Статьи

Представлены результаты спектроскопических измерений свечения плазмы микро-
волновых разрядов в экспериментах по синтезу каталитических структур микро и
наноразмеров при воздействии мощных импульсов микроволнового излучения гиро-
трона (длина волны 4 мм, длительность импульса 2–8 мс, мощность до 500 кВт),
на смесь порошков магния Mg и двуокиси титана TiO2 . Эксперименты проводились
в воздухе. Регистрация спектров свечения СВЧ-разрядов выполнялась спектромет-
рами «AvaSpec» различных типов в диапазонах длин волн от 219 нм до 920 нм. Заре-
гистрированы спектральные линии нейтральных атомов и однократно ионизован-
ных ионов магния и титана. Изучались характеристики спектральных линий во
время действия импульса микроволнового излучения и после его окончания. Анализ
полученных результатов показал, что для атомов титана хорошо выполняется
условие частичного локального термодинамического равновесия (ЛТР), что позво-
ляет сделать достаточно надежные оценки электронной температуры плазмы,
величина которой находится в интервале значений 0,2–0,4 эВ. В то же время для
ионов титана ЛТР в микроволновом разряде не выполняется. Сравнимые величины
интенсивности линий атомов и ионов титана в разрядах при электронной темпе-
ратуре 0,2–0,4 эВ, которая более чем на порядок меньше потенциала ионизации
титана, указывают на сильную неравновесность плазмы микроволнового разряда в
порошках. Зарегистрированные в разрядах полосы монооксида титана TiO указы-
вают о протекании в микроволновом разряде плазмохимических реакций.

По излучению молекулы оксида титана (TiO) была проведена оценка газокинетиче-
ской температуры плазмы в реакции синтеза микрочастиц диоксида титана
(TiO2 ) с нанесенными на них наночастицами меди (Cu). Реакции синтеза иницииро-
вались СВЧ-излучением мощного гиротрона в смеси порошков диоксида титана и
меди. В результате были получены материалы, включающие в свой состав микро-
размерные частицы диоксида титана округлой формы размером от 10 мкм до
200 мкм с нанесенными на их поверхность наночастицами меди. Концентрация
меди в смесях порошков менялась от 0,1 % до 20 % по весу. Газокинетическая тем-
пература оценивалась по спектру излучения
-системы молекулы TiO в диапазоне
от 700 нм до 720 нм. Полосы в этом диапазоне обусловлены электронными перехо-
дами между молекулярными состояниями А3Ф–Х3
. Увеличение концентрации ме-
ди в смеси порошков не приводило к СВЧ-пробою, пробой произошел при примене-
нии инициатора. Показано, что с изменением концентрации меди синтез
осуществляется при одинаковых газокинетических температурах 5500
 500 К,
которые, таким образом, не зависят от содержания меди в смеси порошков.