Обзор содержит информацию о разнообразных реализованных способах создания низкотемпературной плазмы, используемой для конверсии углеводородов и спиртов в полезные продукты (водород, ацетилен). Даны примеры устройств для генерации плазмы н основе дуговых, барьерных, электронно-пучковых, и СВЧ-разрядов как в газовой среде, так и в жидкостях.
This review contains information on a variety of implemented methods for creating lowtemperature plasma used to convert hydrocarbons and alcohols into useful products (hydrogen, acetylene). Examples of plasma generation devices based on arc, barrier, electronbeam, and microwave discharges in both gaseous and liquid environments are provided.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Плазма используется для конверсии многих водородсодержащих соединений в различные полезные продукты более века, но только в последние десятилетия начались широкие и детальные экспериментальные и теоретические исследования в этой области. Появилась и изучается концепция плазменного катализа как возможного пути для улучшения или замены традиционного термического и каталитического риформинга в этих целях. Проводится изучение механизмов, описывающих участие и роль активных частиц плазмы в реакциях риформинга различных соединений. Но задача еще далека от полного понимания. Зачастую ограничения в моделировании связаны с отсутствием характеристик, описывающих взаимодействие частиц сложного состава в плазме. Необходим учет ионномолекулярных реакций, причем во многих случаях в системе появляются отрицательные ионы, учет которых тоже необходим. Важным является и то, что в плазме появляется твердая фаза, а для ее корректного описания необходимо учитывать заряжение этих частиц в плазме. Все эти задачи требуют больших усилий при исследовании.
Большую перспективу имеют комбинированные системы с плазмой и катализаторами. На этом пути тоже много проблем, поскольку принципы использования традиционного катализа могут быть не применимы для применения катализаторов в плазме. Нужна разработка подходов для создания таких специализированных катализаторов.
Основным методом получения водорода в настоящее время являет паровой риформинг природного газа. Энергетический выход водорода при использовании этого метода составляет 60 г(Н2)/кВтч. Эта цифра в США принята реперной для сравлнения другими технологиями получения водорода на ближайшее время. Системы плазменного риформинга, которые показали лучшие результаты на данный момент, используют стабилизированную вихревую скользящую дугу или микроволновый разряд [6, 109].
Первый разряд легче реализовать с помощью простого и недорогого источника постоянного тока; однако потенциальным ограничением систем скользящей дуги является возможность работы в энергозатратных режиме термической плазменной дуги. СВЧплазма лучший выбор для риформинга топлива, потому что она сильно неравновесна и имеют высокую удельную мощность – это два самых важных требования, которые необходимы реализации эффекта плазменного катализа. С другой стороны, микроволновые плазменные системы требуют сложных (и дорогих) блоков питания и выполнения специальных требований по обеспечению их работы (но эта проблема будет уменьшаться по мере разработки новых технологий электроники). Это является существенным их недостатком по сравнению со скользящей дугой на сегодняшний день.
В то же время использование СВЧ-разрядов имеет ряд очевидных преимуществ [110].
Это широкий диапазон рабочих давлений (от долей Торр до давлений, превышающих атмосферное давление, широкий диапазон удельной поглощенной мощности (0,1–10 Вт/см), возможность управления внутренней структурой плазмы созданием специальных электродинамических систем, возможность создания плазмы в малых и больших объемах, возможность организации воздействия СВЧ-энергии на твердые частицы, образующиеся в разряде (сюда же относится и, так называемая, микроволновая химия). Другими словами, СВЧ-системы являются более гибкими при создании устройств для различных применений.
Если рассматривать возможность выбора между разрядами в газовой и жидкой фазах, то эта проблема требует дальнейших исследований, поскольку если по разрядам в газах имеется обширная научная литература, то информации по разрядам в жидкостях значительно меньше.
Перспективным направлением является сочетание плазменной и традиционной каталитической технологии. Такое сочетание может уменьшить недостатки, присущие каждой технологии.
Очевидно, что, несмотря на большую, на сегодняшний день эффективность действующих технологий, плазменные технологии имеют значительное преимущество благодаря их простоте, компактности, отсутствию необходимости в катализаторах, малым временам переходных процессов и невысокой цене [10]. Это может быть определяющим при выборе технологического решения для решения конкретных прикладных задач.
Список литературы
1. Шехтер А. Б. Химические реакции в электрическом разряде. – Ленинград, ОНТИ, Главная редакция общетехнической литературы, 1935.
2. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме / под ред. Полака Л. С. – М.: Наука, 1965.
3. Теоретическая и прикладная плазмохимия / под ред. Полака Л. С. – М.: Наука, 1975.
4. Slovetskii D. I. / High Energy Chem. 2006. Vol. 40. № 2. P. 86.
5. Pushkarev A. I., Zhu A-M., Li X-S.,Sazonov R. V. / High Energy Chem. 2009. Vol. 43. № 3. P. 156.
6. Gallagher M. J., Jr., Fridman A. Chapter 8. Plasma Reforming for H2-Rich Synthesis Gas, in Fuel cells: technologies for fuel processing / Edited by Shekhawat D., Spivey J. J., Berry D. A. – Elsevier, 2011. P. 223–259.
7. Nozaki T., Kameshima S., Sheng Z., Tamura K., Yamazaki T. Ch. 8. Plasma-Catalytic Conversion of Methane, in Plasma Catalysis, Xin Tu, J. Christopher Whitehead, Tomohiro Nozaki Editors. – Springer Nature Switzerland AG, 2019.
8. Schneider S., Bajohr S., Graf F., Kolb Th. / ChemBioEng Rev. 2020. Vol. 7. № 5. P. 150.
9. Fridman A. Plasma chemistry. – New York: Cambridge University Press, 2008.
10. Cormier J. M., Rusu I. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34. P. 2798.
11. Yan J., Du C. Hydrogen Generation from Ethanol using Plasma Reforming Technology, Green Energy and Technology. – Zhejiang University Press, Hangzhou and Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2017.
12. Билера И. В., Лебедев Ю. А. / Нефтехимия. 2022.Т. 62. № 2. С. 154.
13. Budhraja N., Pal A., Mishra R. S. / Int. J. Hydrogen energy. 2023. Vol. 48. P. 2467.
14. Tijani M. E. H., Zondag H., Delft Y. Van / ACS Sustainable Chem. Eng. 2022. Vol. 10. P. 16070.
15. Zhao J., Wang D., Zhang L., He M., Ma W., Zhao S. / RSC Adv. 2023 Vol. 13. P. 15261.
16. Fridman A., Nester S., Kennedy L. A., Saveliev A., Mutaf-Yardimci O. / Prog. Energy Combust. Sci. 1999. Vol. 25. P. 211.
17. Paulmier T., Fulcheri L. / Chem. Eng. J. 2005. Vol. 106. P. 59.
18. Пушкарев А. И., Новоселов Ю. Н., Ремнев Г. Е. Цепные процессы в низкотемпературной плазме. – Новосибирск: Наука, 2006.
19. Deminsky M., Jivotov V., Potapkin B., Rusanov V. / Pure Appl. Chem. 2002. Vol. 74. № 3 P. 413.
20. Животов В. К., Потапкин Б. В., Русанов В. Д. Плазменный катализ – явление и приложения: Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Тематический том VIII-1 Химия низкотемпературной плазмы / под ред. Лебедева Ю. А., Платэ Н. А., Фортова В. Е. – М.: Янус-К, 2005. С. 4–36.
21. Русанов В. Д., Бабарицкий А. И., Баранов Е. И., Дёмкин С. А. и др. // Доклады Академии Наук. 1997. Т. 354. № 2. С. 1.
22. Бабарицкий А. И., Баранов Е. И., Деминский М. А., Дёмкин С. А. и др. / Химия Высоких Энергий. 1999. Т. 33. № 1. С. 59.
23. Бабарицкий А. И., Баранов Е. И., Дёмкин С. А., Животов В. К. и др. / Химия Высоких Энергий. 1999. Т. 33. № 6. С. 458.
24. Babaritskyi A., Deminsky M., Gerasimov E., Dyomkin S., et al. Microwave Reactors for Plasma Catalysis / Microwave Discharge: Fundamental and Applications / Ed. by Lebedev Yu. A. – M.: Yanus-K, 2001. P. 187–196.
25. Бабарицкий А. И., Баранов И. Е., Бибиков М. Б., Дёмкин С. А. и др. Разработка бортового автомобильного плазменного конвертора жидкого топлива в синтез-газ / Препринт РНЦ КИ. ИАЭ 63/0213. 2003.
26. Carreon M. L. / Plasma Res. Express. 2019. Vol. 1. P. 043001.
27. Plasma Catalysis / Xin Tu, J. Christopher Whitehead, Tomohiro Nozaki Editors – Springer Nature Switzerland AG/ 2019.
28. Chen H. L., Lee H. M., Chen S. H., Chao Y., Chang M. B. / Catal. B: Env. 2008. Vol. 85. P. 1.
29. Yan J., Du C. Hydrogen Generation from Ethanol Using Plasma Reforming Technology, Hangzhou. – Springer, 2017.
30. Chung W.-C., Chang M.-B. / Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 62. P. 13.
31. Mizeraczyk J., Jasinski M., Dors M., Zakrzewski Z. / AIP Conference Proceedings. 2008. Vol. 993. P. 287.
32. Jasiński M., Dors M., Nowakowska H., Nichipor G. V., Mizeraczyk J. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. Vol. 44. № 19. P. 194002.
33. Czylkowski D., Hrycak B., Miotk R., Jasiński M., et al. / NUKLEONIKA. 2016. Vol. 61. № 2. P. 185.
34. Mizeraczyk J., Jasiński M., Nowakowska H., Dors M. / NUKLEONIKA. 2012. Vol. 57. № 2. P. 241.
35. Miotk R., Jasiński M., Mizeraczyk J. / Plasma Sources Sci. Technol. 2018. Vol. 27. P. 035011.
36. Zherlitsyn A. G., Shiyan V. P., Demchenko P. V. / Resource-Efficient Technologies. 2016. Vol. 2. P. 11.
37. Spath P. L., Mann M. K. / National Renewable Energy Laboratory Technical Report. NREL/TP-570-27637. 2001.
38. Hodges A., Hoang A. L., Tsekouras G., et al. / Nat. Commun. 2022. Vol. 13. P. 1304.
39. Heintze M., Pietruszka B. / Catal. Today. 2004. Vol. 89. P. 21.
40. Cormie I. M., Rusu I. / J. Phys. D: Appl Phys. 2001. Vol. 34. P. 2798.
41. Hrycak B., Czylkowski D., Jasiński M., Dors M., Mizeraczyk J. / Plasma Chem. Plasma Proc. 2019. Vol. 39. P. 695.
42. Zherlitsyn A. G., Shiyan V. P., Demchenko P. V. / Resource-Efficient Technol. 2016. Vol. 2. P. 11.
43. Жерлицын А. Г., Корженко Д. В., Шиян В. П. / Газовая промышленность. 2018. № 11. C. 104.
44. Zhu X., Liu X., Lian H.-Y., Liu J.-L., Li X.-S. / Catal. Today. 2019. Vol. 337. P. 69.
45. Wang B., Peng Y., Yao S. I / Int. J. of Hydr. Energy. 2019. Vol. 44. P. 22831.
46. Martin del Campo J., Coulombe S., Kopyscinski J. / Plasma Chem. and Plasma Proc. 2020. Vol. 40. P. 857.
47. Bromberg L., Cohn D. R., Rabinovich A., Alexeev N., et al. / PSFC JA-06-3 MIT Plasma Science and Fusion Center February 6, 2006.
48. Zhou Z.-P., Zhang J.-M., Ye T.-H., Zhao P.-H. / Chinese Sci Bull. 2011. Vol. 56. P. 2162.
49. Nishida Y., Cheng C-Z., Iwasaki K. / IEEE Trans. on Plasma Sci. 2014. Vol. 42. P. 3674.
50. Kudryashov S. V., Ryabov A. Yu., Ochered’ko A. N. / High Energy Chem. 2017. Vol. 51. № 2. P. 128.
51. Ryabov А. Yu., Kudryashov S. V., Ochered’ko A. N. / Petroleum Chem. 2020. Vol. 60. № 3. P. 380.
52. Taghvae H., Jahanmir A., Reza Rahimpour M., Mohamadzadeh Shirazi M., Hooshmand N. / Chem. Eng. J. 2013. Vol. 226. P. 384.
53. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, вводный том IV /под ред. Фортова В. Е. – М.: Наука, 2000. C. 436–445.
54. Шарафутлинов Р. Г., Зарвин А. Е., Мадирбаев В. Ж. и др. / Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. C. 23.
55. Bruggeman P., Leys C. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2009 Vol. 42. P. 053001.
56. Samukawa S., Hori M., Rauf S., Tachibana K., et al. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2012. Vol. 45. P. 253001.
57. Bruggeman P. J., Kushner M. J., Locke B. R., Gardeniers J. G. E., et al. / Plasma Sources Sci. and Technol. 2016. Vol. 25. P. 053002.
58. Adamovich I., Baalrud S. D., Bogaerts A., Bruggeman P. J., et al. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. Vol. 50. P. 323001.
59. Adamovich I., Agarwal S., Ahedo E., Alves L. L., et al. / J. of Phys. D: Appl. Phys. 2022. Vol. 55. P. 373001.
60. Lebedev Yu. A. / Plasma Phys. Rep. 2017. Vol. 43. P. 676.
61. Horikoshi S., Serpone N. / RSC Adv. 2017. Vol. 7. P. 47196.
62. Lebedev Yu. A. / High Temp. 2018. Vol. 56. № 5. P. 811.
63. Lebedev Yu. A. / Polymers. 2021. Vol. 13. № 11. P. 1678.
64. Averin K. A., Bilera I. V., Lebedev Yu. A., Shakhatov V. A., Epstein I. L. / Plasma Process Polym. 2019. Vol. 16. Р. e1800198.
65. Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Yamashita H., et al. / J. of Appl. Phys. 2009. Vol. 106. P. 073306.
66. Nomura S., Toyota H., Tawara M., Yamashita H. / Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. P. 231502.
67. Mochtar A., Nomura S., Mukasa S., Toyota H. / J. Jap. Inst of Energy. 2017. Vol. 96. № 3. P. 86.
68. Shiraishi R., Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Amano Y. / Int. J. Hydr. Energy. 2019. Vol. 44. P. 16248.
69. Nomura S., Toyota H., Tawara M., Yamashita H. / Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. P. 231502.
70. Lebedev Yu. A., Averin K. A., Tatarinov A. V. / High Energy Chem. 2019. Vol. 54. № 4. P. 331.
71. Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Yamashita H. / J. Appl. Phys. 2009. Vol. 106. P. 073306.
72. Toyota H., Nomura S., Mukasa S. / Int. J. Mater. Sci. and Appl. 2013. Vol. 2. № 3. P. 83.
73. Mochtar A. A., Nomura S., Mukasa S., Toyota H. / J. Jap. Inst of Energy. 2017. Vol. 96. № 3. P. 86.
74. Shiraishi R., Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Amano Y. / Int. J. Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. P. 16248.
75. Batukaev Т. S., Bilera I. V., Krashevskaya G. V., Epstein I. L., et al. / Plasma Process Polym. 2024. Vol. 21. P. e2400139.
76. Pascuzzi S., Anifantis A. S., Blanco I., Mugnozza G. S. / Sustain Times. 2016. Vol. 8. P. 1.
77. Randolph K. / Annual merit review and peer evaluation meeting. – U.S.: DOE. 2013.
78. Dors M., Izdebski T., Berendt J. M. A. / Int. J. Plasma Environ Sci Technol. 2012. Vol. 6. P. 93.
79. Mizeraczyk J. MJ. / Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2016. Vol. 75. P. 24702.
80. Du C., Li H., Zhang L., Wang J., Huang D., Xiao M., et al. / Int. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. P. 8318.
81. Henriques J., Bundaleska N., Tatarova E., Dias F. M. / Int. J. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36. P. 345.
82. Song Feilong, Wu Yun, Xu Shida, Di Jin MJ. / Int. J. Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. P. 3569.
83. Ганиева Р., Тимеркаев Б. А. / Нефтехимия. 2016. Т. 56. № 6. С. 651.
84. Takeda Y., Kusumi M., Masaaki K., Shinoki T., et al. / Proc. 15th Int. Conf. on Fuel Cell Sci. Eng. and Technol. 2017.
85. Martin S., Kraaij G., Ascher T., Baltzopoulou P., et al. / Int. J. Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. P. 75.
86. Nomura S., Toyota H., Tawara M., Yamashita H., Matsumoto K. / Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. P. 231502.
87. Yu Z., Sun B., Ding G., Liu J., Zhu X., Xin Y. / J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2025. Vol. 190. P. 107119.
88. Zhu T., Sun B., Zhu X., Wang L., Xin Y., Liu J. / J. Anal. Appl. Pyrolysis. 2021. Vol. 156. P. 105111.
89. Wang B., Sun B., Zhu X., Yan Z. / Int. J. Hydr. Energy. 2016. Vol. 41. P. 7280.
90. Batukaev Т. S., Bilera I. V., Krashevskaya G. V., Lebedev Yu. A., Epstein I. L. / Plasma. Process. Polym. 2023. Vol. 20. Iss. 6. P. e2300015.
91. Lebedev Yu. A., Averin K. A. / J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. Vol. 51. Р. 214005.
92. Timerkaev B. A., Galeeva I. G., Andreev N. G., Farhutdinov G. R. / High Energy Chem. 2024. Vol. 58. Suppl. 3. P. S451.
93. Булычев Н. А., Кириченко М. Н., Казарян М. А. / Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2018. № 16-18. C. 264.
94. Bulychev N. A. / Int. J. of Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46. P. 21298.
95. Koh C. A., Sloan E. D., Sum A. K., Wu D. T. / Ann. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2011. Vol. 2. P. 237.
96. Putra A. E. E., Nomura S., Mukasa S., Toyota H. / Int. J. of Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37. Iss. 21. P. 16000.
97. Rahim S., Nomura S., Mukasa S., Toyota H. / Appl. Thermal Engineering. 2015. Vol. 90. P. 120.
98. Nedybaliuk O. A., Chernyak V. Y., Fedirchyk I. I., Demchina V. P., et al. / Questions of atomic science and technology. 2016. Vol. 6. P. 276.
99. Lian H. Y., Liu J. L., Li X. S., Zhu X., et al. / Engineering J. 2019. Vol. 369. P. 245.
100. Wang B., Lü Y., Zhang X., Hu S. / J. Natural Gas Chem. 2011. Vol. 20. P. 151.
101. Henriques J., Bundaleska N., Tatarova E., et al. / Int. J. Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36. P. 345.
102. Tatarova E., Bundaleska N., Dias F. M., Tsyganov D., et al. / Plasma Sources Sci.& Technol. 2013. Vol. 22. P. 065001.
103. Wang Y. F., You Y. S., Tsai C. H., Wang L. C. / Int. J. Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. P. 9637.
104. Hrycak B., Czylkowski D., Miotk R., Dors M., et al. / Open Chem. 2015. Vol. 13. P. 317.
105. Miotk R., Hrycak B., Czylkowski D., Dors M., et al. / Plasma Sources Sci. &Technol. 2016. Vol. 25. P. 035022.
106. Bardos L., Baránková H., Bardos A. / Plasma Chem. Plasma Proc. 2017. Vol. 37. P. 115.
107. Liu J., Xin Y., Yang Y., Wang Q., et al. / J. Environ. Chem. Eng. 2025. Vol. 13. P. 117106.
108. Liu J.-L., Zhu T. H., Sun B. / Int. J. Hydrogen Energy. 2022. Vol. 47. P. 12841.
109. Mizeraczyk J., Urashima K., Jasinski M., Dors M. / Int. J. of Plasma Environmental Sci. & Technol. 2014. Vol. 8. P. 89.
110. Lebedev Yu. A. / Plasma Sources Sci. and Technol. 2015. Vol. 24. P. 053001.
1. Shekhter A. B., Chemical reactions in electric discharges, Leningrad, ONTI, Main editorial board of general technical literature, 1935 [in Russian].
2. Kinetics and thermodynamics of chemical reactions in low-temperature plasma /ed. Polak L. S., Moscow, Nauka, 1965 [in Russian].
3. Theoretical and applied plasma chemistry /ed. Polak L. S., Moscow, Nauka, 1975 [in Russian].
4. Slovetskii D. I., High Energy Chem. 40 (2), 86 (2006).
5. Pushkarev A. I., Zhu A-M., Li X-S., and Sazonov R. V., High Energy Chem. 43 (3), 156 (2009).
6. Gallagher M. J., Jr., and Fridman A. Chapter 8. Plasma Reforming for H2-Rich Synthesis Gas, in Fuel cells: technologies for fuel processing, ed. Shekhawat D., Spivey J. J., Berry D. A., Elsevier, 2011, pp. 223–259.
7. Nozaki T., Kameshima S., Sheng Z., Tamura K., and Yamazaki T., Chapter 8. Plasma-Catalytic Conversion of Methane, in Plasma Catalysis / eds. Xin Tu, Whitehead J. C., Nozaki T., Springer Nature Switzerland AG 2019.
8. Schneider S., Bajohr S., Graf F., and Kolb Th., ChemBioEng Rev. 7 (5) 150 (2020).
9. Fridman A., Plasma chemistry, New York, Cambridge University Press, 2008.
10. Cormier J. M. and Rusu I., J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 2798 (2001).
11. Yan J. and Du C., Hydrogen Generation from Ethanol using Plasma Reforming Technology, Green Energy and Technology, Zhejiang University Press, Hangzhou and Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2017.
12. Bilera I. V. and Lebedev Yu. A., Petroleum Chem. 62 (4), 329 (2022).
13. Budhraja N., Pal A., and Mishra R. S., Int. J. Hydrogen energy 48, 2467 (2023).
14. Tijani M. E. H., Zondag H., and Delft Y. Van, ACS Sustainable Chem. Eng. 10, 16070 (2022).
15. Zhao J., Wang D., Zhang L., He M., Ma W., and Zhao S., RSC Adv .13, 15261 (2023).
16. Fridman A., Nester S., Kennedy L. A., Savelive A., and Mutaf-Yardimci O., Prog. Energy Combust. Sci. 25, 211 (1999).
17. Paulmier T. and Fulcheri L., Chem. Eng. J. 106, 59 (2005).
18. Pushkariev A. I., Novoselov Yu. N., and Remnev G. E., Chain processes in low-temperature plasma. Novosibirsk, Nauka, 2006 [in Russian].
19. Deminsky M., Jivotov V., Potapkin B., and Rusanov V., Pure Appl. Chem. 74 (3), 413 (2002).
20. Jivotov V. K., Potapkin B. V., and Rusanov V. D., Plasma catalysis – phenomenon and applications / Encyclopedia of Low-Temperature Plasma, Subject Vol. VIII-1 Low-Temperature Plasma Chemistry, eds. Lebedev Yu. A., Plate N. A., Fortov V. E. Moscow, Yanus-K, 2005, pp. 4–36.
21. Rusanov V. D., Babaritskii A. I., Baranov E. I., Diomkin S. A., et al., Doklady Academy of Sciences, 354 (2), 1 (1997) [in Russian].
22. Babaritskii A. I., Baranov E. I., Deminskii M. A., Diomkin S. A., et al., High Energy Chem. 33 (1), 59 (1999).
23. Babaritskii A. I., Baranov E. I., Diomkin S. A., Jivitov V. K., et al., High Energy Chem. 33 (6), 458 (1999).
24. Babaritskyi A., Deminsky M., Gerasimov E., Dyomkin S. et al., Microwave Reactors for Plasma Catalysis / Microwave Discharges: Fundamental and Applications / ed. Lebedev Yu. A. Moscow, Yanus-K, 2001, pp. 187–196.
25. Babaritskii A. I., Baranov I. E., Bibikov M. B., Diomkin S. A., et al., Development of an on-board automotive plasma converter of liquid fuel into synthesis gas. Preprint RRC KI. IAE 63/0213. 2003.
26. Carreon M. L., Plasma Res. Express 1, 043001 (2019).
27. Plasma Catalysis / ed. Xin Tu, Whitehead J. C., Nozaki T. Springer Nature Switzerland AG, 2019.
28. Chen H. L., Lee H. M., Chen S. H., Chao Y., and Chang M. B., Catal. B: Env. 85, 1 (2008).
29. Chung W.-C. and Chang M.-B., Renewable and Sustainable Energy Reviews 62, 13 (2016).
30. Yan J. and Du C., Hydrogen Generation from Ethanol Using Plasma Reforming Technology, Hangzhou, Springer 2017.
31. Mizeraczyk J., Jasinski M., Dors M., and Zakrzewski Z., AIP Conference Proceedings 993, 287 (2008).
32. Jasiński M., Dors M., Nowakowska H., Nichipor G. V., and Mizeraczyk J., J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (19), 194002 (2011).
33. Czylkowski D., Hrycak B., Miotk R., Jasiński M., et al., NUKLEONIKA 61 (2), 185 (2016).
34. Mizeraczyk J., Jasiński M., Nowakowska H., and Dors M., NUKLEONIKA 57 (2), 241 (2012).
35. Miotk R., Jasiński M., and Mizeraczyk J., Plasma Sources Sci. Technol. 27, 035011 (2018).
36. Zherlitsyn A. G., Shiyan V. P., and Demchenko P. V., Resource-Efficient Technologies 2, 11 (2016).
37. Spath P. L. and Mann M. K., National Renewable Energy Laboratory Technical Report, NREL/TP-570-27637, 2001.
38. Hodges A., Hoang A. L., Tsekouras G. et al., Nat. Commun. 13, 1304 (2022).
39. Heintze M. and Pietruszka B., Catal. Today 89, 21 (2004).
40. Cormie I. M. and Rusu I., J. Phys. D: Appl. Phys. 34, 2798 (2001).
41. Hrycak B., Czylkowski D., Jasiński M., Dors M., and Mizeraczyk J., Plasma Chem. Plasma Proc. 39, 695 (2019).
42. Zherlitsyn A. G., Shiyan V. P. and Demchenko P. V., Resource-Efficient Technol. 2, 11 (2016).
43. Zherlitsin A. G., Korgenko D. V., and Shiyan V. P., Gas Industry, № 11, 104 (2018) [in Russian].
44. Zhu X., Liu X., Lian H.-Y., Liu J.-L., and Li X.-S., Catal. Today 337, 69 (2019).
45. Wang B., Peng Y., and Yao S. I., Int. J. of Hydr. Energy. 4, 22831 (2019).
46. Martin del Campo J., Coulombe S., and Kopyscinski J., Plasma Chem. and Plasma Proc. 40, 857 (2020).
47. Bromberg L., Cohn D. R., Rabinovich A., Alexeev N., et al., PSFC JA-06-3 MIT Plasma Science and Fusion Center, February 6, 2006.
48. Zhou Z.-P., Zhang J.-M., Ye T.-H., and Zhao P.-H., Chinese Sci Bull. 56, 2162 (2011).
49. Nishida Y., Cheng C-Z., and Iwasaki K., IEEE Trans. on Plasma Sci. 42, 3674 (2014).
50. Kudryashov S. V., Ryabov A. Yu., and Ochered’ko A. N., High Energy Chem. 51 (2), 128 (2017).
51. Ryabov А. Yu., Kudryashov S. V., and Ochered’ko A. N., Petroleum Chem. 60 (3), 380 (2020).
52. Taghvae H., Jahanmir A., Reza Rahimpour M., Mohamadzadeh Shirazi M., and Hooshmand N., Chem. Eng. J. 226, 384 (2013).
53. Encyclopedia of Low-Temperature Plasma, Vol. IV / ed. Fortov V. E. Moscow, Nauka, 2000, pp. 436–445.
54. Sharafutdinov R. G., Zarvin A. E., Madirbaev B. G., et al., J. Tech. Phys. Letters 31, 23 (2005).
55. Bruggeman P., Leys C., J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 053001 (2009).
56. Samukawa S., Hori M., Rauf S., Tachibana K., et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 253001 (2012).
57. Bruggeman P. J., Kushner M. J., Locke B. R., Gardeniers J. G. E., et al., Plasma Sources Sci. and Technol. 25, 053002 (2016).
58. Adamovich I., Baalrud S. D., Bogaerts A., Bruggeman P. J., et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 323001 (2017).
59. Adamovich I., Agarwal S., Ahedo E., Alves L. L., et al., J. of Phys. D: Appl. Phys. 55, 373001 (2022).
60. Lebedev Yu. A., Plasma Phys. Rep. 43, 676 (2017).
61. Horikoshi S. and Serpone N., RSC Adv. 7, 47196 (2017).
62. Lebedev Yu. A., High Temp. 56 (5), 811 (2018).
63. Lebedev Yu. A., Polymers. 13 (11), 1678 (2021).
64. Averin K. A., Bilera I. V., Lebedev Yu. A., Shakhatov V. A., and Epstein I. L., Plasma Process Polym. 16, e1800198 (2019).
65. Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Yamashita H., et al., J. of Appl. Phys. 106, 073306 (2009).
66. Nomura S., Toyota H., Tawara M., and Yamashita H., Appl. Phys. Lett. 88, 231502 (2006).
67. Mochtar A., Nomura S., Mukasa S., and Toyota H., J. Jap. Inst of Energy. 96 (3), 86 (2017).
68. Shiraishi R., Nomura S., Toyota H., Mukasa S., and Amano Y., Int. J. Hydr. Energy. 44, 6248 (2019).
69. Nomura S., Toyota H., Tawara M., and Yamashita H., Appl. Phys. Lett. 88, 231502 (2006).
70. Lebedev Yu. A., Averin K. A., and Tatarinov A. V., High Energy Chem. 54 (4), 331 (2019).
71. Nomura S., Toyota H., Mukasa S., and Yamashita H., J. Appl. Phys. 106, 073306 (2009).
72. Toyota H., Nomura S., and Mukasa S., Int. J. Mater. Sci. and Appl. 2 (3), 83 (2013).
73. Mochtar A. A., Nomura S., Mukasa S., and Toyota H., J. Jap. Inst of Energy. 96 (3), 86 (2017).
74. Shiraishi R., Nomura S., Toyota H., Mukasa S., Amano Y., Int. J. Hydrogen Energy 44. 16248 (2019).
75. Batukaev Т. S., Bilera I. V., Krashevskaya G. V., Epstein I. L., et al., Plasma Process Polym. 21, e2400139 (2024).
76. Pascuzzi S, Anifantis A. S., Blanco I., and Mugnozza G. S., Sustain Times 8, 1 (2016).
77. Randolph K. Annual merit review and peer evaluation meeting. U.S, DOE, 2013.
78. Dors M., Izdebski T., and Berendt J. M. A., Int. J. Plasma Environ Sci Technol. 6, 93 (2012).
79. Mizeraczyk J. MJ., Eur. Phys. J. Appl. Phys. 75, 24702 (2016).
80. Du C., Li H., Zhang L., Wang J., Huang D., Xiao M., et al., Int. J. Hydrogen Energy 37, 8318 (2012).
81. Henriques J., Bundaleska N., Tatarova E., and Dias F. M., Int. J. Hydrogen Energy 36, 345 (2011).
82. Song Feilong, Wu Yun, Xu Shida, and Di Jin MJ., Int. J. Hydrogen Energy 44, 3569 (2019).
83. Ganieva G. R. and Timerkaev B. A., Petroleum Chem. 56 (9), 869 (2016).
84. Takeda Y., Kusumi M., Masaaki K., Shinoki T., et al., Proc. 15th Int. Conf. on Fuel Cell Sci., Eng. and Technol. 2017.
85. Martin S., Kraaij G., Ascher T., Baltzopoulou P., et al., Int. J. Hydrogen Energy 40, 75 (2015).
86. Nomura S., Toyota H., Tawara M., Yamashita H., and Matsumoto K., Appl. Phys. Lett. 88, 231502 (2006).
87. Yu Z., Sun B., Ding G., Liu J., Zhu X., and Xin Y., J. Anal. Appl. Pyrolysis. 190, 107119 (2025).
88. Zhu T., Sun B., Zhu X., Wang L., Xin Y., and Liu J., J. Anal. Appl. Pyrolysis. 156, 105111 (2021).
89. Wang B., Sun B., Zhu X., and Yan Z., Int. J. Hydr. Energy. 41, 7280 (2016).
90. Batukaev Т. S., Bilera I. V., Krashevskaya G. V., Lebedev Yu. A., and Epstein I. L., Plasma. Process. Polym. 20 (6) e2300015 (2023).
91. Lebedev Yu. A. and Averin K. A., J. Phys. D: Appl. Phys. 51, 214005 (2018).
92. Timerkaev B. A., Galeeva I. G., Andreev N. G., and Farhutdinov G. R., High Energy Chem. 58 (3), S451 (2024).
93. Bulychev N. A., Kirichenko M. N., and Kazarian M. A., Int. Sci. J. Alternative Energy and Ecology, № 16-18, 264 (2018) [in Russian].
94. Bulychev N. A., Int. J. of Hydrogen Energy 46, 21298 (2021).
95. Koh C. A., Sloan E. D., Sum A. K., and Wu D. T., Ann. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2, 237 (2011).
96. Putra A. E. E., Nomura S., Mukasa S., and Toyota H., Int. J. of Hydrogen Energy 37 (21), 16000 (2012).
97. Rahim S., Nomura S., Mukasa S., and Toyota H., Appl. Thermal Engineering 90, 120 (2015).
98. Nedybaliuk O. A., Chernyak V. Y., Fedirchyk I. I., Demchina V. P., et al, Questions of atomic science and technology 6, 276 (2016).
99. Lian H. Y., Liu J. L., Li X. S., Zhu X., et al., Engineering J. 369, 245 (2019).
100. Wang B., Lü Y., Zhang X., and Hu S., J. Natural Gas Chem. 20, 151 (2011).
101. Henriques J., Bundaleska N., Tatarova E., et al., Int. J. Hydrogen Energy 36, 345 (2011).
102. Tatarova E., Bundaleska N., Dias F. M., Tsyganov D., et al., Plasma Sources Sci. & Technol. 22, 065001 (2013).
103. Wang Y. F., You Y. S., Tsai C. H., and Wang L. C., Int. J. Hydrogen Energy 35, 9637 (2010).
104. Hrycak B., Czylkowski D., Miotk R., Dors M., et al., Open Chem. 13, 317 (2015).
105. Miotk R., Hrycak B., Czylkowski D., Dors M., et al., Plasma Sources Sci. & Technol. 25, 035022 (2016).
106. Bardos L., Baránková H., and Bardos A., Plasma Chem. Plasma Proc. 37, 115 (2017).
107. Liu J., Xin Y., Yang Y., Wang Q., et al., J. Environ. Chem. Eng. 13, 117106 (2025).
108. Liu J.-L., Zhu T. H., and Sun B. Int. J. Hydrogen Energy 47, 12841 (2022).
109. Mizeraczyk J., Urashima K., Jasinski M., and Dors M., Int. J. of Plasma Environmental Sci. & Technol. 8, 89 (2014).
110. Lebedev Yu. A., Plasma Sources Sci. and Technol. 24, 053001 (2015).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Повышение качества 100 мм Ge-подложек при серийном производстве многопереходных фотоэлектрических преобразователей Кулаковская Т. В., Топаков Д. В., Трофимов А. А., Косякова А. М., Гончаров А. Е., Малыгин В. А., Гладышева К. А., Антонова В. А., Суханова А. С. 3
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Электрические разряды в водородсодержащих газах и жидкостях (обзор) Лебедев Ю. А. 20
Влияние влажности воздуха на излучение наносекундного разряде при пробое промежутка остриё–остриё Белоплотов Д. В., Тарасенко В. Ф., Панченко А. Н., Сорокин Д. А. 41
Параметры и варианты построения устройства формирования мишени для генерации излучения в рентгеновском спектральном диапазоне Шлойдо А. И., Туркин А. В., Саркаров Н. Э., Михайлов А. Д., Чернов Д. О., Иванов В. В., Кривцун В. М., Гаязов Р. Р. 52
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Аналитические и численные методы прогнозирования и контроля порога перколяции в стохастических системах Соцков В. А., Карякин А. Т. 71
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Ограничения стандартных подходов при изготовлении широкоформатных охлаждаемых фотоприемных устройств следующих поколений на основе HgCdTe Новоселов А. Р., Алдохин П. А., Шатунов К. П. 78
ПЕРСОНАЛИИ
Юбилейная дата Игоря Дмитриевича Бурлакова 89
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 91
XXVIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике 94
C O N T E N T S
PHOTOELECTRONICS
Improving the quality of 100 mm Ge substrates for mass production of multi junction solar cells Kulakovskaya T. V., Topakov D. V., Trofimov A. A., Kosyakova A. M., Goncharov A. E., Malygin V. A., Gladysheva K. A., Antonova V. A., and Sukhanova A. S. 3
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Electrical discharges in hydrogen-containing gases and liquids (review) Lebedev Yu. A. 20
Effect of air humidity on emission of nanosecond discharge during point-to-point gap breakdown Beloplotov D. V., Tarasenko V. F., Panchenko A. N., and Sorokin D. A. 41
Conditions and design options for the target formation device for generating X-ray radiation Shloydo A. I., Turkin A. V., Sarkarov N. E., Mikhaylov A. D., Сhernov D. O., Ivanov V. V., Krivtsun V. M., and Gayazov R. R. 52
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Analytical and numerical approaches to prediction and control of the percolation threshold in disordered systems Sotskov V. A. and Karyakin A. T. 71
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
Limitations of standard approaches in the production of large-format cooled photodetectors of the third and subsequent generations based on HgCdTe Novoselov A. R., Aldokhin P. A., and Shatunov K. P. 78
PERSONALIA
Anniversary of I. D. Burlakov 89
INFORMATION
Rules for authors 91
XXVIII International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics 94
Другие статьи выпуска
Проведён анализ основных сдерживающих факторов увеличения формата охлаждаемых гибридных фотоприёмных устройств (ФПУ). Таких как не плоские формы поверхностей кремниевых мультиплексоров (БИС) и массива фоточувствительных элементов (ФЧЭ), и их разное изменение размеров при охлаждении ФПУ до рабочих температур. Рассмотрено влияния уровня развития технологии изготовления БИС и ФЧЭ, а так же оптической системы ФПУ на увеличения его формата. Выяснено, что основными сдерживающими факторами увеличения формата охлаждаемых ФПУ на основе HgCdTe являются разное изменение размеров БИС и ФЧЭ при охлаждении ФПУ до рабочих температур и наиболее значимым не плоские формы поверхностей БИС и ФЧЭ. Предложено решение увеличения формата охлаждаемых фотоприёмников использованием нескольких БИС и ФЧЭ меньшей площади, установленных в стык друг к другу, что снимает выявленные ограничения при изготовлении широкоформатных охлаждаемых фотоприёмников.
Проведен сравнительный анализ ведущих аналитических, численных и экспериментальных методов прогнозирования и контроля порога перколяции для установления концептуальной связи между моделями для чисто математических сетей и физическими системами, в частности, полимерными нанокомпозитами. Анализ произведен с помощью моделей прогнозирования: метода Монте-Карло, спектрального метода и теория исключенного объема. Рассмотрена концепция двойной перколяции и и in-situ сольвотермическое восстановление оксида графена непосредственно в полимерной матрице для достижения равномерного распределения наполнителя. Однако достижение минимально возможного порога перколяции может быть нежелательным, если это ставит под угрозу структурную целостность материала. Настоящий анализ демонстрирует значительный прогресс в прогнозировании и контроле порога перколяции стохастических систем.
Для увеличения плотности элементов микросхем при фотолитографии предложе-но использовать лазерно-плазменные источники при оптическом пробое. Наивыс-шая эффективность генерации излучения в рентгеновском диапазоне на длине вол-ны 6,7 нм достигается при использовании плазмы тугоплавких редкоземельных элементов гадолиния и иттербия в газовой фазе. Рассматриваются основные па-раметры и варианты построения устройства формирования мишени для оптическо-го пробоя на основе аналога – электродугового источника плазмы на парах щелочно-го металла. Проведено исследование требований к устройству: выполнены термо- и газодинамические расчеты и оценки. В качестве нагревателя предложено исполь-зовать нагрев генератором электронного пучка на основе открытого разряда в бу-ферном газе. Выполнены расчеты длины пробега электронов и плотности энерго-выделения в плазме. Приведены оценки энергетической эффективности создания мишени при нагреве устройства пучком электронов.
Исследованы оптические свойства наносекундных разрядов, возбуждаемых импульсами напряжения длительностью 0,7 и 13 нс, в воздухе с различной влажностью при атмосферном давлении. Изучен переход от диффузного разряда к контрагированному, который имеет неоднородное распределение излучения по длине промежутка. Получены оптические эмиссионные спектры плазмы данных разрядов в различных режимах. Подтверждено, что при наносекундном пробое возникает диффузный «канал» плазмы (диффузный разряд) в результате слияния встречных стримеров большого диаметра. Установлено, что при относительно большой длительности импульса в промежутке вначале формируется диффузный разряд, который затем контрагирует. Канал разряда при этом состоит из отдельных филаментов и характеризуется свечением белого цвета. Показано, что спектры излучения плазмы диффузного и контрагированного разрядов отличаются друг от друга наличием широкополосного континуума, а также интенсивных атомарных и ионных линий кислорода, азота, водорода и материала электродов. Установлено, что увеличение относительной влажности воздуха повышает спектральную плотность энергии излучения атомов и ионов металла и широкополосного излучения. Выдвинуто предположение, объясняющее появление широкополосного континуума во влажном воздухе при контрагированном разряда.
Проведены исследования отечественных Ge-подложек диаметром 100 мм и толщиной 140 мкм, что позволило по результатам скорректировать технологический производственный процесс и привело к увеличению эффективности фотопреобразования серийно изготавливаемых с применением метода МОС-гидридной эпитаксии каскадных солнечных элементов GaInP/GaAs/Ge – достигнутый КПД составляет 29 %, что находится на уровне мировых аналогов.
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