• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Fysiker erhåller data om partikel-självorganisation i ultrakallt dammigt plasma

    Upphovsman:CC0 Public Domain

    Fysiker undersökte nyligen beteendet hos partiklar i en dammig plasma vid en temperatur under 2 grader K. Experimentet visade att vid extremt låga temperaturer, nanokluster kan bildas i plasma, och syntesen av polymerfibrer sker. Resultaten av experimentet kan användas för att skapa nya material med önskade och kontrollerade egenskaper. Resultaten av denna studie publiceras i Vetenskapliga rapporter .

    Forskare från Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences tillsammans med kollegor från Branch of Talrose Institute for Energy Problems of Chemical Physics, RAS och Moskva institutet för fysik och teknik studerade en multimodal dammig plasma bildad i en positiv kolumn av likströmsljusutladdningen vid ultralåga temperaturer (vid överflödiga heliumtemperaturer).

    Enligt Oleg Petrov, direktör för Institute for High Temperatures RAS och en av författarna till artikeln, forskarna lyckades för första gången observera dammig plasma i en gasurladdning som kyls av överflödigt helium vid en temperatur av 1,6 till 2 grader K. Fram tills nu, dammig plasma och till och med gasutsläpp har inte studerats vid temperaturer lägre än 4,2 grader K, som är temperaturen för flytande helium.

    Under experimentets gång, jonsputtring av polymerer från en särskild insats resulterade i självorganisationsfenomen, nämligen, bildandet av nanokluster med storlekar mindre än 100 nm och polymerfibrer med en längd upp till 5 mm och en diameter på cirka 10 mikron. Erhålls vid extrema temperaturer, fibrerna kollapsar inte när de studeras senare under normala förhållanden.

    "Vid extremt låga temperaturer, det blir möjligt att exakt kontrollera sammansättningen av det sprutade materialet, eftersom föroreningar "fryser" och fälls ut under dessa förhållanden, "Säger Oleg Petrov." Som ett resultat, vid sprutning av ett ämne i det gasformiga heliumet, det är möjligt att få superrena material, vilket kan vara sättet att få fibrer med nya önskade egenskaper - till exempel nya typer av polymerer som inte kan erhållas genom vanlig kemisk syntes. Sådana material kan skilja sig radikalt från befintliga. "

    Självorganisationsfenomen är utbredda i naturen, och observeras i olika system av komplexitet och skala, inklusive fysiska nanoskalahändelser, astronomi, och i biologiska, sociala och ekonomiska processer. Sådana fenomen är karakteristiska för de så kallade öppna (icke-jämvikts) systemen, vilket innefattar, bland andra, dammig plasma bildad av laddade partiklar av mikronstorlek, kvar i plasma av en gaselektrisk urladdning. Den intensiva spridningen av laserstrålning med partiklar gör det möjligt att studera systemen som bildas av laddade partiklar, spåra deras koordinater och hastigheter i realtid. Dammig plasma är ett bekvämt verktyg för att studera olika fenomen, till exempel, tredimensionella och tvådimensionella fasövergångar, liksom bildandet av icke-linjära vågor.

    Jämfört med alternativa system, dammig plasma ger en unik möjlighet att variera temperaturen hos den plasmabildande gasen-gasformigt helium-vilket hjälper till att studera effekten av gastemperaturförändringar på plasmas egenskaper och de processer som sker i den. Frågan om den nedre gränsen för temperaturer vid vilka experimentella studier av dammig plasma kan utföras förblev öppen tills nyligen.

    Anledningen till denna bristande kunskap om gasurladdningsplasma vid temperaturer under 4,2 grader K hänger samman med att problemet inte bara är att kyla röret till temperaturer under det för flytande helium, men också effektgränsen i urladdningen som leder till uppvärmning av gasformigt helium.

    Experimentet, vars resultat publicerades i Vetenskapliga rapporter , utfördes med en optisk kryostat på en plattform avsedd att studera plasmadammstrukturer vid heliumtemperaturer. För närvarande, forskare från JIHT RAS planerar att fortsätta experimenten och studera fenomenen självorganisation i dammiga plasma vid ultralåga temperaturer med hjälp av olika spridda material.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com