea of the project is to use this long-time experience and to study both experimentally and theoretically the ion-induced nucleation of metal vapours. The aim is to create theoretical and experimental foundations for designing of generators of highly monodisperse nanoaerosols by developing the theory and numerical models of ion-induced nucleation for transition metals in connection with experiments.
Süsinik nanotorud omavad potentsiaalselt laia rakendusvaldkonda. Soovitud omadustega nanotorude kasvatamisel on juhtiv roll katalüütiliste metallist nanoosakeste suurusel ja ühesugususel. Metalliosakeste kasvatamine laetud tuumadel ja ioonidel avab täiendavaid võimalusi tekitamaks ühesuguseid osakesi, ühtlasi kergendab osakeste laeng nendega manipuleerimist. Kondensatsioonitsentritena aktiveeruvad laetud osakesed laadimata osakestega võrreldes reeglina madalamatel aurude üleküllastustel. Vastavad metalliosakeste nukleatsiooni ja kasvuga seotud teoreetilised mudelid pole aga piisavalt väljaarendatud. Projekti raames on heterogeense nukleatsiooniteooria arendamisel mindud samm edasi ja käsitletud realistlikumaid geomeetriad, kus aurust moodustunud vedelikuklaster asetseb mütsina sfäärilisel laetud nukleatsioonitsentril. On leitud pööratav termodünaamiline töö, mis on vajalik dielektrilisest vedelikust koosneva uue faasi alge moodustamiseks laetud juhtival sfääril. Sfäär algega asetseb ühe- või mitmekomponendilises emafaasis. Käsitlus võtab arvesse molekulide või aatomite spontaanset polarisatsiooni faaside eralduspinnal ja kolme faasi kokkupuutejoone ümbruses. Tuletatud on võrrandid, mis võimaldavad arvutada kriitilise uue faasi alge suuruse, kuju ja keemilise koostise. Tavaliselt metallist katalüütiliste nanoosakeste genereerimisel gaasikeskkonnas kasutatakse suure üleküllastusega metalliaure. Sel juhul mängivad osakeste tekkel juhtivat rolli mõnest aatomist koosnevate klastrite tekke- ja lagunemiskiirused. Projekti raames on tugevate põrgete eeldusel (suhteliselt suur energiavahetus klastrite ja puhvergaasi molekulide vahel) RRKM teooria alusel arvutatud positiivselt ja negatiivselt laetud ning neutraalsete raua dimeeride dissotsiatsiooni ja rekombinatsiooni kiirused sõltuvalt temperatuurist. Vastavad kiiruskonstandid trimeeride korral on arvutatud toetudes klastrite ja gaasimolekulide põrgetel toimuva energiavahetuse „eksponentsiaalne-alla“ mudelile. Arvutatud reaktsioonikiirused on rõhusõltuvuse languspiirkonnas ja sõltuvad võrdeliselt rõhust.