Проведены экспериментальные и теоретические исследования возможности нитризации дерновоподзолистой почвы. Полученные экспериментальные результаты показывают, что электропроводность образца пахотного горизонта дерновоподзолистой почвы растет со временем воздействия плазмы, электропроводность почвенной пасты после обработки в течение 2 часов равняется 285 мкСм/см, после обработки в течение 4 часов – 317 мкСм/см, при контрольном значении электропроводности образца 115 мкСм/см. Содержание нитратов в водной вытяжке из почвы показывает рост их концентрации за 2 часа обработки до 14,5 мг/л и дальнейшим снижением концентрации при обработке 4 часа 12,8 мг/л, по отношению к контрольному значению 9 мг/л. Расчеты показывают рост концентрации в плазме азотных компонентов. Их нарабатываемые концентрации достигают 51021 см–3, что по порядку величины близко к экспериментальному значению нарабатываемых нитратов за время эксперимента. Результаты подтверждают идею о возможности использования коронного разряда для нитризации бедных почв.
Experimental and theoretical studies of the nitrization possibility of turf-podzolic soil have been carried out. The experimental results obtained show that the electrical conductivity of the sample of the arable horizon of turf-podzolic soil increases with the time of exposure to plasma, the electrical conductivity of the soil paste after treatment for 2 hours is 285 μSm/cm, after treatment for 4 hours is 317 μSm/cm, with a reference value of the electrical conductivity of the sample of 115 μSm/cm. The nitrate content in the aqueous extract from the soil shows an increase in 2 hours to 14.5 mg/l, and a further decrease in 4 hours to 12.8 mg/l, relative to the control of 9 mg/l. Calculations show an increase in plasma concentrations of nitrogen components that enter the soil. Their accumulated concentrations reach 51021 cm-3, which is an order of magnitude close to the experimental value of the accumulated nitrates during the experiment. The results confirm the idea of the possibility of using corona discharge for nitrization of poor soils.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Полученные экспериментальные результаты показывают, что электропроводность образца пахотного горизонта дерновоподзолистой почвы растет со временем воздействия плазмы, электропроводность почвенной пасты после обработки в течение 2 часов равняется 285 мкСм/см, после обработки в течение 4 часов – 317 мкСм/см, при контрольном значении электропроводности образца 115 мкСм/см. Окислительно-восстановительный потенциал водной вытяжки из почвы растет до +187 мВ при 2 часах обработки, а затем при обработке 4 часа падает до +180 мВ. Это показывает, что происходит улучшение качества почвы. Содержание нитратов в водной вытяжке из почвы показывает рост за 2 часа до 14,5 мг/л и дальнейшее падение при обработке за 4 часа до 12,8 мг/л по отношению к контролю 9 мг/л. Последний результат показывает, что действие маломощного коронного разряда приводит к положительному воздействию на свойства приповерхностных слоев почвы. При этом содержание нитратов растет в среднем на 50 %. Проведенные расчеты показывают рост концентрации в плазме азотных компонентов, которые поступают в почву. Их нарабатываемые концентрации достигают 51021 см−3, что по порядку величины близко к экспериментальному значению нарабатываемых нитратов за время эксперимента. Полученные результаты подтверждает идею о возможности использования коронного разряда для нитризации бедных почв. Поэтому использование коронного разряда можно рекомендовать в качестве средства для активации почв в местах рискованной жизнедеятельности человека.
Список литературы
1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Сер. Б. Тематический т. 9-5: Прикладная химия плазмы / под ред. Фортова В. Е. – М.: «Янус-К», 2008.
2. Минеев В. Г. Агрохимия. – М.: Наука, 2006.
3. Александров А. Ф., Бычков В. Л., Бычков Д. В. и др. / Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2011. № 4. С. 67.
4. Panov V. A., Pecherkin V. Y., Vasilyak L. M., et al. / Plasma Phys. Rep. 2021. Vol. 47. P. 623.
5. Bychkov V. L., Chernikov V. A., Deshko K. I., et al. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2021. Vol. 49. № 3. P. 1028.
6. Bychkov V. L., Bikmukhametova A. R., Chernikov V. A., Deshko K. I., et al. / IEEE Trans. Plasma Sci. 2020. Vol. 48. № 2. P. 350.
7. Бычков В. Л., Шваров А. П., Горячкин П. А. и др. / Прикладная физика. 2023. № 6. С. 11.
8. Ardelyan N. V., Bychkov V. L., Bychkov D. V., Kosmachevskii K. V. In Plasma assisted combustion, gasification and pollution control. Vol. 1 / Ed. Matveev I. B. – Denver, Colorado: Outskirts press, 2013.
9. Kossyi I. A., Kostinskiy A., Matveev A. A. / Plasma Sources Sci. Tech. 1992. Vol. 1. P. 207.
10. Sekimoto K., Takayama M. / Eur. Phys. J. D. 2008. Vol. 50. P. 297.
11. Atkinson R., Baulch D. L., Cox R. A., Crowley J. N., et al. / Chem. Phys. 2004. Vol. 4. P. 1461.
12. Чистолинов А. В., Якушин Р. В., Лубин А. А., Угрюмов А. В. / Прикладная физика. 2024. № 6. С. 17.
1. Encyclopedia of low-temperature plasma: Series B. Thematic Vol. 9-5: Applied Plasma Chemistry / ed. Fortov V. E. Moscow, Janus-K, 2008 [in Russian].
2. Mineev V. G. Agrochemistry. Moscow, Nauka, 2006 [in Russian].
3. Alexandrov A. F., Bychkov V. L., Bychkov D. V., et al., Vestnik Moscow Univ. Ser. 3. Phys. Astron. № 4, 67 (2011) [in Russian].
4. Panov V. A., Pecherkin V. Y., Vasilyak L. M., et al., Plasma Phys. Rep. 47, 623 (2021).
5. Bychkov V. L., Chernikov V. A., Deshko K. I., et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 49 (3), 1028 (2021).
6. Bychkov V. L., Bikmukhametova A. R., Chernikov V. A., Deshko K. I., et al., IEEE Trans. Plasma Sci. 48 (2), 350 (2020).
7. Bychkov V. L., Shvarov A. P., Goryachkin P. A., et al., Applied Physics, № 6, 11 (2023) [in Russian].
8. Ardelyan N. V., Bychkov V. L., Bychkov D. V., and Kosmachevskii K. V. In Plasma assisted combustion, gasification and pollution control. Vol. 1 / Ed. Matveev I. B. Denver, Colorado, Outskirts press, 183 (2013).
9. Kossyi I. A., Kostinskiy A., and Matveev A. A., Plasma Sources Sci. Tech. 1, 207 (1992).
10. Sekimoto K. and Takayama M., Eur. Phys. J. D. 50, 297 (2008).
11. Atkinson R., Baulch D. L., Cox R. A., Crowley J. N., et al., Chem. Phys. 4, 1461 (2004).
12. Chistolinov A. V., Yakushin R. V., Lubin A. A., and Ugryumov A. V., Applied Physics, № 6, 17 (2024) [in Russian].
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Влияние экзосферы Земли на микродеструкцию материалов орбитальных станций Василяк Л. М., Пеклевский А. В., Прокопович С. П., Чикирев В. Н., Шубралова Е. В. 7
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Исследования матричных фотоприемных устройств на основе барьерных структур КРТ средневолнового ИК диапазона спектра Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Яковлева Н. И., Трухачёв А. В., Горн Д. И., Михайлов Н. Н. 14
Капсуляция фоторезистивных структур на основе коллоидных квантовых точек HgTe методом атомно-слоевого осаждения Медведев А. Г., Кузьмичёв Д. С., Сапцова О. А., Королева Т. В., Хакимов К. Т., Яковлев В. О., Пономаренко В. П., Попов В. С. 23
Эффективность применения корректора граничной частоты фильтра высоких частот, используемого в сканирующих крупноформатных фотоприёмных устройствах инфракрасного диапазона (ИК ФПУ) Абилов В. В., Стрельцов В. А., Савцов В. В. 31
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Действие неравновесной атмосферной плазмы на гидрофильность поверхности металлов Белоплотов Д. В., Скакун В. С., Сорокин Д. А., Соснин Э. А., Панарин В. А., Зайцев Б. А. 39
Нитризация почвы коронным разрядом Бычков В. Л., Степанов И. Г., Горячкин П. А., Шваров А. П., Бычков Д. В., Логунов А. А. 48
Влияние мощности источника плазмы и состава газовой смеси на параметры сформированных структур на карбиде кремния Климин В. С., Лысенко И. Е. 54
Исследование электрофизических характеристик однофазного плазмотрона с кольцевыми электродами при работе на воздухе Сафронов А. А., Дудник Ю. Д., Васильев М. И., Ширяев В. Н., Васильева О. Б., Никонов А. В., Наконечный Г. В. 59
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Сравнительный анализ рефрактивных и спектральных свойств границы раздела бромида калия с бор-нитридными нанотрубками Кужаков П. В., Каманина Н. В. 66
Влияние стехиометрии и условий синтеза на фазовый состав, структуру и электрофизические свойства тонких пленок халькопиритов AgxCu1-xGaSe2 – перспективных электродов для фотоэлектрохимического разложения воды Ракитин В. В., Кулеметьев И. Д., Бакланова У. Р., Луценко Д. С., Станчик А. В., Рабенок Е. В., Гапанович М. В. 72
Сравнительный анализ спектров поглощения света в пленках фталоцианина цинка на разных подложках Расмагин С. И., Красовский В. И. 81
Сравнение различных методов для измерения модуля упругости Юнга наноструктурированных материалов на примере титана Усеинов А. С., Султанова Г. Х., Лактионов И. В., Федоткин А. П. 87
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Защитная решётка от УФ-излучения для проточных УФ-реакторов с низким аэродинамическим сопротивлением Науменко Д. Е., Колесник Н. А., Василяк Л. М. 94
Водородный генератор тока на основе диода Шоттки Pd/InP Шутаев В. А., Гребенщикова Е. А., Яковлев Ю. П. 101
ПЕРСОНАЛИИ
Юбилей Игоря Дмитриевича Бурлакова 106
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 108
XXVIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике 111
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
The influence of the Earth’s exosphere on the micro-destruction of materials of space stations Vasilyak L. M., Peklevskiy A. V., Prokopovich S. P., Chikirev V. N., and Shubralova E. V. 7
PHOTOELECTRONICS
HgCdTe Barrier Focal Plane Arrays for the Mid-Wave Infrared Range Boltar K. O., Burlakov I. D., Iakovleva N. I., Trukhachev A. V., Gorn D. I., and Mikhailov N. N. 14
Encapsulation of photoresistive structures based on colloidal HgTe quantum dots by atomic layer deposition Medvedev A. G., Kuzmichev D. S., Saptsova O. A., Koroleva T. V., Khakimov K. T., Yakovlev V. O., Ponomarenko V. P., and Popov V. S. 23
Efficiency of applying a high-pass filter cutoff frequency corrector used in the infrared focal-plane array with time delay integration mode (IR-FPA) Abilov V. V., Streltsov V. A., and Savtsov V. V. 31
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Effect of non-equilibrium atmospheric plasma on the hydrophilicity of metal surfaces Beloplotov D. V., Skakun V. S., Sorokin D. А., Sosnin E. А., Panarin V. А., and Zaitsev B. А. 39
Nitrization of soil by corona discharge Bychkov V. L., Stepanov I. G., Goryachkin P. A., Shvarov A. P., Bychkov D. V., and Logunov A. A. 48
Influence of plasma power and gas mixture composition on the formation of structures on silicon carbide Klimin V. S. and Lysenko I. E. 54
Study of the dynamics of arc discharge burning in a methane-hydrogen-containing atmosphere in an alternating current plasma torch Safronov А. A., Dudnik Yu. D., Vasilyev M. I., Shiryaev V. N., Vasilieva O. B., Nikonov A. V., and Nakonechnyi G. V. 59
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Comparative analysis of the refractive and spectral properties of the potassium bromide with boron-nitride nanotubes interface Kuzhakov P. V. and Kamanina N. V. 66
Effect of stoichiometry and synthesis conditions on the phase composition, structure, and electrophysical properties of thin films of AgxCu1-xGaSe2 – chalcopyrites, promising electrodes for photoelectrochemical decomposition of water Rakitin V. V., Kulemetyev I. D., Baklanova U. R., Lutsenko D. S., Stanchik A. V., Rabenok E. V., and Gapanovich M. V. 72
Comparative analysis of absorption spectra in zinc phthalocyanine films on different substrates Rasmagin S. I. and Krasovskii V. I. 81
Application of different methods for measuring modulus of elasticity of nanostructured materials on the example of titanium Useinov A. S., Sultanova G. H., Laktionov I. V., and Fedotkin A. P. 87
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
UV protection grating for UV reactors with gas flow Naumenko D. E., Kolesnik N. A., and Vasilyak L. M. 94
Hydrogen current generator based on Pd/InP Schottky diode Shutaev V. A., Grebenshchikova E. A., and Yakovlev Yu. P. 101
PERSONALI
Anniversary of I. D. Burlakov 106
INFORMATION
Rules for authors 108
XXVIII International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics 111
Другие статьи выпуска
Анализ светозащитных решёток (П-образных, сотовых и жалюзийных) для проточных УФ-реакторов выявил противоречие между достижением высокого уровня экранирования УФ-излучения и низкого аэродинамического сопротивления. Для решения этой проблемы предложена жалюзийная решётка с уголковыми ламелями, дополненными прямолинейными входными и выходными участками. Численное моделирование и экспериментальные исследования показали, что уровень ослабления УФ-излучения у новой конструкции сопоставим с лучшим аналогом, которым является П-образная решётка, при снижении аэродинамического сопротивления в 9 раз. Достигнуто выравнивание потока в УФ-реакторе, снижение уровня шума ниже 40 дБ и уменьшение габаритов реактора без потери производительности.
Представлены результаты сравнительного исследования различных методов определения модуля упругости Юнга наноструктурированного титана, полученного методом равноканального углового прессования с последующим волочением. Рассмотрены подходы, основанные на модели Герца, методе инструментального индентирования по Оливеру–Фарру, а также на динамическом механическом анализе (ДМА). Показано, что все методы позволяют получить согласующиеся между собой значения модуля упругости, близкие к табличным данным, при этом различия связаны с фазой процесса нагружения, учитываемой в конкретной модели. Проанализированы особенности применения сферического индентора, позволяющего восстановить диаграмму истинных напряжений–деформаций. Показано, что при малых нагрузках определяющим фактором точности являются шероховатости индентора и исследуемой поверхности, а также уровень шумов. Сделан вывод о целесообразности измерения модуля Юнга методом инструментального индентирования с последующим использованием этой величины при восстановлении полной диаграммы напряжение–деформация по данным индентирования сферическим наконечником.
Созданы пленки бутилзамещенного фталоцианина цинка на различных подложках методом вакуумного напыления. Проведены оптические исследования полученных пленок, в ходе которых измерены их электронные спектры поглощения. Анализ характеристик электронных спектров поглощения показал зависимость свойств пленок бутилзамещенного фталоцианина цинка от природы подложек. Установлено, что кристаллическая форма пленок бутилзамещенного фталоцианина цинка на поверхностях органического и неорганического материала имеет, соответственно, метастабильную -фазу и стабильную -фазу. Выявлено значительное влияние взаимодействия между молекулами бутилзамещенного фталоцианина цинка и молекулами подложек на свойства пленок. Для возможного применения пленок бутилзамещенного фталоцианина цинка в качестве активного элемента в газовых сенсорах необходимо учитывать природу взаимодействия между молекулами бутилзамещенного фталоцианина цинка и молекулами подложек.
Изучено влияние стехиометрии и условий синтеза на фазовый состав, структуру и электрофизические свойства тонких пленок халькопиритов AgxCu1-xGaSe2 на подлож-ках Mo/MoOx.. Установлено, что для получения однофазных пленок наиболее оптима-лен отжиг в парах селена при T = 650 °C в течение времени от 15 мин до 30 мин. Для фотокатодов со структурой Mo/MoOx/Ag0.9Cu0.1GaSe2 получено рекордное значе-ние плотности фототока 1.763 мА/см2 (при Е = -0.517 В относительно 3М хлорсереб-ряного электрода) в условиях освещения, близких к AM1.5, по сравнению с устрой-ствами на основе подобных халькопиритов, описанных в мировой литературе.
Проведен анализ рефрактивных и спектральных свойств границы раздела бромида калия с бор-нитридными нанотрубками. Выполнены расчеты дисперсионных зависимостей показателя преломления бор – нитридных нанотрубок с разной хиральностью, а также дисперсионных зависимостей коэффициента отражения на границе раздела KBr-BNNT с разной хиральностью. Выявлен наиболее оптимальный тип хиральности бор–нитридной нанотрубки во всем исследованном спектральном диапазоне.
Приведены результаты исследования однофазного плазмотрона с кольцевыми электродами мощностью до 10 кВт. Измерения проводились с использованием медных кольцевых электродов при атмосферном давлении при расходе воздуха до 3,5 г/с. Проведено исследование развития разряда плазмотрона при двух положениях высокоскоростной камеры: первое – главная оптическая ось камеры совпадала с главной осью плазмотрона, вторая – главная оптическая ось камеры расположена перпендикулярно струе плазмы на выходе из плазмотрона. Получены временные зависимости интенсивности излучения плазмы внутри камеры и свободного плазменного факела. Проведено сравнение вычисленной по осциллограммам тока и напряжения мощности дуги с наблюдаемой интенсивностью излучения плазмы при фронтальном положении видеокамеры. Определено, что интенсивность излучения плазмы отражает эволюцию мощности дуги с коэффициентом корреляции 0,96.
Изучались процессы формирования структур на поверхности карбида кремния и вли-яние параметров процесса плазмохимической обработки на геометрические парамет-ры сформированных структур. Экспериментально установлены корреляции между мощностью индуктивно-связанной плазмы (ИСП), составом газовой смеси (O₂/SF₆/Ar) и ключевыми параметрами: высотой структур, шероховатостью поверхности и уг-лом наклона стенок. Показано, что увеличение мощности ИСП и концентрации SF₆ в газовой смеси приводит к росту скорости травления. В частности, при мощности ИСП 300 Вт и соотношении газов O₂/SF₆/Ar (81/7/11) достигнуты: высота структуры 983,62 37,64 нм, шероховатость поверхности 14,13 2,15 нм и угол наклона 74,63 1,87.
Определено сравнительное действие неравновесной плазмы атмосферного давления на краевой угол смачивания металлических поверхностей (Cu, нержавеющая сталь, сплав Al-Mg). При этом плазму формировали в апокампическом и наносекундном диффузном разрядах в воздухе и в плазменной струе аргона. Обработка в течение 15, 30, 60, 120 и 240 секунд выявила, что для получения максимальной гидрофильности во всех случаях достаточно 30–60 сек. Более простые в технической реализации апокампический разряд в воздухе и импульсный разряд в потоке аргона не уступают по способности к увеличению гидрофильности наносекундному атмосферному разряду. Отмечено частичное сохранение гидрофильных свойств в течение суток после всех трёх типов обработки.
Рассматривается принципиальное устройство БИС считывания сканирующих фотомодулей (ФМ) инфракрасного диапазона (ИК) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН). Обозначена роль и влияние рекурсивного фильтра высоких частот (ФВЧ) во входных ячейках (ВЯ) БИС считывания на пороговые характеристики ФМ. Приведено математическое описание цифровой коррекции граничной частоты ФВЧ во входной ячейке. Описано устройство и принцип работы обучаемого классификатора, способного разделять ВЗН-каналы на группы по спектральной плотности мощности шума (СПМШ). Проведена коррекция граничной частоты ФВЧ ВЯ БИС считывания для большого количества ВЗН-каналов с разной СПМШ. Рассчитана эффективность применения этой коррекции для увеличения отношения сигнал/шум с учётом проведения стандартной для сканирующих ИК ФМ внутрикадровой обработки. Установлено, что пороговые характеристики без проведения оконной фильтрации в среднем улучшаются на 2,5 %, а с её проведением – всего на 1 %. Отмечено, что при большом количестве ВЗН-каналов с низкочастотным шумом коррекция может ухудшить пороговые характеристики на 1,5 %.
Коллоидные квантовые точки (ККТ) являются перспективным материалом для создания недорогих фотодетекторов инфракрасного диапазона, работающих при комнатной температуре. Однако формирование фоточувствительных слоев на их основе сопровождается образованием поверхностных дефектов и окислением, что приводит к деградации рабочих характеристик устройств. В данной работе для эффективной капсуляции слоя ККТ на основе теллурида ртути HgTe впервые предложено использовать метод атомно-слоевого осаждения для нанесения тонких пленок оксида гафния HfO2. Целесообразность нанесения капсулирующего слоя HfO2 подтверждена исследованиями фотоэлектрических характеристик изготовленных фоторезисторов. Показано, что защитное покрытие способствует снижению величины темнового тока при сохранении величины фотоотклика фоторезистора при облучении лазерным диодом с длиной волны 1550 нм. Полученные результаты демонстрируют потенциал метода АСО для создания стабильных и высокопроизводительных фотодетекторов ИК-диапазона нового поколения.
Исследованы матричные фотоприемные устройства (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра (MWIR) на основе nBn-герероструктур с униполярными барьерами и с барьерами на основе сверхрешеток HgTe/CdHgTe. Измерены вольтамперные, спектральные характеристики и основные параметры фоточувствительных элементов (ФЧЭ) экспериментальных образцов МФПУ. Полученные результаты подтверждают возможность создания приборов на основе барьерных структур CdHgTe средневолнового ИК диапазона спектра.
Исследования по программе космического эксперимента «Тест» физико-химических свойств образующегося мелкодисперсного осадка на поверхности Международной космической станции (МКС) подтвердили возможность его активного участия в агрессивном влиянии собственной внешней атмосферы на развитие микродеструкции материалов МКС. Приведен пример влияния на герметичность уплотнений в иллюминаторах химических элементов высокого сродства к электрону из состава вулканических газов, достигающих поверхности МКС. Наличие графита на стеклах иллюминаторов, пробоотборниках и очистителях указывает на процессы деградации материалов уплотнителя, что может привести к утечкам газовой среды. Эксперимент «Тест» показал, что естественное загрязнение поверхности МКС космозолями требует рассмотрения старения материалов станции и их коррозионной устойчивости с учетом внешней среды.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400