Ang hydrogen peroxide ay isang walang kulay na likido na may likas na lasa ng metal na ginagamit upang linisin ang iba't ibang mga sugat at pinsala mula sa mga viral microorganism na maaaring makahawa sa katawan.

Ano ang hydrogen peroxide at ang mga biological na katangian nito

Ang likido ay kabilang sa pinakasimpleng peroxide, na mga kumplikadong sangkap kung saan pinagsama ang mga atomo ng oxygen. Sa isang walang limitasyong halaga, ang peroxide ay maaaring matunaw sa tubig, sa ethyl alcohol, diethyl ether, at sa sarili nito ay isang mahusay na solvent.

Ang hydrogen peroxide ay may mga sumusunod na biological na katangian:

• Ito ay gumaganap ng isang mahalagang proteksiyon na papel bilang isang bactericidal agent para sa katawan - ang glucose oxidase enzyme, na nagtataguyod ng pagbuo ng hydrogen peroxide bilang resulta ng redox reactions, ay maaaring magkaroon ng isang anti-inflammatory effect at isang disinfecting effect;
• Sa isang pagtaas ng paglitaw sa cell ng sangkap na H2O2 ay nagiging sanhi ng oksihenasyon nito, na humahantong sa pagkasira ng cell, na tinatawag na oxidative stress.

Sa pamamagitan ng pagkilos nito, ang hydrogen peroxide ay may parehong positibo at negatibong epekto. Ang limitasyong ito ay nakasalalay sa dosis, kaya ang dami ng paggamit ng solusyon na ito sa katawan ay dapat na mahigpit na kontrolin, dahil sa halip na isang therapeutic effect, posible na makamit ang isang negatibong epekto ng peroxide sa mga selula at tisyu ng katawan.

Medikal na paggamit ng hydrogen peroxide

Ang hydrogen peroxide ay isang epektibong solusyong medikal para sa lokal at panlabas na paggamit, na nailalarawan bilang isang epektibong disinfectant na may epektong anti-infective. Para sa mga layuning panggamot, maaari itong gamitin para sa layunin nito, pati na rin sa isang alternatibong pamamaraan na itinataguyod ng mga tradisyunal na manggagamot.

Ang H2O2 ay kumikilos at may therapeutic effect:

1. Sa mga sakit ng puso at mga daluyan ng dugo, na ipinahayag bilang isang paglabag sa sirkulasyon ng dugo at ipinakita ng iba't ibang mga pathologies ng mga arterya at ugat.
2. Sa panahon ng matagal na pamamaga ng bronchi, dumadaloy sa isang malalang kondisyon.
3. Kapag ang normal na pag-urong ng alveoli ay nabalisa, na nakakaapekto sa hindi matatag na supply ng oxygen sa dugo at ang hindi regular na pag-alis ng carbon dioxide mula dito. Ang pagkabigo na ito ay nagdudulot ng respiratory failure at humahantong sa emphysema.
4. Sa kaso ng pagtaas ng sensitivity ng katawan sa mga allergens, na ipinakita ng masakit na mga sintomas at isang hindi sapat na tugon sa iba't ibang mga sangkap.
5. May kanser sa dugo (leukemia).
6. Mga sipon, mga sakit sa oral cavity.

Ang peroxide ay nagsisilbing isang konduktor, na ginagawang posible upang dagdagan ang katawan ng tao na may atomic oxygen, na palaging kulang.

Mga paraan ng paggamit ng peroxide para sa mga medikal na layunin:

• panlabas na paggamit;
• paggamit.

Ang panlabas na aplikasyon ay ang pinaka-karaniwang paraan kung saan posible na magsagawa ng epektibong paggamot ng mga sugat sa balat na dulot ng mga panlabas na impluwensya at nailalarawan sa pamamagitan ng isang paglabag sa integridad ng mga tisyu, ang mga ito ay maaaring iba't ibang mga pagbawas, sugat, mga gasgas. Ang pagpoproseso gamit ang peroxide ay nagbibigay-daan sa iyo na makagawa ng isang disinfecting effect, na may positibong epekto sa pagpigil sa paglitaw ng isang nakakahawang proseso.

Ang sangkap ay sumisira at nag-aalis ng mga microparticle at dayuhang sangkap mula sa nasirang lugar ng balat, na nabuo bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan sa mga bagay na nagdulot ng mekanikal na paglabag sa epithelium. Gayundin, ang peroxide ay epektibo sa paglaban sa pathogenic microflora, ang tanda ng kung saan ay hindi isang napaka-epektibong paglaban sa kaligtasan sa sakit ay ang hitsura ng pamamaga ng tissue, na ipinakita ng purulent fluid.

Ang nana ay isang maulap na likido (exudate) na inilabas sa mga tisyu o mga cavity ng katawan sa panahon ng pamamaga mula sa nababanat na tubular formations - mga daluyan ng dugo. Ang suppuration ay isang napaka-mapanganib na proseso na hindi lamang makagambala sa pagpapagaling ng mga tisyu, ngunit nag-aambag din sa impeksyon ng kanilang mga integral na particle, na humahantong sa pagkasira ng isang pagtaas ng lugar ng epithelium. Ang paggamit ng hydrogen peroxide sa kapaligiran na ito ay hindi lamang maglilinis sa nahawaang ibabaw, ngunit sirain din ang mga nakakapinsalang microorganism na nagdudulot ng pamamaga.

Ang prosesong ito ay ang mga sumusunod: ang lamad ng isang patay na selula ay naglalaman ng isang molekula ng protina na catalase, kapag ang nahawaang lugar ay ginagamot ng hydrogen peroxide, ang isang kemikal na reaksyon ay nangyayari, bilang isang resulta kung saan ang peroxide ay nasira at bumubuo ng atomic oxygen, na sa pamamagitan nito Ang kalikasan ay ang pinakamalakas na oxidizing agent na pumapatay ng mga pathogenic microorganism.

Ang paggamit ng tulad ng isang epektibong gamot ay magsisilbing isang mahusay na tulong, pagsira sa mga nakakahawang proseso at humahantong sa mas mabilis na paggaling ng pinsala sa tissue.Ang panlabas na paraan ng paggamit ng peroxide ay din ang pinakaligtas at itinuturing na target sa paggamit ng sangkap na ito.

Bilang karagdagan sa nilalayon na paggamit ng sangkap, posible rin itong gamitin bilang kahalili, na may kapaki-pakinabang na epekto sa katawan, mga pagsusuri sa paggamit na nagpapakilala sa hydrogen peroxide bilang isang solusyon na may kakayahang hindi lamang saturating ang mga cell na may oxygen, ngunit pinipigilan din ang pagbuo ng mga malignant tumor neoplasms na sanhi ng isang pathological na pagbabago sa estado ng cell.

Ang isang alternatibong paraan ay ang paggamit ng sangkap sa loob bilang isang ahente ng pag-inom, na ipinakita nang detalyado sa mga akda ng Neumyvakin. Ang hydrogen peroxide ay aktibong ginagamit din sa mga compress, mixtures, drops at nagsisilbing isang mahusay na tool na may disinfecting at analgesic effect.

Ang paggamit ng sangkap sa cosmetology

Ang peroxide ay karaniwan din sa cosmetology, dahil ang sangkap na ito ay ginagawang posible upang makamit ang pagiging epektibo sa pag-alis ng acne, ang hitsura nito ay pinukaw ng pamamaga ng mga sebaceous glandula, at ang sangkap ay epektibong hinaharangan ang nagpapasiklab na proseso, sa gayon ay pinipigilan ang pagbuo ng acne. .

Pana-panahong pinupunasan ang balat ng mukha gamit ang cotton swab na inilubog sa isang 3% na solusyon, posible na alisin ang madulas na ningning at tuyo ang balat ng kaunti, linisin ang mga pores, at alisin ang katabaan ng balat.

Ngunit ang labis na paggamit ng peroxide para sa mga layuning kosmetiko ay maaaring maging sanhi ng hindi maibabalik na mga proseso ng pagbabago ng mga proseso sa balat, dahil mula sa stress na natanggap, ang katawan ay maaaring aktibong simulan ang proseso ng pawis para sa mga layuning pang-proteksiyon upang mapanatili ang normal na kondisyon ng balat.

Ang pamamaraan ni Neumyvakin

Ang hydrogen peroxide ay popular bilang isang katutubong lunas kapag kinuha nang pasalita. Mayroong mga diskarte na nagpapakita ng mga kapaki-pakinabang na katangian ng likido, kapag ang iba't ibang mga pamamaraan ng paggamit ng solusyon ay maaaring mapupuksa ang maraming mga karamdaman.

Ang pinakasikat na makabagong paraan ng paggamit para sa therapeutic at prophylactic na layunin ay ang healing scheme ng I.P. Neumyvakin, na nagbubukas sa unti-unting paggamit ng hydrogen peroxide at nagbibigay-daan sa iyo upang ipakita ang malawak na posibilidad ng pagkilos ng sangkap sa katawan ng tao.

Kakanyahan ng pagbabago

Salamat sa maraming taon ng pananaliksik, mga pagtuklas ng siyentipiko at praktikal na pagpapakita ng mga teoretikal na kasanayan, si Neumyvakin ay dumating sa makabuluhang konklusyon. Dahil ang katawan ng tao ay patuloy na inaatake ng mga mikrobyo at mga virus, upang labanan ang mga ito, ang mga puting selula ng dugo at butil-butil na mga leukocytes ay gumagawa ng oxidizing agent na H2O2, na pumipigil sa mga mikrobyo, mula sa tubig at atmospheric oxygen.

Ang kemikal na sangkap na ito ay nakapagpapanumbalik ng normal na paggana ng metabolismo, mga proseso ng redox, maging ang nagsisimula ng isang pagtaas sa immune resistance ng katawan, pasiglahin ang normal na estado ng mga selula, na pumipigil sa pagbuo ng iba't ibang mga pathologies.

Paraan ng Pagpapatupad ng Pamamaraan

Upang gawin ito, ang isang patak ng 3% peroxide ay natunaw sa 50 ML ng tubig at lasing ng tatlong beses sa isang araw. Araw-araw ang bilang ng mga patak ng isang 3% na solusyon ay tumataas, at pagkatapos ng sampung araw, 10 patak bawat 50 ml ay natunaw na. ilang tubig. Ang ganitong pinaghalong nakapagpapagaling ay lasing kalahating oras bago kumain, at kapag naabot nila ang marka ng 10 patak, ang pagtanggap ay nagambala sa loob ng tatlong araw. Pagkatapos ay magsimula muli at mayroon nang panghuling dosis at para sa parehong panahon, pinagsasama rin ang mga pahinga sa pagitan ng oral na paggamit.

Ang positibong epekto ng peroxide ayon sa Neumyvakin

• na may pamamaga ng mauhog lamad ng maxillary sinus (sinusitis), kumuha ng 15 patak ng isang solusyon na diluted sa isang kutsarang tubig. Ang resultang gamot ay pinatulo ng isang pipette sa bawat butas ng ilong ng ilang patak at alisin ang uhog na nabuo sa ilong sa pamamagitan ng pag-ihip nito;
• kapag nagdurusa mula sa osteochondrosis (degenerative-dystrophic na pinsala sa mga tisyu ng gulugod), nakakatulong ang isang compress na may analgesic effect. Upang gawin ito, ang tela ay moistened sa peroxide at inilapat sa nakakagambalang lugar, para sa epekto ng greenhouse, ang bendahe ay natatakpan ng polyethylene at nakabalot sa isang magandang piraso ng mainit na tela. Sa ganitong estado, gumugol ng 15 minuto, pagkatapos ay alisin ang compress. Ang ilan sa mga pamamaraang ito ay makakatulong na mapupuksa ang sakit;
• kung ang mauhog lamad ng lalamunan ay inflamed, na kung saan ay ipinahayag sa pamamagitan ng hitsura ng isang namamagang lalamunan, pagkatapos ay banlawan ang bibig na may isang solusyon ay makakatulong sa paglaban sa sakit: isang kutsarita ng peroxide ay diluted na may isang quarter tasa ng tubig;
• sa kaso ng sakit sa ngipin, na ipinahayag ng isang paglabag sa metabolismo ng mineral at suplay ng dugo sa mga gilagid, at bilang isang resulta na humahantong sa periodontal disease, isang halo ng baking soda, lemon juice, hydrogen peroxide, sa isang ratio na 3 g ng soda sa 10 patak ng juice at 20 patak ng H2O2, ay makakatulong. Ang nagresultang timpla ay ginagamit upang linisin ang mga ngipin, para sa isang therapeutic effect pagkatapos ng naturang pamamaraan, pinipigilan nila ang pagtanggap ng pagkain at likido sa loob ng 20 minuto.

Sa katawan ng tao, ang hydrogen peroxide ay nabubulok sa tubig at atomic oxygen, na pinadali ng isang espesyal na enzyme - catalase.

Bilang karagdagan, ang hydrogen peroxide, bilang isang malakas na ahente ng oxidizing, ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa proseso ng paglilinis ng mga cell mismo mula sa mga lason at lason.

Ang epekto ng H 2 O 2 sa mga reaksyon sa katawan

Nakikilahok din siya sa mga proseso ng metabolic, at ang pakikilahok ay napakarami, at isasaalang-alang namin ito nang detalyado:

• Una sa lahat, siyempre, pinag-uusapan natin ang saturation ng mga tisyu na may oxygen;
• hindi gaanong mahalaga ay ang paggamit ng mga selula ng mga protina, taba, carbohydrates at mga mineral na asin na kinakailangan para sa kanilang mahahalagang aktibidad.
• ang hydrogen peroxide ay nagtataguyod ng pagbuo ng ilang mahahalagang bitamina, kabilang ang bitamina C;
• ang pag-aari ng hydrogen peroxide na mabulok sa pagpapalabas ng init ay tumutukoy sa papel nito sa pagpapanatili ng thermoregulation, at ang mga kemikal na katangian ay tumutukoy sa regulasyon na epekto sa mga proseso ng paggawa at muling pamamahagi ng mga enzyme sa katawan, iyon ay, sa mga hormonal function nito;
• ito ay kilala na ang peroxide ay kinakailangan para sa paghahatid ng calcium sa mga selula ng utak;
• at kamakailang mga pag-aaral ay nagpakita na ang pagkakaroon ng hydrogen peroxide ay nagtataguyod ng paglipat ng asukal mula sa plasma ng dugo papunta sa mga selula nang walang tulong ng insulin. Ito ay isang napaka-promising na direksyon sa pagbuo ng mga bagong pamamaraan para sa paggamot ng mga pasyente na may diabetes mellitus.

Oxidizing properties ng hydrogen peroxide

Sa wakas, ang isa pang pag-aari ng hydrogen peroxide ay gumaganap ng isang malaking papel: ang kakayahang mag-oxidize ng mga nakakalason na sangkap - kapwa ang mga pumapasok sa katawan mula sa labas, at ang mga basurang produkto ng katawan mismo.

Si Dr. C. Farr, isa sa mga nangungunang eksperto sa Kanluran sa hydrogen peroxide, ay tinatawag ang huling ari-arian na "oxidative detoxification." Ayon sa kanya, ang peroxide ay nag-oxidize din sa mga taba na idineposito sa mga dingding ng mga daluyan ng dugo, na nangangahulugan na ito ay may mahalagang papel sa paglaban sa atherosclerosis.

Pati na rin ang epekto sa sistema ng dugo. Ang mga puting selula ng dugo, sa partikular na mga leukocytes at granulocytes, ay nakapag-iisa na gumagawa ng hydrogen peroxide: ginagamit nila ang kakayahang maglabas ng atomic oxygen bilang kanilang pinakamalakas na sandata sa paglaban sa anumang impeksiyon (sila ay madalas na tinatawag na "killer cells").

Ang pagbuo ng hydrogen peroxide ng mga selula ng dugo

Ang mga selula ng dugo ay gumagawa ng peroxide mula sa tubig at oxygen:

2H 2 O + O 2 \u003d 2H 2 O 2,

at pagkatapos ay sa baligtad na proseso:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + "O"

tumatanggap sila ng mas maraming oxidant (oxygen) kung kinakailangan upang sirain ang anumang pathogenic microflora, maging ito man ay mga virus, fungi o bacteria.

Ang saturation ng mga tissue na may oxygen ay may mahalagang papel sa paggamot ng kanser. Ito ay dahil sa ang katunayan na, tulad ng napatunayan ng pananaliksik, ang mga selula ng kanser ay hindi nagagawang bumuo at mamatay sa isang kapaligirang may oxygen. Ang kakulangan ng oxygen sa mga tisyu ng katawan ay isang kinakailangang kondisyon para sa paglaki ng tumor.

Ayon sa ilang ulat, ang AIDS virus ay nagiging hindi mabubuhay at namamatay sa sapat na mataas na antas ng oxygen sa dugo ng pasyente.

9. Mga pagbabagong kemikal ng mga compound sa atmospera. mga reaktibong particle ng atmospera. Ozone. Molecular at atomic oxygen

Wala sa maraming problema ng atmospheric chemistry ang naghihikayat ng isang masiglang talakayan gaya ng problema ng epekto ng halogenated compound sa ozone layer na matatagpuan sa stratosphere. Noong 1970s, itinatag ang Coordinating Committee on the Ozone Layer (CCOS) at patuloy pa rin itong tumatakbo sa loob ng balangkas ng United Nations Environment Programme (UNEP). Itinatag ng World Meteorological Organization ang International Commission on Atmospheric Ozone (ICAO). Ang ganitong interes sa problema ng ozone ay naiintindihan: ang allotropic form na ito ng oxygen, na nakapaloob sa atmospera sa hindi gaanong halaga, ay pinoprotektahan ang biosphere mula sa mga nakakapinsalang epekto ng ultraviolet radiation mula sa Araw. Bilang karagdagan, ang inversion layer ng medyo mainit-init na hangin, na nabuo bilang isang resulta ng exothermic decomposition ng ozone, ay pinoprotektahan ang pinagbabatayan na mga layer at ang ibabaw ng lupa mula sa paglamig.

Maraming mga siyentipiko ang sabay na nagpahayag ng opinyon tungkol sa pakikilahok ng mga nitrogen oxide sa pagkasira ng ozone layer at ang pagbuo ng stratospheric cycle nito.

Ang pinagmulan ng NO ay N 2 O:

N 2 O  N 2 + O(1 D) <230нм

N 2 O + O (1 D)  2 NO

Ang catalytic cycle ng pagkasira ng ozone ay inilalarawan ng mga equation:

HINDI + O 3  HINDI 2 + O 2

HINDI 2 + O (1 D)  HINDI + O 2

_______________________

O(1 D) + O 3  2 O 2

Ang pagkasira ng ozone sa reaksyon sa nitric oxide ay nangyayari nang higit sa 7 beses na mas mabilis kaysa sa kawalan nito.

Bilang karagdagan sa proseso ng nitric oxide photolysis (1), ang rate ng paglabas ng kung saan ay lubos na nakasalalay sa intensity ng paggamit ng nitrogen fertilizer sa agrikultura, ang pinagmumulan ng NO sa stratosphere ay ang mga gas na ibinubuga ng supersonic na sasakyang panghimpapawid, na sa mga nakaraang taon ay may sinalihan ng mga American space shuttle (ang Shuttle program). Maraming mga mananaliksik ang naniniwala na sa pagtaas ng intensity ng mga flight sa stratosphere, ang rate ng pagkasira ng ozone ay tataas nang malaki at ito ay makakaapekto sa flora at fauna ng planeta.

Ang isa pang panganib sa ozone layer ay itinuro noong 1974. Molina at Rowland. Naglagay sila ng hypothesis tungkol sa pagkasira ng ozone layer sa ilalim ng pagkilos ng freons-11 at 12. Ang mga pangunahing probisyon ng hypothesis na ito:

ang pagpasok ng fluorotrichloro- at difluorodichloromethanes sa atmospera ay humigit-kumulang katumbas ng kanilang produksyon sa mundo;

ang mga compound na ito, sobrang hindi gumagalaw sa ilalim ng mga kondisyon ng troposphere, ay dahan-dahang kumakalat sa stratosphere;

Ang photolytic decomposition ng fluorochlorohydrocarbons sa stratosphere ay humahantong sa pagpapalabas ng atomic chlorine, na pumapasok sa catalytic cycle ng pagkasira ng ozone.

10. Mga pagbabagong kemikal ng mga compound sa atmospera. Mga radikal na hydroxyl at hydroperoxide.

Mga prosesong kemikal sa troposphere na kinasasangkutan ng mga libreng radikal

Sa mga pagbabagong kemikal ng iba't ibang mga sangkap sa troposphere, isang pangunahing lugar ang inookupahan ng OH radikal na nagpapasigla sa mga reaksiyong kemikal. Ang radikal na ito (SIYA·) nabuo bilang isang resulta ng isang photochemically pinasimulan ozone decomposition reaksyon. Ang O3 photolysis ay gumagawa ng atomic oxygen sa isang electronically excited state sa pamamagitan ng reaksyon O3 + hν → O2 + O* (35)

Ang pakikipag-ugnayan ng O* sa mga molekula ng tubig na nagkakalat mula sa troposphere hanggang sa stratosphere ay nangyayari nang walang pag-activate sa pagbuo ng mga radikal na OH:

O* + H2O → 2OH (36)

Ang OH radical ay nabuo din sa troposphere bilang resulta ng photochemical decomposition reactions ng nitrogen-containing compounds (HNO2, HNO3) at hydrogen peroxide (H2O2):

НNO2 + hν → HINDI + OH (37)

НNO3 + hν → NO2 + OH (38)

H2O2 + hν → 2OH (39)

Ang konsentrasyon ng OH sa troposphere ay (0.5–5.0).106 cm3.

Sa kabila ng katotohanan na ang karamihan sa mga gas na nakapaloob sa mga bakas na halaga sa atmospera ay pasibo sa mga reaksyon sa mga pangunahing bahagi ng hangin, ang nagreresultang radikal na OH ay maaaring tumugon sa maraming mga atmospheric compound. Sa troposphere, ang mga radikal na OH+ ay higit na kasangkot sa mga reaksyon sa mga oxide ng nitrogen, carbon, at hydrocarbons.

Kapag ang mga radikal na OH ay nakikipag-ugnayan sa mga nitrogen oxide, ang mga nitrous at nitric acid ay nabuo:

HINDI + OH → НNO2 (40)

NO2 + OH → НNO3 (41)

Ang mga reaksyong ito ay isang mahalagang bahagi ng pagbuo ng acid rain.

Ang mga radikal na HO· ay mataas din ang reaktibo sa mga reaksyon ng hydrocarbon oxidation. Ang methane ay ang pinakamalaki at pinakakaraniwang organikong pollutant ng kapaligiran.

Ang oksihenasyon ng CH4 sa ilalim ng pagkilos ng mga radikal na OH ay nauugnay sa oksihenasyon ng NO, na nag-catalyze sa proseso ng methane oxidation. Ang radikal na mekanismo ng chain ng prosesong ito ay kinabibilangan ng yugto ng pagsisimula ng OH na karaniwan sa lahat ng mga proseso ng tropospheric at ang cycle ng mga exothermic na reaksyon ng chain propagation na katangian ng oksihenasyon ng mga organic compound:

O + H2O → OH + OH (42)

OH + CH4 → H2O + CH3 (43)

CH3 + O2 → CH3O2 (44)

CH3O2 + NO → CH3O + NO3 (45)

CH3O + O2 → CH2O + HO2 (46)

sinundan ng mga reaksyon

NO2 + hν → HINDI + O (47)

O + O2 + M → O3 + M (48)

HO2 + NO → NO2 + OH (49)

Bilang resulta, ang pangkalahatang reaksyon ng oksihenasyon ng CH4 sa pagkakaroon ng NO bilang isang katalista at sa ilalim ng pagkilos ng sikat ng araw na may wavelength na 300-400 nm ay isusulat bilang

CH4 + 4O2 → CH2O + H2O + 2O3 (50)

Ang oksihenasyon ng methane ay humahantong sa pagbuo ng tropospheric ozone at formaldehyde.

Ang paglaki ng ground-level ozone concentration ay nagdudulot ng banta sa mga flora at fauna ng Earth.

Ang formaldehyde na nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng mitein ay higit na na-oxidize ng mga OH radical sa carbon monoxide (II):

OH + CH2O → H2O+HCO, (51)

HCO + O2 → HO2 + CO. (52)

Ang carbon monoxide (II) ay isang pangalawang pollutant ng atmospera at maihahambing sa dami sa paggamit ng CO mula sa mga proseso ng hindi kumpletong pagkasunog ng mga natural na hydrocarbon fuel.

Ang isa pang radikal na gumaganap ng isang makabuluhang papel sa kapaligiran ay hydroperoxide radical HO2 . Ang pagbuo nito, kasama ang mga intermediate na reaksyon sa itaas (46, 52), ay maaari ding mangyari sa ibang mga paraan, halimbawa, sa pakikipag-ugnayan ng atomic hydrogen (na nabuo sa panahon ng oksihenasyon ng CO sa CO2) na may oxygen

CO + OH → CO2 + H (50)

H + O2 → HO2 (51)

Ang mga hydroperoxide radical ay nabuo din sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng OH sa ozone at peroxide at may mahalagang papel sa atmospheric chemistry

OH + O3 → HO2 + O2 (52)

OH + H2O2 → HO2 + H2O (53)

Ito ay itinatag na ang HO2· radical ay epektibong nakikipag-ugnayan sa nitric oxide upang mabuo ang OH· radical:

HO2 + NO → NO2 + OH (54)

Ang proseso ng recombination ng HO2 radicals ay ang pangunahing pinagmumulan ng pagbuo ng atmospheric hydrogen peroxide:

HO2 + HO2 → H2O2 + O2 (55)

Tulad ng makikita mula sa itaas, ang lahat ng mga proseso ng atmospera, kabilang ang mga radikal, ay magkakaugnay at nakasalalay sa nilalaman ng mga pangunahing at karumihang bahagi ng hangin, ang intensity ng solar radiation sa iba't ibang mga pagitan ng haba ng daluyong, atbp.

Panimula

1. Pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa itaas na kapaligiran ng Earth sa mga materyales

1.1 Atomic oxygen sa itaas na kapaligiran ng Earth

1.2 Pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa mga materyales sa natural at laboratoryo kondisyon

1.3 Proseso ng Chemical Spray ng AK Polymers

1.4 Mga pagbabago sa mga katangian ng polymeric na materyales sa ilalim ng impluwensya ng atomic oxygen

1.5 Mga pamamaraan para sa pagprotekta sa mga polymeric na materyales mula sa pagkasira ng mga daloy ng plasma

2. Paraan para sa pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa polymers

2.1 Paglalarawan ng pamamaraan ng pagkalkula

2.2 Magnetoplasmodynamic oxygen plasma accelerator SINP MGU

3. Mga resulta ng pagkalkula

3.1 Paglalarawan at paghahambing ng nakuhang datos sa mga eksperimentong kalkulasyon

3.2 Pagsisiyasat sa papel na ginagampanan ng pamamahagi ng tagapuno sa malapit na ibabaw na layer ng composite

3.3 Pagsusuri ng mga proteksiyon na katangian ng tagapuno batay sa data sa pagpapalambing ng daloy ng AK

3.4 Pag-aaral ng papel ng pamamahagi ng filler sa composite volume

Konklusyon

Panimula

Sa hanay ng altitude mula 200-700 km, ang atomic oxygen (AO) ay ang pangunahing bahagi ng itaas na kapaligiran ng Earth, ang epekto nito ay humahantong sa isang malakas na pagkasira ng mga materyales sa mga panlabas na ibabaw ng spacecraft. Kasabay nito, pinapahusay ng AA ang oxidative capacity nito dahil sa karagdagang kinetic energy ng oxygen atoms (mga 5 eV) na dulot ng orbital velocity ng isang spacecraft (SC) sa orbit ng Earth. Ang pagguho ng mga materyales ay sanhi dahil sa impluwensya ng paparating na daloy ng AK, bilang resulta ng epekto na ito, ang mga parameter tulad ng mekanikal, optical, elektrikal at thermal ay lumala. Higit sa lahat, ang mga polymeric na materyales ay nakalantad sa gayong mapanirang epekto, dahil. pagkatapos ng kemikal na pakikipag-ugnayan ng oxygen, ang mga matatag na volatile oxide ay nabuo, na na-desorbed mula sa ibabaw ng spacecraft. Para sa mga polymer materials (PM), ang kapal ng layer na dinadala mula sa ibabaw ay maaaring umabot ng ilang sampu at kahit na daan-daang micrometer bawat taon.

Ang isang pagtaas sa paglaban ng mga polimer sa pagkilos ng AA ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga nanoparticle sa mga layer ng ibabaw na lumalaban sa pagkilos ng daloy ng AA. Ang mga promising, functional, at structural na materyales para sa spacecraft ay kinabibilangan ng mga polymer nanocomposite, na nagpabuti ng mekanikal, thermal, radiation, at optical na katangian. Mahabang buhay ng serbisyo, ligtas na operasyon ng spacecraft ay nakasalalay sa paglaban ng mga istruktura at functional na materyales na ginagamit sa impluwensya ng atomic oxygen. Sa kabila ng lahat ng mga pag-aaral na isinagawa at isang malaking halaga ng naipon na pang-eksperimentong data sa pag-aaral ng epekto ng isang atomic oxygen na daloy sa mga polymeric na materyales ng spacecraft, sa kasalukuyan ay walang solong modelo ng epekto ng isang daloy ng AA. Ang paghahanap at pag-aaral ng mga materyales na lumalaban sa mga epekto ng AK sa ilalim ng mga kondisyon ng pangmatagalang spacecraft sa malapit sa Earth orbit, ang pagbuo ng mga bagong materyales na may mas mahusay na mga tampok, at ang paghula ng pangmatagalang katatagan ng mga katangian ng spacecraft ay ang mga pangunahing gawain para sa mga tagalikha. ng teknolohiya sa espasyo.

Ang kaugnayan ng paksa ng panghuling gawain sa kwalipikasyon ay tinutukoy ng katotohanan na ang solusyon sa mga problema sa itaas ay imposible nang walang karagdagang pag-aaral ng proseso ng pagguho, nang hindi nakakakuha ng bagong husay at dami ng data sa pagkawala ng masa, mga pagbabago sa topograpiya sa ibabaw at pisikal at mekanikal na katangian ng mga polymeric na materyales sa ilalim ng pagkilos ng isang daloy ng AA. chemical spraying space laboratoryo

Ang layunin ng aking trabaho ay mag-aral at makakuha ng bagong data, ihambing ang mga ito sa pang-eksperimentong data sa epekto ng pagkilos ng mga daloy ng AA sa mga polymeric na materyales, at matukoy ang kanilang antas ng kasunduan sa mga resulta ng mga kalkulasyon.

Upang makamit ang layuning ito, nalutas ang mga sumusunod na gawain:

Ang mga phenomena ng pag-spray ng kemikal ng mga materyales ay pinag-aralan ayon sa data ng panitikan, ang mga parameter na nagpapakilala sa intensity ng proseso ng pag-spray ng kemikal ay tinutukoy;

Ang mga pamamaraan ng pagmomodelo ng matematika ng proseso ng pag-spray ng kemikal ng mga polimer sa pamamagitan ng atomic oxygen at mga pag-aaral sa laboratoryo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay pinag-aralan;

Ang pagmomodelo ng computer ng proseso ng pagguho ng ibabaw ng mga tipikal na polymers at composites batay sa mga ito sa ilalim ng pagkilos ng atomic oxygen ay natupad;

Ang isang eksperimento sa laboratoryo sa pag-spray ng kemikal ng isang polymer composite na may atomic oxygen ay isinagawa;

Ang mga kalkulado at pang-eksperimentong data ay inihambing, ang mga nakuha na resulta ay nasuri, at ang mga praktikal na konklusyon ay iginuhit.

Sa gawaing ito, upang pag-aralan ang dami ng mga katangian ng proseso ng pagguho ng mga polymeric na materyales sa ilalim ng pagkilos ng AK, ginamit namin ang isang modelo ng matematika na nilikha sa SINP MSU batay sa data ng pang-eksperimentong.

Bahagi ng mga resulta ng panghuling gawaing kwalipikadong ito ay inilathala sa mga koleksyon at ipinakita sa dalawang kumperensya tulad ng: XVIII Interuniversity School of Young Specialists "Concentrated energy flows in space technology, electronics, ecology and medicine" at ang taunang interuniversity na siyentipiko at teknikal na kumperensya ng mga mag-aaral, nagtapos na mga mag-aaral at mga batang propesyonal na pinangalanang E.V. Armenian.

1. Pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa itaas na kapaligiran ng Earth sa mga materyales

1 Atomic oxygen sa itaas na kapaligiran ng Earth

Ang spacecraft sa near-Earth orbit ay naiimpluwensyahan ng isang buong hanay ng mga salik sa kalawakan, gaya ng: mataas na vacuum, thermal cycling, high-energy electron at ion flows, cold at hot space plasma, solar electromagnetic radiation, solid particles ng simulate na pinagmulan. Ang epekto ng paparating na daloy ng AK sa itaas na kapaligiran ng Earth ay may pinakamalaking impluwensya.

Ang atomic oxygen ay ang pangunahing bahagi ng kapaligiran ng Earth sa hanay ng altitude mula 300 hanggang 500 km, ang bahagi nito ay ~ 80%. Ang fraction ng nitrogen molecules ay ~20%, ang fraction ng oxygen ions ay ~0.01%.

Hanggang sa 100 km, ang komposisyon ng kapaligiran ay bahagyang nagbabago dahil sa magulong paghahalo nito, ang average na masa ng mga molekula ay nananatiling humigit-kumulang na pare-pareho: m = 4.83∙10-26 kg (M = 28.97). Simula sa 100 km, ang kapaligiran ay nagsisimulang magbago, lalo na, ang proseso ng dissociation ng mga molekula ng O2 ay nagiging makabuluhan; ang nilalaman ng atomic oxygen ay tumataas, at ang kapaligiran ay pinayaman din ng mga magaan na gas ng helium, at sa matataas na altitude - hydrogen dahil sa diffusion separation ng mga gas sa gravitational field ng Earth (Fig. 1. a, c).

kanin. 1 Pamamahagi ng konsentrasyon ng mga nasasakupan sa atmospera

Mula sa taas na 100 km, nagsisimula ang mga pagbabago sa komposisyon ng atmospera ng Daigdig, dahil ang proseso ng pagtaas ng nilalaman ng atomic oxygen ay nangyayari at ang kapaligiran ay nagsisimulang mayaman sa mga magaan na gas, tulad ng helium, at sa mataas na altitude, hydrogen, dahil sa diffusion separation ng mga gas sa gravitational field ng Earth (Fig. 1 a, b) . Sa pagbuo ng mga altitude distribution ng neutral at charged na mga particle ng upper atmosphere, ang iba't ibang ion-molecular reactions na nagaganap sa gas phase ay may mahalagang papel din.

Talahanayan 1 - Enerhiya ng ionization, dissociation at paggulo ng mga pangunahing nasasakupan ng atmospera

Atom o molekulaEi, eV λi, nmEd, eV λd, nmExcited state Eex, eVNO9.251345.292.34O210.081035.08244O2(1 Δ g) O2(b1 Σ +g)O2(A3 Σ +u)0.98 1.63 4.34H13.5991--O13.6191--O(1D) O(1S)1.96 4.17 N 14.54 85 - -N(2D) N(2P)2, 39 3.56H215.482078 68Ar15.7579--He24.5850--

Ang mga proseso ng dissociation at ionization ng mga bahagi ng atmospera ay nangyayari pangunahin sa ilalim ng impluwensya ng short-wave electromagnetic radiation mula sa Araw. Sa mesa. Ipinapakita ng talahanayan 1 ang mga halaga ng enerhiya ng ionization Ei at dissociation Ed ng pinakamahalagang bahagi ng atmospera, na nagpapahiwatig ng mga wavelength ng solar radiation na naaayon sa mga energies na ito. λi At λd. Ang mga excitation energies na Eex ng iba't ibang estado para sa O2 molecules at O ​​at N atoms ay ibinibigay din doon.

Sa ibaba makikita mo ang data sa pamamahagi ng enerhiya sa solar spectrum, na ipinapakita sa Talahanayan 2. Kung saan, para sa iba't ibang mga spectral na pagitan, ang ganap at kamag-anak na mga halaga ng density ng flux ng enerhiya ay ibinibigay, pati na rin ang mga halaga ng enerhiya ng radiation quanta, na tinutukoy ng kaugnayan ε [ eV] = 1240/ λ [ nm] (1 eV = 1.6 ⋅10−19 J).

Talahanayan 2 - Pamamahagi ng enerhiya ng density ng flux sa hanay ng sikat ng araw

Agwat ng haba ng haba, nmenergy flux density j ∙ m-2 ∙ s-1 bahagi ng kabuuang flux %enerhiya ng quanta evultraviolet light 10-400 10-225 225-300 300-400 126 0.4 16 109 9.0 0.03 1.2 7.8 124-3.1 124 - 5.5 5.5-4.1 4.1-3.1 Nakikitang ilaw 400-700 400-500 500-600 600-760 644 201 193 250 46.1 14.4 13.8 17.9 3.1-2.5 . 1.6 pulang ilaw 760-5000 760-1000 1000- 3000 3000-5000 619 241 357 21 44.4 17.3 25.6 1.5 1.6-0.2 1.6-1.2 1.2-0.4 0.4-0.2

Ang kabuuang density ng enerhiya ng flux ng sikat ng araw sa rehiyon ng Earth ay 1.4 ⋅103 J ⋅s-1 ⋅m-2. Ang halagang ito ay tinatawag na solar constant. Humigit-kumulang 9% ng enerhiya sa solar spectrum ay isang fraction ng ultraviolet radiation (UV) na may wavelength λ = 10-400 nm. Ang natitirang enerhiya ay humigit-kumulang pantay na nahahati sa pagitan ng nakikita (400-760nm) at infrared (760-5000nm) na dulo ng spectrum. Napakaliit ng flux density ng sikat ng araw sa rehiyon ng X-ray (0.1-10 nm) ~ 5 ⋅10-4 J ⋅s-1 ⋅m-2 at lubos na nakasalalay sa antas ng aktibidad ng solar.

Sa nakikita at infrared na mga rehiyon, ang saklaw ng Araw ay malapit sa radiation spectrum ng isang ganap na itim na katawan na may temperatura na 6000 K. Ang temperatura na ito ay tumutugma sa temperatura ng nakikitang ibabaw ng Araw, ang photosphere. Sa mga rehiyon ng ultraviolet at x-ray, ang saklaw ng Araw ay inilalarawan ng ibang regularidad, kapag ang radiation ng mga rehiyong ito ay nagmumula sa chromosphere (T ~ 104 K) na matatagpuan sa ibabaw ng photosphere at corona (T ~ 106 K), ang panlabas na bahagi. sobre ng Araw. Sa short-wavelength na bahagi ng solar spectrum, maraming magkakahiwalay na linya sa tuloy-tuloy na spectrum, ang pinakamatindi nito ay ang hydrogen line. La , nakapatong ( λ = 121.6 nm). Sa lapad ng linyang ito na humigit-kumulang 0.1 nm, tumutugma ito sa density ng radiation flux na ~ 5 ⋅10-3 J ⋅m-2 ⋅s-1. Ang intensity ng radiation sa linya L β (λ = 102.6 nm) ay halos 100 beses na mas maliit. Ipinapakita sa fig. 1, ang mga pamamahagi ng altitude ng konsentrasyon ng mga bahagi ng atmospera ay tumutugma sa average na antas ng solar at geomagnetic na aktibidad.

Ang taas na pamamahagi ng atomic oxygen concentration ay ipinapakita sa talahanayan. 3 .

Talahanayan 3 - Altitude distribution ng concentration

Altitude km2004006008001000n0, m-37.1∙10152.5∙10141.4∙10139.9∙10118.3∙1010

Ang mga hangganan ng hanay ng altitude at ang konsentrasyon ng AA sa loob nito ay lubos na nakadepende sa antas ng aktibidad ng solar. Ang pag-asa ng konsentrasyon ng atomic oxygen sa taas para sa average na bilang, minimum at maximum na antas ay ibinibigay sa figure. 2 at sa figure. Ipinapakita ng Figure 3 ang mga pagbabago sa taunang fluence ng atomic oxygen na may taas na 400 km sa panahon ng solar activity cycle.

kanin. 2 Pagdepende ng konsentrasyon ng AA sa altitude para sa iba't ibang antas ng aktibidad ng solar

kanin. 3 Pagbabago sa taunang flux ng AO flux sa panahon ng solar activity cycle

Tinantyang taunang fluence ng atomic oxygen para sa OS ≪mundo ≫ipinapakita sa talahanayan 4 (350 km; 51.6o) para sa 1995-1999.

Talahanayan 4 - Taunang mga halaga ng kahusayan

Taon19951996199719981999Taunang kahusayan 10 22 cm-21.461.220.910.670.80

1.2 Proseso ng Chemical Spray ng AK Polymers

Maaaring mangyari ang atomization ng mga materyales sa pamamagitan ng dalawang proseso - physical atomization at chemical atomization. Ang pisikal na sputtering ng mga materyales ay ang proseso ng halos nababanat na pagkatok sa isang atom mula sa target na ibabaw, kung saan nangyayari ang isang quasi-pair na interaksyon. Bilang isang resulta, ang ilang mga atomo ng sangkap ay nakakakuha ng isang enerhiya na lumampas sa nagbubuklod na enerhiya ng mga atomo sa ibabaw at umalis sa target, ito ay isang threshold phenomenon. Ang isang tampok ng pisikal na sputtering ay ang pagkakaroon ng isang threshold ng enerhiya, sa ibaba kung saan ang pagkasira ng mga materyales ay halos wala. Sa aming trabaho, pag-aaralan namin ang pag-spray ng kemikal ng mga polimer. Ito ang proseso ng pag-ukit, ang pagguho ng mga materyales, na nangyayari kung ang mga atomo ng insidente ay nakikipag-ugnayan sa mga atomo ng target sa pamamagitan ng pagbuo ng mga pabagu-bagong compound sa ibabaw, na maaaring ma-desorbed mula sa ibabaw, na humahantong sa pagkawala ng masa ng ang materyal.

Sa fig. Ipinapakita ng Figure 4 ang mga resulta ng mga pagsukat sa laboratoryo ng sputtering coefficients ng carbon (dalawang upper curves) at stainless steel (lower curves) ng oxygen ions na may energies na 20–150 eV, pati na rin ang data sa sputtering ng carbon (graphite) na nakuha. sakay ng Space Shuttle (light circle).

Sputtering coefficient, atom/ion

kanin. 4 Enerhiya dependences ng sputtering coefficients ng grapayt at hindi kinakalawang na asero sa pamamagitan ng oxygen ions

Kapansin-pansin na ang sputtering coefficient para sa carbon ay mas mataas kumpara sa bakal, at ang pagbaba nito sa ion energies na mas mababa sa 50 eV ay hindi gaanong mahalaga, dahil ang mekanismo ng kemikal na sputtering ng carbon ay nagpapatakbo sa mababang enerhiya ng mga incident ions.

Upang mabilang ang mass loss ng mga materyales dahil sa chemical sputtering, mass Rm at volumetric Rv sputtering coefficients ay karaniwang ginagamit, i.e. erosion, na katumbas ng ratio ng tiyak na pagkawala ng masa o volume sa fluence ng mga atomo ng oxygen na may sukat na g/atom O o cm3/atom O. Ang paggamit ng mga naturang coefficient ay lalong maginhawa kapag pinag-aaralan ang mga epekto ng atomic oxygen sa polymer at composite na mga materyales, kung saan madalas na mahirap matukoy ang masa at ang komposisyon ng mga indibidwal na mga fragment na inalis mula sa ibabaw. Kadalasan, ang parehong mga koepisyent ng pagguho ay tinutukoy ng R na walang mga subscript, na nagpapahiwatig ng kaukulang dimensyon. Sa ngayon, isang malaking halaga ng pang-eksperimentong data ang naipon sa epekto ng atomic oxygen sa iba't ibang mga materyales, lalo na sa mga polimer, na, tulad ng nabanggit na, ay pinaka-madaling kapitan sa chemical sputtering. Sa kabila nito, ang pangkalahatang tinatanggap na mga modelo ng mga mekanismo ng pagkasira ng mga polimer sa pamamagitan ng mga atomo ng oxygen na may mga enerhiya na ~ 5-10 eV ay hindi pa nabuo. Ayon sa mga modernong konsepto, ang pakikipag-ugnayan ng isang mabilis na atom ng oxygen na may ibabaw ay nagpapatuloy sa tatlong mga channel. Ang ilan sa mga atomo ay tumagos sa materyal na may posibilidad na 0.1-0.5 at nakikipag-ugnayan sa kemikal dito, ang isa pang bahagi ay bumubuo ng mga molekulang O2 na umaalis sa ibabaw, at ang ikatlong bahagi ay sumasailalim sa hindi nababanat na pagkalat. Ang huling dalawang proseso ay hindi humahantong sa pag-alis ng isang masa ng materyal.

Sa kasalukuyan, dalawang pangunahing mga scheme ang isinasaalang-alang, ayon sa kung saan ang kemikal na sputtering ng isang polimer sa pamamagitan ng mabilis na mga atomo ng oxygen ay nangyayari.

Isang multi-stage na proseso na kinabibilangan ng ilang sunud-sunod at parallel na yugto: atom adhesion sa ibabaw, thermalization nito, diffusion sa karamihan ng materyal, at mga reaksyon sa mga polymer molecule sa thermalized state. Sa pamamaraang ito, ang mga kadena ng reaksyon para sa mabilis at thermal oxygen na mga atomo ay hindi naiiba, at ang pagtaas sa rate ng pagkawasak ng polimer na may pagtaas sa enerhiya ng mga atom ay dahil sa isang pagtaas sa koepisyent ng pagdirikit ng mga atomo sa ibabaw.

Direktang reaksyon ng mabilis na mga atomo ng oxygen na may mga molekulang polimer sa panahon ng pangunahing banggaan sa ibabaw. Ang mga produkto ng naturang mga reaksyon ay pumapasok sa pangalawang reaksyon sa pagbuo ng mga simpleng gas na oksido ng carbon at hydrogen sa huling yugto. Sa kasong ito, ang pagtaas ng enerhiya ng mga atomo ng oxygen na nagbobomba sa ibabaw ay humahantong sa parehong pagtaas sa mga cross section ng reaksyon at sa paglitaw ng mga karagdagang chain ng reaksyon.

ang pagkuha ng isang H atom ng isang O atom na may pagbuo ng OH at isang hydrocarbon radical (ang reaksyong ito ay may mababang energy threshold at maaaring magpatuloy sa thermal energies ng O atoms).

pag-aalis ng H atom na may pagdaragdag ng O atom sa hydrocarbon chain;

pagkasira ng C=C carbon bond.

Ang huling dalawang reaksyon ay may mataas na threshold ng enerhiya (~2 eV) at maaari lamang magpatuloy kapag nakikipag-ugnayan sa mabilis na mga atomo ng O. Para sa kanila, ang kabuuang cross section ng reaksyon sa isang oxygen atom energy na 5 eV ay mas mataas kaysa sa cross section para sa reaksyon ng pagbuo ng OH.

Kaya, ang pagtaas sa enerhiya ng mga atomo ng oxygen ay nagbubukas ng mga bagong channel ng reaksyon na may mas mataas na mga threshold ng enerhiya, bilang karagdagan sa karaniwan para sa mga thermal atom, ang abstraction ng mga H atom na may pagbuo ng OH. Ang itinuturing na mga scheme ng pakikipag-ugnayan ng atomic oxygen na may mga polimer ay nakumpirma sa isang tiyak na lawak ng mga resulta ng numerical simulation ng mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng atomic oxygen sa ibabaw, na isinagawa gamit ang mga pamamaraan ng klasikal at quantum mechanics.

Ang mga resulta ng simulation ay nagpakita na ang daloy ng mga particle na nagmumula sa polymer surface ay naglalaman ng inelastically scattered O atoms (mga 35%), C–H bond breaking products (40%), at C–C bond breaking products (2–3%). Ang porsyento ng nilalaman ng mga produkto ng pakikipag-ugnayan ng atomic oxygen sa polimer ay higit sa lahat ay nakasalalay sa enerhiya ng pagsira ng bono sa mga yunit ng polimer, ang mga halaga kung saan para sa iba't ibang mga bono ay ibinibigay sa Talahanayan. 5. Ang talahanayang ito ay nagbibigay din ng mga wavelength ng solar radiation na tumutugma sa ipinahiwatig na bond breaking energies.

Talahanayan 5 - Bond energies at mga katangian ng wavelength para sa pagsira ng mga polymer bond

Uri ng koneksyon С - HCF2-FC=CC=OSi-O

Dapat pansinin na ang mga fluorinated polymers, ibig sabihin, na naglalaman ng F fluorine atoms sa kanilang komposisyon, ay may medyo malakas na C-F bond. Bilang karagdagan, mayroon silang isang tiyak na disenyo ng polymer chain, na pinoprotektahan ang mga C atom mula sa direktang pagkakalantad sa mga atomo ng oxygen. Bilang resulta, ipinakita ng mga pag-aaral na ang rate ng kanilang pagguho sa ilalim ng pagkilos ng atomic oxygen ay higit sa 50 beses na mas mababa kaysa sa polyimides at polyethylenes.

Upang ilarawan ang pag-asa ng koepisyent ng pagguho R sa enerhiya ng mga atomo ng oxygen sa panahon ng pag-spray ng kemikal ng mga polimer, ang isang function ng form = 10−24AEn na may sumusunod na mga halaga ng parameter, na depende sa uri ng sprayed polymer, ay iminungkahi: = 0.8 −1.7; n = 0.6−1.0.1

Batay sa pagsusuri ng pang-eksperimentong data sa chemical sputtering ng polymer films, ang functional dependence ng erosion coefficient sa komposisyon ng sprayed polymer ay natukoy:

R ~ γM / ρ , γ = N / (NC - NCO),

kung saan ang N ay ang bilang ng lahat ng mga atomo sa isang paulit-ulit na yunit ng polimer; Ang NC ay ang bilang ng mga carbon atom sa link; Ang NCO ay ang bilang ng mga C atom na maaaring makuha mula sa link sa loob ng molecular oxygen atoms sa anyo ng CO o CO2; M ay ang average na molekular na timbang ng yunit; ρ - density ng polimer.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang pagkasira ng mga polymeric na materyales ay maaaring, kasama ng atomic oxygen, ay sanhi ng short-wavelength solar radiation. Ang kahusayan ng prosesong ito, pati na rin ang kahusayan ng chemical sputtering na may atomic oxygen, ay nakasalalay sa komposisyon at istraktura ng mga polimer. Ipinapakita ng data ng laboratoryo na para sa ilang mga polimer, ang pagguho ng ultraviolet radiation ay maihahambing sa pagguho na dulot ng atomic oxygen. Kasabay nito, wala pa ring pangkalahatang tinatanggap na mga ideya tungkol sa posibilidad ng mga synergistic na epekto na nagaganap kapag ang mga polymer ay sabay-sabay na nakalantad sa atomic oxygen at ultraviolet radiation, i.e. tungkol sa posibilidad ng pagpapalakas o pagpapahina ng resultang epekto na may pinagsamang pagkakalantad. Ang kalabuan ng nakuha na pang-eksperimentong data at teoretikal na mga pagtatantya ay higit sa lahat dahil sa ang katunayan na ang short-wavelength radiation quanta ay maaaring maging sanhi ng parehong pagkasira ng mga polymer chain at ang kanilang crosslinking.

Partikular na pagbaba ng timbang, g ⋅m-2

Tagal ng pagkakalantad, araw

kanin. Fig. 5. Pag-asa ng tiyak na pagkawala ng masa ng carbon fiber sa tagal ng paglipad

Kapag hinuhulaan ang tibay ng mga polymeric na materyales sa totoong mga kondisyon ng paglipad sa kalawakan, dapat itong isaalang-alang na ang ibabaw ng materyal na pinag-aaralan ay maaaring kontaminado ng mga produkto ng sariling panlabas na kapaligiran ng spacecraft, na pumipigil sa materyal na makipag-ugnay sa atomic oxygen at mga lead. sa pagbabago sa koepisyent ng pagguho. Ang epektong ito ay maaaring ipaliwanag ang pagbaba sa sputtering rate ng carbon fiber sample habang lumilipad, na naobserbahan sa eksperimento sakay ng Salyut-6 orbital station (Larawan 5).

1.3 Pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa mga materyales sa natural at laboratoryo kondisyon

Kapag nasubok sa mga natural na kondisyon, ang mga sample ay nakalantad hindi lamang sa AK, kundi pati na rin sa maraming iba pang FKP. Sa halip, halos imposibleng gayahin ang kapaligiran ng espasyo nang tumpak at buo sa mga laboratoryo kapag ginagaya ang mga test bench. Samakatuwid, kapag inihambing ang mga resulta ng natural at laboratoryo na mga eksperimento, may mga pagkakaiba. Upang madagdagan ang pagiging maaasahan ng mga resulta ng bench test at ang posibilidad ng kanilang paghahambing sa data ng flight, ang trabaho ay isinasagawa kapwa upang mapabuti ang mga simulation bench at upang magsagawa ng mga espesyal na serye ng mga natural na eksperimento na nakatuon sa pag-aaral ng impluwensya ng indibidwal na FKP, kabilang ang atomic oxygen. .

Sa mga pagsubok sa lupa, ang epekto ng AK ay ginagaya ng ilang mga pamamaraan:

molecular beam method (standard generalised name para sa nakadirekta libreng molekular na daloy ng mga atomo, molekula, kumpol);

paraan ng daloy ng ion at plasma.

Ngayon, ang mga high-speed molecular beam na may mga enerhiya na higit sa 1 eV ay maaaring makuha sa pamamagitan ng gas-dynamic at electrophysical na mga pamamaraan. Sa mga pamamaraan ng gas-dynamic, ang isang pinainit na gas sa ilalim ng presyon ay dumadaan sa isang nozzle sa isang vacuum sa anyo ng isang supersonic na daloy. Para sa pagpainit, ginagamit ang iba't ibang anyo ng paglabas sa gas na naglalaman ng oxygen sa larangan ng nozzle.

Ang mga electrophysical na pamamaraan ay maaaring maiugnay sa mga naturang pamamaraan na batay sa acceleration sa electromagnetic field ng isang gas sa isang estado ng ionization, na sinusundan ng neutralization ng mga ions sa mga atomo, kung saan nabuo ang isang molekula ng isang high-speed bunch. Hindi tulad ng gas-dynamic na pamamaraan, walang mga paghihigpit sa bilis ng butil dito. Sa kabaligtaran, ang kahirapan ay namamalagi sa pagkuha ng mga beam sa mababang bilis.

Ang isang paraan ng pagkuha ng isang molecular beam sa pamamagitan ng muling pagkarga ng mga positibong ionized na atom at pagkuha ng mga naka-charge na particle mula sa stream ay malawakang tinanggap. Gayunpaman, hindi pa posible na makuha ang kinakailangang particle flux at tagal ng tuluy-tuloy na pagkakalantad sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng molecular beam.

Upang makakuha ng mga resulta na tumutugma sa natural na pagkakalantad, kapag pinag-aaralan ang epekto ng paparating na daloy ng AK sa mga materyales ng low-orbit spacecraft, kinakailangan na ang mga pasilidad ng simulation ay may mga sumusunod na parameter ng oxygen atomic beam at ang mga kadahilanan sa espasyo na nauugnay sa ito:

ang enerhiya ng mga atomo ng oxygen ay dapat na ~ 5-12 eV;

atomic flux density j = 1015 -1018 at / cm2 s;

density ng mga atomo (na may tuluy-tuloy na pag-iilaw) - Ф ~ 1022 -1023 sa / cm2;

komposisyon ng sinag O (> 90%), 02, 0+, N2+, 02*;

pagkakaroon ng VUV at UV na may intensity Pk ≥ 70 (μW/cm2;

thermocycling na materyal sa loob ng saklaw: 80 ° C

Maaaring mag-iba ang mga pag-setup ng laboratoryo sa ilalim ng mga simulate na kundisyon mula sa aktwal na mass at energy spectra, pagkakaroon ng VUV o UV illumination, flux density, vacuum, at mga kondisyon ng temperatura sa ibabaw. Ang molekular na oxygen at mga ion ay kasama sa komposisyon ng mga beam.

Dahil sa kanilang kasalukuyang estado, ang mga ion beam ay maaaring gawing posible na makakuha ng mga beam ng mga low-energy ions (hanggang ~ 10 eV) at oxygen atoms na may sapat na mababang intensity (hindi hihigit sa 1012 cm-2 s-1), isang halaga na nalilimitahan ng epekto ng ion space charge. Ang konsentrasyon ng ion ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng paggamit ng pinabilis na daloy ng plasma. Ang prinsipyong ito ay inilapat sa simulation stand ng Institute of Nuclear Physics. Kung saan, mula noong 1965, ang impluwensya ng ionospheric oxygen plasma na nilikha ng isang capacitive high-frequency discharge na may mga panlabas na electrodes (f ~ 50MTu) sa isang malawak na klase ng mga materyales sa espasyo (thermal control coatings, polymeric na materyales) ay pinag-aralan. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay hindi nagpapahintulot sa amin na ganap na kopyahin ang mga kondisyon para sa pakikipag-ugnayan ng atomic oxygen sa mga materyales ng panlabas na ibabaw ng spacecraft kapag tumatakbo sa mababang mga orbit ng Earth (300-500 km). Ang susunod na yugto sa pagbuo ng teknolohiya ng simulation para sa mga epekto ng daloy ng ionospheric plasma particle sa materyal ng panlabas na ibabaw ng spacecraft ay ang paglikha ng mga kawani ng Institute of Nuclear Physics ng isang oxygen plasma accelerator at isang test bench batay sa ito. Sa stand, ang mga pag-aaral ay isinasagawa pa rin sa epekto ng mga daloy ng plasma sa isang malawak na hanay ng mga enerhiya sa mga materyales sa teknolohiya ng espasyo na gayahin ang epekto ng mga ionospheric space factor ng Earth at ang epekto ng mga artipisyal na plasma jet ng mga de-koryenteng motor. Para sa tamang interpretasyon at simulation test data, ang mga kondisyon ng laboratoryo, kadalisayan at mga parameter ng oxygen plasma ay dapat na maingat at regular na suriin. Ang pangunahing materyal na gagamitin ay polyimide.

Ang data na nakuha sa natural at mga pagsubok sa laboratoryo ay nagpakita na ang mga polymeric na materyales ay pinaka-madaling kapitan sa mapanirang epekto ng AA. Para sa kanila, ang kapal ng layer na dinadala mula sa ibabaw ay maaaring umabot ng ilang sampu at kahit na daan-daang micrometer bawat taon.

1.4 Mga pagbabago sa mga katangian ng polymeric na materyales sa ilalim ng impluwensya ng atomic oxygen

Ang pag-spray ng mga polimer ay sinamahan hindi lamang ng isang pagkawala sa masa ng materyal, ngunit humahantong din sa isang pagbabago sa mga katangian ng physico-mechanical ng mga polimer, na tinutukoy ng ibabaw na layer.

Ang pagkakalantad sa oxygen ay nagpapataas ng pagkamagaspang sa ibabaw, na may isang katangiang texture na nakapagpapaalaala sa karpet. Sa banyagang panitikan, ang surface morphology na ito ay tinawag na (karpet-like).

Ang pagbuo ng naturang mga istraktura ay naobserbahan sa natural at mga eksperimento sa laboratoryo. Bilang resulta ng mga full-scale na eksperimento na isinagawa sa Mir OS, natuklasan ang hitsura ng isang ordered surface structure ng polymer films, na humantong sa paglitaw ng anisotropy sa optical properties. Ang liwanag na paghahatid ng mga panlabas na polyimide na pelikula pagkatapos ng pagkakalantad sa loob ng 42 buwan ay bumaba ng higit sa 20 beses dahil sa isang matalim na pagtaas sa pagkalat ng liwanag, at ang mga diagram ng liwanag ay naging anisotropic.

Sa fig. Ang Figure 8a ay nagpapakita ng isang electron micrograph ng ibabaw ng polytetrafluoroethylene pagkatapos ng pagkakalantad sa LDEF spacecraft, at sa fig. Ang 8b ay isang micrograph ng polyimide surface pagkatapos ng pagkakalantad sa isang daloy ng atomic oxygen sa SINP MGU simulation facility.

kanin. Fig. 8 Surface structure ng polymers pagkatapos ng exposure sa atomic oxygen sa natural (a) at laboratory (b) na mga kondisyon

Sa isang bilang ng mga natural na eksperimento sa Mir OS, ang isang matalim na pagkawala ng lakas ay naobserbahan sa mga aramid thread at aramid na tela na sumailalim sa counterflow ng AO. Kaya, sa isang espesyal na eksperimento na STRAKHOVKA na may mga produktong gawa mula sa mga materyales batay sa mga tela ng aramid na tinahi ng mga aramid thread, pagkatapos ng 10 taon ng pagkakalantad na may pagbaba ng timbang na 15%, ang mga thread ng suture ng aramid ay nawasak nang hindi nag-aaplay ng isang load, kapag ang mga fragment na kanilang konektado ay pinaghiwalay. Sa aramid fabric, ang pagbaba ng timbang ay 17%, habang ang tensile load ay bumaba ng 2.2-2.3 beses, at ang kamag-anak na pagpahaba sa break, ng 17-20%.

1.5 Mga pamamaraan para sa pagprotekta sa mga polymeric na materyales mula sa pagkasira ng mga daloy ng plasma

Ang pagpapataas sa buhay ng serbisyo ng spacecraft ay isang pangunahing priyoridad para sa mga developer ng teknolohiya sa espasyo. Para dito, kinakailangan, bukod sa iba pang mga bagay, upang matiyak ang pangmatagalang katatagan ng mga katangian ng pagpapatakbo ng mga materyales ng panlabas na ibabaw ng spacecraft at, una sa lahat, ang pinaka-madaling kapitan sa pagkawasak ng mga polymeric na materyales.

Ang proteksyon ng mga polymeric na materyales ay isinasagawa sa dalawang direksyon: ang pagtitiwalag ng manipis (~1 μm) na mga proteksiyon na pelikula na lumalaban sa AA, parehong inorganic at polymeric, at ang pagbabago ng materyal o ang ibabaw na layer nito upang mapabuti ang erosion resistance.

Ang aplikasyon ng mga manipis na proteksiyon na pelikula ay isinasagawa ng tatlong pangunahing pamamaraan:

pisikal na vapor deposition sa vacuum (PVD): Al, Si, Ge, Ni, Cr, A12O3, SiO2, atbp., gamit ang thermal evaporation, electron beam, magnetron at ion sputtering;

plasma chemical vapor deposition (PESVD): SiO*, SiO2, SiN, SiON;

Plasma deposition: Al, Al / In / Zr.

Maaaring bawasan ng mga film coatings ang pagbaba ng timbang ng mga polymeric na materyales ng 10-100 beses.

Ang mga oxide at nitride ay chemically inert na may kinalaman sa AA, kaya ang kanilang sputtering ay bale-wala. Ang epekto ng AA sa boron at silicon nitride ay nagiging sanhi ng kanilang pagbabago sa ibabaw sa isang oxide film sa lalim na humigit-kumulang 5 nm, na pumipigil sa oksihenasyon ng mga pinagbabatayan na layer. Ang mataas na pagtutol ay ipinapakita ng mga coatings batay sa Si - ang sputtering coefficient ay bumababa, bilang panuntunan, ng higit sa dalawang order ng magnitude.

Ang pagiging epektibo ng iba't ibang mga patong na proteksiyon na nakabatay sa silikon ay inilalarawan sa Fig. 9, na nagpapakita ng mga dependences ng mass loss ng polyimide film sample na pinahiran ng SiO2 at silicone varnish sa fluence ng oxygen atoms na nakuha sa simulation stand ng SINP MGU. Dahil sa paggamit ng mga protective coatings, ang film erosion rate ay nababawasan ng isang factor na 200–800.

kanin. Fig. 9. Mga dependency ng mass loss ng mga sample ng unprotected polyimide film at may iba't ibang protective coatings sa fluence ng oxygen atoms

Gayunpaman, ang mga takip ng sheet ay hindi mapagkakatiwalaan - ang mga ito ay madaling delaminated at napunit sa panahon ng thermal cycling, nasira sa panahon ng operasyon at produksyon. Ang pagbabago ng ibabaw na layer ng polimer ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpapakilala ng mga ion (A1, B, F) o saturation ng kemikal na may Si, P o F na mga atomo sa lalim ng ilang microns.

Ang pagpapakilala ng mga ions na may enerhiya na 10-30 keV ay lumilikha ng isang layer na 10-15 millimicrons na makapal, na pinayaman sa pamamagitan ng pagkuha ng isang additive alloy sa graphite o polymer na materyales. Sa saturation ng kemikal, ang mga radical na naglalaman ng Si, P o F ay ipinakilala sa layer ng polymer structure sa lalim na hanggang 1 µm. Dahil sa pagpapakilala ng ilang mga elemento ng kemikal sa ibabaw na layer, ang materyal ay nakakakuha ng kakayahan, sa ilalim ng impluwensya ng isang joint-stock na kumpanya, upang bumuo ng isang proteksiyon na pelikula na may mga non-volatile oxides sa ibabaw.

Ang parehong mga paraan ng pagbabago sa ibabaw na layer ay nagreresulta sa isang pagbawas sa koepisyent ng pagpapakalat ng polimer sa ilalim ng impluwensya ng pinagsamang kumpanya ng stock sa dalawang order o higit pa.

Ang synthesis ng mga bagong polymeric na materyales ay naglalayong isama ang mga elemento ng kemikal sa kanilang istraktura, halimbawa, Si, P na may kakayahang tumugon sa isang joint-stock na kumpanya upang bumuo ng isang proteksiyon na layer mula sa mga non-volatile oxides.

2. Paraan para sa pag-aaral ng epekto ng atomic oxygen sa polymers

1 Paglalarawan ng paraan ng pagkalkula

Sa gawaing ito, isinagawa ang matematikal na pagmomodelo ng pagbuo ng isang kaluwagan sa ibabaw ng isang spacecraft at ang lalim ng pagtagos ng isang atomic flux sa isang polimer.

Para sa mga kalkulasyon, ginamit ang isang two-dimensional na modelo ng materyal kasama ang paghahati nito sa pamamagitan ng computational grid sa mga cell na may pantay na laki. Gamit ang modelong ito, pinag-aralan ang mga sample ng polymer na may AA-resistant filler (Fig. 10) at isang polymer na walang filler.

Fig.10. Computational two-dimensional model ng isang polimer na may protective filler.

Ang modelo ay naglalaman ng dalawang uri ng mga cell: na binubuo ng isang polimer na maaaring alisin sa ilalim ng pagkilos ng AK, at mga cell ng isang proteksiyon na tagapuno. Ang mga kalkulasyon ay isinagawa gamit ang Monte Carlo na pamamaraan sa pagtatantya ng malalaking particle, na ginagawang posible upang mabawasan ang dami ng mga kalkulasyon na isinagawa. Sa pagtatantya na ito, ang isang particle ay tumutugma sa ~107 oxygen atoms. Ipinapalagay na ang transverse size ng materyal na cell ay 1 µm. Ang bilang ng mga atomo ng oxygen sa isang pinalaki na butil at ang posibilidad ng pakikipag-ugnayan ng mga particle sa mga materyales ay pinili batay sa mga resulta ng mga eksperimento sa laboratoryo sa pag-spray ng mga polimer na may daloy ng AA. Sa pangkalahatang kaso, sa modelo ng pakikipag-ugnayan ng daloy ng AK sa target, ang mga proseso ng specular at diffuse na pagkalat ng mga atomo ng oxygen sa mga cell, na ang bawat isa ay nailalarawan sa sarili nitong posibilidad, ay isinasaalang-alang. Sa diffuse scattering ng mga atoms, ipinapalagay, ayon sa , na nawawalan sila ng halos isang-katlo ng kanilang paunang enerhiya sa bawat pagkilos ng pakikipag-ugnayan. Ginagawang posible ng modelong isinasaalang-alang na magsagawa ng mga kalkulasyon para sa anumang mga halaga ng mga anggulo ng saklaw ng mga atomo sa target. Ang mga pangunahing parameter ng modelo ay ipinakita sa Talahanayan. 6.

Ang Monte Carlo method ay nauunawaan bilang mga numerical na pamamaraan para sa paglutas ng mga problema sa matematika sa pamamagitan ng pagmomodelo ng mga random na halaga. Sa kaso ng paglalapat ng pamamaraang ito para sa pagmomodelo ng mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng radiation sa bagay, gamit ang isang random na generator ng numero, ang mga parameter ng mga proseso ng pakikipag-ugnayan ay nilalaro. Sa simula ng bawat kaganapan, ang panimulang punto, ang paunang enerhiya, at ang tatlong bahagi ng momentum ng particle ay itinatakda o muling ginawa.

(2.1)

saan ay ang wholesale interaction cross section para sa isang atom, - pakyawan na cross section ng pakikipag-ugnayan para sa lahat ng mga atom ng sangkap. Pagkatapos ay mayroong punto kung saan kinakalkula ang particle pagkatapos ng free run at ang pagkawala ng kapangyarihan ng particle sa volume na ito. Ang pinagmulan ng ratio ng mga seksyon ng mga posibleng reaksyon, ang enerhiya ng lahat ng mga produkto ng reaksyon at ang direksyon kung kanino sila mag-alis ay nilalaro. Mayroon ding pagkalkula ng mga pangalawang particle at ang mga sumusunod na kaganapan.

Ang mga sumusunod na pagpapalagay ay ginamit sa simulation:

ang pinalaki na mga particle ay hindi nakikipag-ugnayan sa proteksiyon na patong, kung ang isang butil ay tumama sa patong, umalis ito sa pagkalkula;

Isinasaalang-alang ang mga sumusunod na channel ng pakikipag-ugnayan ng mga particle sa bagay:

kemikal na reaksyon sa pagbuo ng pabagu-bago ng isip oxides, na humahantong sa pag-alis ng polymer cell mula sa modelo;

specular na pagmuni-muni ng mga particle mula sa ibabaw ng polimer, kung saan ang enerhiya ng particle pagkatapos ng pagmuni-muni ay hindi nagbabago;

pagpapakalat ng pagpapalaganap ng butil, na sinamahan ng pagkawala ng isang particle ng isang tiyak na bahagi ng enerhiya sa bawat kaso ng scattering.

Ang block diagram ng algorithm para sa pagkalkula ng pakikipag-ugnayan ng isang pinalaki na oxygen atomic particle sa modelo ay ipinapakita sa fig. labing-isa.

Figure 11. Block diagram ng algorithm ng pagkalkula

2.2 Magnetoplasmodynamic oxygen plasma accelerator SINP MGU

Ginagamit ang stand upang pag-aralan ang epekto ng mga daloy ng plasma sa mga materyales ng mga panlabas na ibabaw ng spacecraft sa isang malawak na hanay ng enerhiya, na ginagaya ang parehong natural na mga kondisyon ng ionospheric at ang epekto ng mga artipisyal na plasma jet ng mga electric rocket engine.

Ang scheme ng accelerator ay ipinapakita sa fig. 12 . Anode 1, intermediate electrode 2 (PE), hollow cathode 3 sa loob ng solenoid 4. Ang bumubuo ng gas (oxygen) ay ipinapasok sa anode cavity, at ang inert gas (argon o xenon) ay ipinapasa sa hollow cathode. Ang PE cavity ay inilikas sa pamamagitan ng vacuum line 5. Ginagawa nitong posible na mapataas ang tibay ng cathode at ang buong pinagmulan, at gayundin, dahil sa compression discharge, upang mabawasan ang nilalaman ng mga impurities ng mga materyales ng elektrod sa daloy ng plasma sa 4.10 -6 .

Fig.12 Magnetoplasmodynamic oxygen plasma accelerator ng SINP MGU: 1 - anode; 2 - ferromagnetic intermediate electrode; 3 - guwang thermal cathode; 4 - solenoid; 5 - branch pipe para sa karagdagang vacuum pumping; 6 - pagpapalihis ng electromagnet

Ang oxygen plasma na nabuo sa discharge gap ay pinabilis kapag ang electric field na nabuo sa divergent magnetic field ng solenoid ay dumadaloy sa vacuum. Ang average na enerhiya ng mga ion sa daloy ay kinokontrol sa hanay na 20-80 eV na may pagbabago sa mga mode ng power supply at gas supply. Sa kasong ito, ang flux density ng mga ion at neutral na oxygen na mga particle sa ibabaw ng sample na may sukat na 10 cm2 ay (1-5) ⋅1016 cm-2 ⋅s-1, na tumutugma sa epektibong (binawasan sa isang enerhiya na 5 eV sa katumbas ng polyimide) - (0.6-8) ⋅1017 cm-2 ⋅s-1.

Upang bumuo ng isang neutral na sinag at mga atomo ng oxygen ng mga molekula na nabuo mula sa daloy ng output ng mga sisingilin na mga particle ng plasma sa kahabaan ng mga linya ng magnetic field ng solenoid, isang curved deflecting electromagnet 6. Ang enerhiya ng mga neutral na particle sa nabuong molecular beam ay bumababa sa 5-10 eV sa flux density na 1014 cm-2 ⋅s-1.

Ang distribusyon ng enerhiya ng ionic component ay sinusukat gamit ang three-grid retarding field analyzer, ang intensity nito na may double probe, at ang mass composition nito na may MX-7305 monopole mass spectrometer. Ang mass-average na mga parameter ng isang molecular beam ay tinutukoy mula sa enerhiya at momentum flux na may thermistor bolometer at balanse ng torsion. Ang vacuum system ng stand ay ginawa gamit ang differential pumping sa pamamagitan ng diffusion pump sa polyphenyl ether na may bilis na 2 at 1 m3 ⋅s−1. Ang gumaganang vacuum ay (0.5−2) ⋅10−2 Pa sa pagkonsumo ng oxygen 0.2−0.5 cm3 ⋅s−1 at Ar o Xe - 0.1−0.2 cm3⋅ s−1.

3. Mga resulta ng pagkalkula

3.1 Paglalarawan at paghahambing ng nakuhang datos sa mga eksperimentong kalkulasyon

Ang mga resulta ng pagmomodelo ng laboratoryo ng polyimide erosion sa rehiyon ng mga depekto sa protective coating ay ipinapakita sa Fig. 1. 13 fluence F = 1.3∙1020 atom/cm2. Ang pag-iilaw ay humahantong sa hitsura ng isang lukab na may isang makinis na profile. Ang daloy ng AK ay nahulog sa sample sa isang anggulo ng 90 degrees

Fig.13 Profile ng isang cavity sa isang polymer na may fluence ng oxygen atoms F=1.3∙1020 atom/cm2

Ang resulta na ipinakita sa Figure 1 ay tumutugma sa kaso ng "malawak na depekto" - ang lalim ng lukab ay mas mababa kaysa sa lapad ng depekto ng proteksiyon na patong. Ang bilang ng mga atomo ng oxygen na tumutugma sa isang pinalaki na butil ay kinakalkula mula sa koepisyent ng pagguho ng polimer. Para sa polyimide erosion coefficient λ ay 3∙1024 cm3 / atom. Ang bilang ng mga pinalaki na particle na kinakailangan upang kopyahin ang profile sa panahon ng mathematical modeling sa kaso kapag ang bawat pinagsama-samang particle ay nag-aalis ng isang polymer cell ay kinakalkula ng formula:

M = FλW2 / Wd (3.1)

kung saan ang F (atoms/cm2) ay ang AK flow, λ ( cm3 / atom) ay ang erosion coefficient, W (cells), Wd (cm) ay ang lapad ng depekto sa protective coating. Halimbawa, ang pagmomodelo ng profile na ipinapakita sa Figure 3 na may laki ng cell na 0.1 µm ay nangangailangan ng M0 ≈ 12,000 aggregates. Kapag gumagamit ng mathematical model na may isa o maramihang scattering, ang bilang ng mga pinalaki na particle na M1 na kinakailangan upang kopyahin ang pang-eksperimentong profile ay naiiba sa pinababang halaga na M0. Ang paghahambing ng mga resulta ng pagkalkula at eksperimento ay ginagawang posible upang matukoy ang bilang ng mga pinalaki na particle M1 na kinakailangan para sa pagmomodelo ng isang partikular na fluence sa mga napiling parameter ng mathematical model.

Ang hitsura ng isang lukab na nabuo sa polimer kapag bumagsak ang daloy ng AK (fluence F = 1.6 1020 atom/cm2) sa isang anggulo na 30 degrees sa normal ay ipinapakita sa Fig. 14 . Ipinapakita ng figure ang katangian na layered na istraktura ng polimer, na nagiging sanhi ng mga pagkakaiba sa mga profile ng cavity sa iba't ibang mga seksyon.

Figure 14 Cross section ng isang cavity sa isang polyimide na may protective coating pagkatapos ng irradiation na may AA flux na may fluence na F=1.6∙1020 atom/cm2 sa incidence angle na 30 degrees

Ang seksyong ito ay nagpapakita ng mga resulta ng matematikal na pagmomodelo ng proseso ng pagguho sa pagkakaroon ng maramihang specular o diffusion scattering. Para sa pinakamahusay na pagpipilian ng mga parameter ng scattering ng mga particle ng AA sa modelo ng matematika, isang serye ng mga kalkulasyon ang isinagawa na may iba't ibang mga scattering coefficient. Ang ginamit na mga probabilidad ng maramihang specular at diffuse scattering ay ipinakita sa Talahanayan 7.

Talahanayan 7 - Mga scattering parameter sa mathematical model.

OptionabvgdMirror (REFL)1.00.70.50.30Diffuse (DIFR)00.30.50.71.0

Ang mga resulta na ipinapakita sa fig. 3.1 ay nakuha sa pamamagitan ng maramihang pagkalat na may pagbawas sa enerhiya ng butil pagkatapos ng bawat nagkakalat na kaganapan sa pagkalat hanggang sa thermal (~ 0.025 eV). Pagkatapos ng bawat diffusive scattering event, ang posibilidad ng chemical reaction sa pagitan ng particle at polymer ay nabawasan ayon sa mga parameter ng model na ipinapakita sa Tables 6 at 7. Ipinapakita ng Figure 15 ang mga resulta ng mathematical modeling ng erosion ng coated polymer. Ang mga transverse na sukat ng sample ay 100 µm, ang kapal ng proteksiyon na layer ay 1 µm, ang diameter ng butas sa protective layer ay 10 µm, ang laki ng cell ay 0.5 µm. Ang anggulo ng saklaw ng pinalaki na mga particle ng AK ay 70 degrees. Ang bilang ng mga pinalaki na particle sa bawat kaso ay pinili sa paraang ang lalim ng cavity sa normal na saklaw ng AC ay tumutugma sa pang-eksperimentong data na nakuha sa isang fluence F = 1.3 × 1020 atom/cm2.

Sa fig. Ipinapakita ng 15 ang nakuha na kinakalkula na mga profile ng mga materyales para sa anggulo ng saklaw ng mga atomo ng oxygen na 70 degrees na may proteksiyon na patong.

Figure 15 Mga resulta ng simulation ng proseso ng erosion ng isang polimer na may proteksiyon na patong sa ilalim ng maramihang pagkalat ng particle.

Batay sa isang paghahambing ng pang-eksperimentong (Larawan 13,14) at kinakalkula na data, ang mga sumusunod na parameter ng modelo ay pinili para sa karagdagang mga kalkulasyon: ang posibilidad ng specular reflection R = 0.3; Ang diffuse scattering probability D = 0.7, paghahambing ng mga pang-eksperimentong at kinakalkula na mga profile, maaari nating sabihin na, gamit ang ratio ng lapad ng depekto sa proteksiyon na patong at ang lalim ng lukab na nabuo sa polimer, ang inilapat na modelo ng matematika ay naglalarawan ng polimer. medyo maayos ang pagguho. Dapat itong bigyang-diin na ang ipinakita na modelo ng matematika at ang mga resulta na nakuha sa tulong nito ay tumutugma sa kaso ng isang "malawak na depekto". Upang mapalawak ang modelo sa kaso ng isang "makitid na depekto", kinakailangan ang komplementaryong eksperimentong data sa paghahati ng mga polymer stream ng mga sample ng joint-stock na kumpanya na may malaking kahusayan.

Ang mga polymeric compound ay madaling kapitan ng mapanirang epekto ng kumpanya ng stock. Ang papel ng proteksiyon na materyal ay ginagampanan sa kasong ito sa pamamagitan ng kumplikadong mga particle ng tagapuno. Sa paggawa ng mga polymer compound, sa maraming mga kaso, ang epekto ng pagsali sa mga nanoparticle sa mga bilog na conglomerates na may diameter na ~ 0 1-5 microns, na malinaw na nakikita pagkatapos ng makabuluhang pag-ukit ng daloy, ay malinaw na ipinapakita sa figure. Malinaw na ipinapakita ng 16 na ang nakuhang spherical microparticle ay nagpoprotekta sa mga polimer na rehiyon sa ilalim ng mga ito mula sa pagkahinog ng atomic oxygen.

Pagguhit. 16. Istraktura ng binagong polyimide pagkatapos ng pagkakalantad sa daloy ng AA

3.2 Pagsisiyasat sa papel na ginagampanan ng pamamahagi ng tagapuno sa malapit na ibabaw na layer ng composite

Sa seksyong ito, ang isang composite na may isang tagapuno sa malapit-ibabaw na layer at ang laki ng butil ng tagapuno ay sinisiyasat. Ang mga modelo ay naiiba sa laki ng mga particle ng tagapuno, ngunit ang kabuuang halaga ng materyal ng tagapuno ay nanatiling pareho. Kaya, ang papel ng pagkakapareho ng pamamahagi ng tagapuno ay pinag-aralan, ang mga naturang dami ay kinakalkula bilang: 1) ang lugar ng mga tinanggal na polymer cell sa iba't ibang mga anggulo ng saklaw ng mga particle ng AA at diameter ng mga particle ng tagapuno, 2) isang pagbawas sa Ang daloy ng AA habang pumapasok ito sa kapal ng materyal.

Ang isang halimbawa ng mga kalkulasyon ng mga composite profile pagkatapos ng pagkakalantad sa daloy ng AK ay ipinapakita sa Fig.17. Dito at sa ibaba, ang filler material ng composite ay ipinapakita sa itim, at ang mga nakaukit na lugar ng polimer ay ipinapakita sa puti.

Fig.17 Mga resulta ng pagmomodelo ng proseso ng pagguho ng mga polymer composites na may iba't ibang diameter ng mga filler particle sa maramihang scattering: a - 3.0 µm; b - 3.56 µm.

Tulad ng nakikita natin, sa kasong ito, ang likas na katangian ng pinsala sa malapit sa ibabaw na mga layer ng mga materyales ay halos kapareho sa nakita natin sa eksperimento na ipinakita sa Figure 16. Sa ilalim ng mga filler particle ng polymer composites ng iba't ibang diameters na lumalaban sa atomic oxygen , ang mga hindi nasirang link ng mga polymeric na materyales ay makikita, na protektado mula sa proseso ng pagguho. Sa mga puwang kung saan walang mga particle ng proteksiyon na tagapuno, nakikita natin ang mga nakaukit na lugar ng polimer. Masasabing hindi nawasak ang mga polimer ay nananatili sa ilalim ng proteksiyon na butil, ngunit nawasak sa pagitan ng mga particle. Ang mga graph ng pag-asa ng lugar ng mga na-knockout na polymer cell sa anggulo ng saklaw para sa maramihang pagkalat at para sa solong pagkalat ng mga particle ng AA ay ipinapakita sa Fig. 18.

Fig.18 Mga dependency ng lugar ng mga na-knockout na polymer cell sa anggulo ng saklaw: a - para sa maramihang pagkalat; b - para sa solong scattering.

Ang mga polymer composites na lumalaban sa mga filler ng AA ay makabuluhang binabawasan ang pagkawala ng masa ng materyal sa ilalim ng impluwensya ng atomic oxygen, habang ang kahusayan ng proseso ng pagguho ay bumababa sa isang pagbawas sa laki ng mga particle ng tagapuno at isang pagtaas sa pagkakapareho ng kanilang pamamahagi sa polimer matrix.

Ang mga graph ng pag-asa ng lugar ng mga etched polymer cells sa anggulo ng saklaw ng mga particle ng AA para sa solong at maramihang scattering ay may katulad na anyo. Ang pagbaba sa anggulo ng saklaw ng mga particle ng AA na nauugnay sa normal ay humahantong sa pagbaba sa dami ng nakaukit na polimer. Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa isang pagbawas sa anggulo ng saklaw ng AA, karamihan sa mga particle ng AA ay tinanggal mula sa pagkalkula bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan sa proteksiyon na tagapuno. Ang epekto sa paglaban ng polimer sa AA ay nakasalalay sa pamamahagi ng mga partikulo ng tagapuno, iyon ay, mas malaki ang diameter ng mga particle ng tagapuno, mas malaki ang lugar ng mga tinanggal na polymer cell.

3.3 Pagsusuri ng mga proteksiyon na katangian ng tagapuno batay sa data sa pagpapalambing ng daloy ng AK

Habang ang mga atomo ng oxygen ay tumagos sa kapal ng target, bumababa ang kanilang pagkilos ng bagay dahil sa pakikipag-ugnayan sa materyal. Ipinapakita ng Figure 19 ang mga dependences na nagpapakilala sa pagbaba ng AA flux sa iba't ibang lalim mula sa target na ibabaw para sa isang polymer na materyal na walang tagapuno at may tagapuno ng iba't ibang mga diameters. Ang pagbaba sa daloy ay nangyayari dahil sa pakikipag-ugnayan ng AA sa mga cell ng polimer at tagapuno, pati na rin dahil sa pagkalat at pagmuni-muni ng AA sa kabaligtaran na direksyon. Sa kasong ito, ang pagkalkula ay ginawa para sa normal na saklaw ng mga atomo ng oxygen sa target na may maraming pagkalat ng AA sa polimer.

Fig.19 Dependences ng pagbawas sa AA flux sa iba't ibang lalim mula sa target na ibabaw para sa isang polymeric na materyal na walang filler at may filler ng iba't ibang diameters.

Para sa isang pinagsama-samang modelo na may mga filler particle na 3.56 µm ang lapad, ang isang katulad na pagkalkula ay isinagawa sa iba't ibang mga anggulo ng saklaw ng AA flux sa ibabaw (Larawan 20). Ang mga particle ng proteksiyon na tagapuno ay matatagpuan sa lalim na 0 - 10 microns. Sa mga graph na ipinapakita sa fig. 20, ang rehiyong ito ay tumutugma sa isang mas mabilis na pagbaba sa kamag-anak na daloy ng AA. Sa pagtaas ng anggulo ng saklaw ng AA sa target, ang epektibong kabuuang lugar ng mga partikulo ng tagapuno ay tumataas, na humahantong sa isang mas mabilis na pagbaba sa kamag-anak na daloy ng AA.

kanin. 20 Dependences ng pagbaba ng AK flux sa iba't ibang lalim sa iba't ibang anggulo ng saklaw sa ibabaw.

4 Pag-aaral ng papel ng pamamahagi ng tagapuno sa dami ng composite

Sa seksyong ito, na-explore namin kung paano naaapektuhan ang pamamahagi ng filler sa dami ng composite. Gumawa kami ng ilang mga modelo na naiiba sa mga diameter ng mga particle ng tagapuno at ang pagkakasunud-sunod kung saan matatagpuan ang mga ito. Upang maisagawa ang mga kalkulasyon, kinuha namin ang diameter ng mga particle ng tagapuno, na katumbas ng 3.0 μm para sa mga modelo 6.7 at 3.56 μm para sa mga modelo 8, 9. Mayroong dalawang mga pagpipilian para sa pag-aayos ng mga particle ng tagapuno - pare-pareho, kung saan ang pag-aayos ng ang mga particle ng tagapuno ay staggered at hindi pantay, kung saan ang mga particle ay nasa ilalim ng bawat isa. Ang isang halimbawa ng mga kalkulasyon ng resulta ng pagkilos ng isang daloy ng AA sa mga composite na may iba't ibang kaayusan ng mga particle ng tagapuno sa dami ay ipinapakita sa Fig.21.

Fig. 21 Ang mga resulta ng pagmomodelo ng proseso ng pagguho ng mga composite na may iba't ibang pag-aayos ng mga particle ng filler sa dami ng composite: a, b - ang diameter ng mga particle ng filler ay 3.0 μm; c, d-3.56 µm.

Sa Figure 21, ang mga profile b at d ay mas lumalaban sa pagkilos ng daloy ng AA, ito ay dahil sa ang katunayan na mayroon silang isang pare-parehong pag-aayos ng mga particle ng tagapuno, i.e. magkaroon ng pattern ng checkerboard. At ang mga profile a at b ay hindi gaanong lumalaban sa epekto ng daloy, dahil magkaroon ng hindi pantay na pamamahagi ng pag-aayos ng mga particle ng tagapuno, na matatagpuan sa ibaba ng isa. Sa isang pare-parehong pag-aayos ng mga partikulo ng tagapuno, makikita na mayroong mas kaunting mga nakaukit na lugar ng polimer kaysa sa isang hindi pantay na pag-aayos ng mga particle. Susunod, kinakalkula namin ang pag-asa ng mga malalayong selula ng polimer sa anggulo ng saklaw ng mga particle ng AA para sa iba't ibang mga pamamahagi ng tagapuno sa dami ng composite, na makikita sa Fig. 22.

Fig. 22 Ang mga dependency ng lugar ng mga knock-out na mga cell sa anggulo ng saklaw: a - modelo 6.7 D= 3.0 µm; b - modelo 8, 9 D= 3.56 µm

Sa Figure 22 a, b, ang mga graph ng pare-parehong pamamahagi ng mga filler particle para sa mga modelo 6 at 9 ay ang pinaka-lumalaban sa mga epekto ng atomic oxygen, dahil sa parehong mga anggulo ng saklaw ng mga particle ng AK, ang lugar ng mga knock-out na mga cell ay mas maliit kaysa sa hindi pantay na pamamahagi ng mga filler particle sa mga modelo 7 at 8.

Modelo 6

Modelo 8

Fig.23. Ang pag-asa sa lugar ng mga tinanggal na polymer cell sa bilang ng mga pinalaki na mga particle ng atomic oxygen, na isinasaalang-alang ang pagmuni-muni ng AA mula sa mga particle ng composite filler na may pare-pareho at hindi pantay na pamamahagi ng filler, ang diameter ng filler para sa ang mga modelo 6, 7 ay 4.6 μm, para sa mga modelo 8.9 ito ay 3.24 μm.

Sa fig. Ipinapakita ng Figure 23 ang pag-asa ng lugar ng mga tinanggal na polymer cell sa bilang ng mga pinalaki na mga particle ng atomic oxygen ng modelo 6, na nagpapakita ng "bilis" ng polymer etching sa iba't ibang mga anggulo ng saklaw ng mga particle ng oxygen at may iba't ibang pagkakapareho ng pamamahagi ng tagapuno. Makikita na sa 90 degrees ang pag-asa ay halos linear, iyon ay, na may pagtaas sa bilang ng mga particle ng AA sa pagkalkula, ang karagdagang pagkawasak ng materyal ay magaganap. Sa iba pang mga anggulo ng saklaw, ang rate ng pag-ukit ay unti-unting bumababa sa pagtaas ng bilang ng mga particle ng AA. At para sa pinaka-pantay na pamamahagi (modelo 9), kahit na sa 90 degrees, ang polimer ay mahusay na protektado, i.e. ay unti-unting nasisira.

Konklusyon

Kaya, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring makuha:

Pinag-aralan namin ang mga phenomena ng pag-spray ng kemikal ng mga materyales ayon sa data ng panitikan, natukoy ang mga parameter na nagpapakilala sa intensity ng proseso ng pag-spray ng kemikal;

Pinag-aralan namin ang mga pamamaraan ng pagmomodelo ng matematika ng proseso ng pag-spray ng kemikal ng mga polimer sa pamamagitan ng atomic oxygen at pananaliksik sa laboratoryo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito;

Nagsagawa ng computer simulation ng proseso ng pagguho ng ibabaw ng mga tipikal na polymers at composites batay sa mga ito sa ilalim ng pagkilos ng atomic oxygen;

Nagsagawa ng eksperimento sa laboratoryo sa pag-spray ng kemikal ng isang polymer composite na may atomic oxygen;

Inihambing namin ang kalkulado at pang-eksperimentong data, sinuri ang mga resultang nakuha, at gumawa ng mga praktikal na konklusyon.