Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов

В работе исследованы физико-химические аспекты газофазного синтеза нанопорошков в циклическом реакторе при сжатии прекурсоров (метан, этилен, ацетилен) в условиях, близких к адиабатическим, в атмосфере буферных одноатомных газов (аргон, гелий, неон). Изучено влияние давления в реакторе и объемного соотношения прекурсор / буферный газ на состав, морфологию и структуру углеродсодержащих частиц, являющихся продуктами пиролиза. Установлено, что полное разложение наблюдается для всех прекурсоров, но при разных условиях. Тепловое разложение метана, имеющего минимальную энтальпию образования, наблюдалось в атмосфере аргона 97,5 % при пиковом давлении более 10 МПа. Обнаружено, что в атмосфере гелия возможности термической релаксации в условиях быстрых реакций (< 50 мс) существенно ограничены: удалось разложить только ацетилен, имеющий максимальную энтальпию образования. Полученные твердые продукты реакций представляют собой черные порошки с плотностью 20–30 мг/см3. Порошки исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии, комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа. Частицы – полые или с заполненным центром глобулярные луковичные структуры размером до 100 нм. Рентгеноструктурный анализ показал наличие графитоподобных кристаллитов размерами менее 10 нм во всех образцах. Комбинационное рассеяние показало главным образом sp2-гибридизацию углерода. Показаны широкие возможности метода циклического адиабатического сжатия для пиролиза углеводородов с целью производства разнообразных углеродных структур, позволившие осуществить регулируемый выход углеродных наноматериалов с требуемой для практического использования морфологией.