Badano plazmowy proces osadzania na powierzchni folii polietylenowej (PE) cienkich powłok uszczelniających złożonych ze związków krzemu. Powłoki osadzano pod ciśnieniem atmosferycznym w impulsowym wyładowaniu barierowym (PDBD) o częstotliwości 400Hz, w plazmie helowej lub helowo-tlenowej, używając jako substratu tetraetoksysilanu (TEOS). Zastosowany do osadzania powłok laboratoryjny reaktor (rys. 1), składał się z cylindrycznej obrotowej elektrody (na której umieszczano folię) oraz szklanego korpusu z umieszczoną elektrodą wysokonapięciową, pokrywającą tylko niewielką część powierzchni ściany reaktora (przekrój B - B, rys. 1). Dzięki ruchowi obrotowemu elektrody wewnętrznej, umieszczona na jej powierzchni folia przemieszcza się przez strefę wyładowania. Rzeczywisty czas przebywania folii w strefie wyładowania zależy od szerokości elektrody na zewnętrznej ścianie reaktora. Próbki wyjściowej folii oraz próbki folii z osadzonymi w różnych warunkach procesowych powłokami poddawano badaniom za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) (rys. 6 i 7), skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) (rys. 2 i rys. 5), rentgenowskiego spektroskopu fotoelektronowego (XPS) (rys. 10 i 11) oraz badaniom określającym własności barierowe w odniesieniu do tlenu (rys. 8 i 9). Stwierdzono, że w warunkach PDBD zarówno działanie samej plazmy helowej (I) na folię, jak i osadzanie powłok z mieszanin: TEOS+He (II), TEOS+He+ 5% O2 (III), TEOS+He+10% O2 (IV) zmniejszają przenikalność tlenu przez folię. Badania składu powłok metodą XPS (rys. 10 i 11) pokazują, że w ich warstwach powierzchniowych znajduje się SiO2. Świadczy o tym stosunek atomowy tlenu do krzemu (O/Si?2). W głębszych warstwach powłoki stosunek tlenu do krzemu zbliża się do jedności.
EN
Organo-silicon coatings deposition from tetraethoxysilane (TEOS) was conducted in pulsed dielectric barrier discharge (PDBD) for packaging polyethylene (PE) films tightening. A laboratory reactor was tested provided with a rotating cylindrical internal electrode bearing the PE film and with a dielectric barrier in the form of a cylindrical glass body was tested. The oxygen permeability of the films was examined after plasma treatment with different gases: He (I), TEOS+He (II), TEOS+He+ 5% O2 (III), TEOS+He+10% O2 (IV). For the film surface topography observations, atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) were used. The coating composition was examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) with argon ion sputtering for the determination of individual element contents across the coating. It was found that under PDBD conditions both the treatment in helium plasma and the coating deposition from different TEOS+carrier-gas mixtures reduced the oxygen permeability of PE films.
Opracowano laboratoryjny reaktor do badania procesu osadzania cienkich powłok ochronnych na foliach z tworzyw sztucznych w warunkach impulsowych wyładowań barierowych PDBD (pulsed dielectric barrier discharges). Powłoki osadzano pod ciśnieniem atmosferycznym w wyładowaniu impulsowym o częstotliwości 300–600 Hz w plazmie argonowej lub argonowo–tlenowej, zawierającej 5% obj. O2, używając jako substratów tetrametoksysilanu (TMOS) i tetraetoksysilanu (TEOS). Próbki wyjściowej folii oraz próbki folii z osadzonymi powłokami w różnych warunkach procesowych, poddawano badaniom XPS, FTIR, badaniom przy użyciu mikroskopu sił atomowych (AFM) oraz badaniom określającym właściwości barierowe powłok w odniesieniu do tlenu. Stwierdzono, że w warunkach PDBD zarówno aktywacja (działanie samej plazmy argonowej), jak i osadzane powłoki, w których głównym składnikiem jest tlenek krzemu, zmniejszają przenikalność tlenu przez folię. Szybkość osadzania powłok w warunkach doświadczeń wynosiła 30 nm/min dla TMOS oraz 42 nm/min dla TEOS, w zależności od użytego prekursora warstwy.
EN
A lab. reactor was developed for thin coating deposition on packaging films at ambient pressure and temp. The O2-barrier properties of 19–20 µm PE films were enhanced with Si oxide coatings deposited, (i) 30 and (ii) 42 nm/min, from (i) tetraethoxy- (TMOS) and tetraethoxy-silane (TEOS) under PDBD in Ar or Ar-(5 or 10 vol%)O2 plasma generated at frequencies of 300, 400, 500 or 600 Hz. The original and the coated PE were examd, by XPS, FTIR and AFM. The max. redn. of O2 permeability showed the containing deposited from TMOS in Ar-5% O2 at 600 Hz (from 6 × 10-9 to 1.2 × 10-9 cm3 O2/cm2 x s x cm Hg). The coatings deposited in pure Ar from TEOS were superior to those from TMOS. The uncoated PE, preactivated 22 s in pure Ar at 600 Hz, permeated 40% less O2. The O/Si ratios detd. in top and in deeper layers of the coats were ≥ 2 and ≈ 1, resp.
The methane conversion into C2 hydrocarbons, carbon black, and hydrogen has been studied under non-equilibrium plasma conditions, using dielectric barrier discharges (DBD) and gliding discharges (GD) at low and medium temperatures at atmospheric pressure. It has been found that ethane is the main product of the filamentary DBD action in the mixtures CH4+Ar and the reaction rate depends mainly on the concentration of high-energy components being able to initiate the chemical transformations of methane. Using GD, two processes are observed: the methane conversion into unsaturated hydrocarbons C2 (mainly acetylene) and into carbon black. The energy density of GD and the methane concentration in initial gas mixtures (CH4+H2 and CH4+Ar) are the main parameters influencing the methane conversion rate and the unit energy consumption.
The reactions of methane under the conditions of barrier discharges were studied in the mixtures: 1) 50% CH4+ 50% Ar, 2) 50%CH4+ 25%CO2+ 25% Ar, and 3) 50%CH4+ 50%CO2, under atmospheric pressure at about 50°C and about 300°C. Besides hydrogen, ethane was the main gaseous product of the reaction, with small additions of ethylene and acetylene. An increase of the overall methane conversion and conversion into C2 hydrocarbons was observed in cases where grains of quartz glass was packed in the discharge gap.
A gliding-discharge plasma reactor with a spouted bed of granular materials was developed for the study of the methane conversion into C2 hydrocarbons. It was found that the presence of ceramic grains moving across the discharge zone increased the methane conversion into acetylene and decreased the unit energy consumption.
Polyethylene foilwas coated by deposition of thin films (30–150 nm) of silicon compounds obtained from tetramethoxysilane (TMOS) in argon plasma under pressure 0.5 or 1 bar in dielectric barrier discharge (DBD). Samples of untreated foil and of the foil coated with thin films deposited under various process conditions were examined by means of FTIR, atomic force microscope (AFM), and bymeasuring the barrier properties. It has been found that under the DBD conditions both the activation process (the action of argon plasma) and the thin coatings consistingmainly of SiO2, reduce the permeation of oxygen and water vapour through the foil. The rate of the coating deposition under investigationwas roughly 65 nm/min.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W warunkach wyładowań barierowych (cichych) badano wpływ wybranych materiałów (szkła kwarcowego, ceramiki z tytanianu baru, żelu krzemionkowego oraz żelu krzemionkowego z naniesionym żelazem (Fe/SiO2) na przebieg reakcji konwersji metanu w temperaturze otoczenia i w 300°C w mieszaninach CH4+ArorazCH4+CO2+Ar, przy częstotliwości napięcia 50 Hz. Obecność ziarna ze szkła kwarcowego i żelu krzemionkowego powodowała wzrost szybkości reakcji metanu, natomiast w obecności pozostałych materiałów szybkość reakcji była mniejsza niż bez wypełnienia. Obecność Fe/SiO2 powodowała wzrost zawartości węglowodorów nienasyconych w produktach reakcji.
EN
Methane reactions were examd, in CH4 + Ar and CH4 + CO2 + Ar mixts. at ambient temp. and 300°C in barrier discharges (50 Hz) in relation to discharge gap packing material 1-2 mm type: (l) quartz glass, (II) Ba titanate condenser-grade ceramics, (III) broad-pore silica gel, and (IV) Fe (3%)/SiO2 with l and III, the reactions were f aster by 40-50% and, with II and IV, slower than the reaction run in the unpacked reactor. With IV, more unsatd. C2's were formed. Discharge conditions were practically unaffected by the packing materials (except for IV).
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Opracowano laboratoryjny reaktor przeznaczony do badania procesu przetwarzania metanu w warunkach wyładowań barierowych (cichych) przy częstotliwości 50 Hz, w zakresie temp. 40300°C. Zbadano reakcje zachodzące pod wpływem wyładowania w mieszaninach CH4+Ar oraz CH4+CO2+Ar. W obydwu mieszaninach głównymi gazowymi produktami reakcji były etan i wodór. Z doświadczeń wynika, że w warunkach wyładowania barierowego proces przetwarzania metanu można przerwać na jednym z pierwszych etapów, którego produktem jest etan.
EN
Methane transformation was examined under barrier discharge conditions by using a new developed laboratory guartz-glass reactor with the internal HV (18 kV) and external grounded electrodes, operated at frequency of 50 Hz, 1 atm. over 40-300°C. Reactions were examined in the mixtures CH4+Ar and CH4+CO2+Ar; ethane and H2 were the main gas products. A part of CH4 was converted into non-volatile products deposited on the electrode and the reactor wall. As the residence time inside the discharge gap was increased from 5 to 50 s, the overall CH4 conversion rose to 35-37%. With CH4 concn. in CH4+Ar mixture raised from 2 to 27 mol%, the overall CH4 conversion fell from 25.3 to 2.2%. The initial concn., 7.5-20 mol% CH4, affected the methane reaction rate only slightly. The addition ofCO2 over CO2/CH4=0-0.05, increased the overall CH4 conversion from 7 to 9%, but the rise upwards of 0.05 was ineffective. In was concluded that, under the conditions of barrier discharges, methane transformations can be terminated after one of the initial steps of the process when ethane is produced.
The methane transformation into C2 hydrocarbons was studied under plasma conditions using a new developed laboratory gliding arc (Glid-Arc) reactor operated at the frequency of 50 Hz. The methane processing was carried out in gas mixtures CH4+H2 and acetylene was found to be the main product with a small amount of ethylene. The overall methane conversion ranging from 25 to 36% was obtained and the selectivity of methane conversion to acetylene was generally high.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Nowość badanej metody typu PE-CVD (plazmowego osadzania powłok z fazy gazowej) polega na zastosowaniu wyładowania niejednorodnego pod ciśnieniem atmosferycznym. Przez polikondensację substancji krzemoorganicznych (HMDSN oraz TEOS) otrzymywano amorficzne powłoki ze związków krzemu o grubości 10-200 nm. Przez dobór warunków wyładowania można było uzyskać powłoki o dużej twardości, zawierające znikome ilości substancji organicznych albo-odwrotnie-zawierajace znaczne ilosci składników organicznych, o mniejszej twardości i o małym współczynniku tarcia.
EN
The novelty of the PE-CVD process under investigation consists in using of non-homogeneous electric barrier-discharges operating under atmospheric pressure. Amorphous 10-200 nm thick films of silicon, compounds were deposited by polycondensation of organo-silicon substances (HMDSN and TEOS). Under selected discharge conditions, it was possible to obtain hard films with very low content of organic admixtures or, on the other hand, much softer ones of low friction coefficient and containing considerable amounts of organic components.
The effect of the complex carbon treatment (in sequence: preliminary high temperature heating in an inert atmosphere, partial gasification in CO2 and final heating) on its texture and the activity of the resultant Ba-promoted ruthenium catalysts in NH3 synthesis was studied. Both the preliminary and final heating steps lead mainly to the disappearance of small pores, the effect of the latter step being smaller. In contrast, the gasification (34.0%) in CO2 develops the pore structure of the support. The Ba-Ru/C catalysts proved to be very active and stable in NH3 synthesis (p = 63 bar, T = 400 graduate C, xNH3 = 8%), especially those supported on the carbons of well developed texture.