Из сопоставления и анализа данных, приведенных в табл. 1, видно, что с возрастанием атомного номера химических элементов резко понижается их теплотворная способность.
Надо учесть, что перевозка и хранение источника энергии также требует больших затрат энергии. Из этих соображений энергетическая плотность (теплотворность единицы массы) металлических систем имеет немаловажное значение. Исходя из этих положений, рассмотрев и сопоставив данные химических элементов, приведенных в табл.1, видим, что четыре элемента (Mg, Al, Si и Ca) и их комбинации удовлетворяют выше предъявленным требованиям. Как видно из табл.1, эти элементы имеют большие ресурсы на земле и дают энергию не единицу массы, сравнимую с энергией углеводородных топлив, около 34000 кДж/кг. Именно эти элементы (Mg, Al, Si и Ca) могут быть рекомендованы как альтернативные источники энергии. Самый удобный способ использования тепла, выделенного в ходе экзотермической реакции, - это комбинирование экзо- и эндотермических реакций. Можно путем теплообмена обеспечить протекание эндотермической реакции за счет тепла, выделенного в ходе экзотермической реакции. Комбинированием экзо- и эндотермических реакций и их синхронным протеканием тепло экзотермической реакции используется как источник энергии для протекания эндотермической реакции [4].
Использование тепло экзотермических реакций в химических процессах позволит экономить значительное количество электроэнергии и углеводородного топлива. К примеру водород получается попутно в ходе этих реакций за счет сбросовой энергии химических реакций, которые протекают в закрытых объемах и не загрязняют окружающую среду. Использование в синтезе химических продуктов, в том числе водорода побочной сбросовой энергии, выделяющейся в ходе химических реакций, позволяет значительно снизить их себестоимость и тем самым обеспечивает их конкурентоспособность по сравнению с аналогами, полученным с использованием коммерческой энергии (электрической, тепловой и др.).
Результаты исследований химических реакций элементов Mg, Al, Si, Ca и их комбинаций позволили создать экологически чистый и возобновляемый источник энергии, который может найти широкое применение в химической промышленности, в паровых турбинах тепловых электрических станций и в быту.
В заключение необходимо также отметить, что химические элементы могут быть восстановлены из продуктов реакций.
Список использованных источников
1. Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.РП., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984, 264 с.
2. BP Statistical Review of World Energy 2004, p.4-8
3. Suleymanov A.S., Munshieva M.K. Exothermic chemical reactions as an alternative, enviromental enerdy sources VIII international Congress «Energy, ecology, economics» Баку, 2005, р. 316.
4. Сулейманов А.С., Исаков Г.И. //Междунар. журнал Альтернативная энергетика и экология. 2008, №8, с. 43.
УДК 541.183:621.315.592.4
О.П. Азарова, Е.Г. Шубенкова, А.Н. Плехова
Омский государственный технический университет г. Омск, Россия
НАНОРАЗМЕРНЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ТИПА А2В6-А3В5 В ПРОМЫШЛЕННОМ КОНТРОЛЕ ГАЗОВЫХ СРЕД
При соблюдении определенных условий синтеза возможно получение воспроизводимых по физико-химическим свойствам тонкопленочных образцов полупроводниковых соединений типа A3B5, А2В6. Сочетание высокой поверхностной энергии и наноразмеров неоднородностей поверхности позволяет использовать тонкие пленки соединений A3B5, А2В6 и твердых растворов на их основе в качестве активных элементов сенсоров токсичных компонентов газовых выбросов предприятий химического, нефтехимического, энергетического, машиностроительного комплекса, выхлопных газов автотранспорта, а также при проведении мониторинга состояния биологических объектов и объектов окружающей среды.
Современные тенденции развития микроэлектроники привели к необходимости осваивать субмикронный диапазон размеров элементов и двигаться по пути микроминиатюризации. В связи с этим
неизбежно возникает ряд естественных проблем, требующих своего разрешения. Основной проблемой является, безусловно, проблема создания наноразмерного чувствительного элемента с управляемыми и воспроизводимыми поверхностными свойствами.
Среди поверхностных наноструктур особое внимание следует уделить тонким пленкам на основе полупроводниковых материалов. При этом большой интерес представляют тонкопленочные структуры на основе соединений A3B5, А2В6 и их твердых растворов. Полупроводники A3B5 широко используются в электронной технике, в частности при создании различных полупроводниковых приборов. В свою очередь, широкий спектр оптико-электрических свойств соединений A2B6 обусловливает большой интерес к их эпитаксиальным пленкам.
При получении тонкопленочных образцов на основе полупроводников используют, в зависимости от поставленной задачи, большой арсенал методов (молекулярно-лучевая эпитаксия, газофазная эпитаксия, химическая сборка поверхностных наноструктур, термическое напыление в динамическом вакууме и др.) и подложек (стекло, кремний, бромид калия, электрод пьезокварцевого резонатора и др.) [1].
Толщина синтезируемых пленок задавалась поставленными дальнейшими задачами (оптическими, электрофизическими и адсорбционными исследованиями). Она составляла в среднем 250 нм. Диаметр частиц используемых исходных порошков менялся от 5 до 20 мкм. Следует отметить, что адсорбционная активность пленок всех исследованных полупроводников обычно на 2-3 порядка выше адсорбционной активности их порошков, при этом основные экспериментальные закономерности, кинетические и термодинамические, остаются практически неизменными, то есть сохраняются локальные активные центры, ответственные за атомно-молекулярные и электронные процессы [2].
Существенное влияние на свойства пленок алмазоподобных полупроводников оказывает предварительная обработка исходных материалов и последующий отжиг пленок. Так, механохимическая активация порошков, используемых для получения пленок, а затем их отжиг, в вакууме или в парах компонента В, приводит к изменению стехиометрического состава и поверхностных свойств [3].
Исследование поверхности пленок пленок соединений A3B5, А2В6 и твердых растворов на их основе с помощью атомного сканирующего микроскопа, показало, что их поверхность обладает значительной неоднородностью. Это проявляется и в поведении тонкопленочных образцов в газовых средах. Дефекты поверхности, нарушения кристаллической решетки, кластерные образования колеблются в размерах от нескольких до двух-трех десятков нанометров.
При соблюдении определенных условий синтеза возможно получение воспроизводимых по физико-химическим свойствам тонкопленочных образцов, что в совокупности с накопленным значительным теоретическим и исследовательским материалом по технологиям получения четвертных гетерогенных наноструктурных тонкопленочных полупроводниковых систем, а также отработанной методологией определения количественных характеристик их поведения в различных газовых средах позволяет использовать тонкие пленки соединений A3B5, А2В6 и их твердых растворов в качестве активных элементов сенсоров экспресс-анализа газовых сред.
При этом именно возможности получения наноструктурных тонкопленочных систем и компози-ционирования химического состава явились основой нового типа химических сенсоров, обладающих высокой чувствительностью и селективностью, быстрым обратимым адсорбционным откликом и работающих при комнатной температуре.
Действующим элементом предлагаемого газоанализатора технологических и биологических сред является массив высокочувствительных тонкопленочных полупроводниковых сенсоров состава газовой фазы. Принцип работы подобного экспресс-газоанализатора заключается в измерении изменения электропроводности либо частоты колебания сенсоров при их взаимодействии с газовыми средами.
Предлагаемые газоанализаторы на основе наноразмерных гетеростуктур А2В6-А3В5 обладают рядом преимуществ, в том числе, высокой чувствительностью и селективностью, простотой анализа, абсолютной безопасностью, высокой производительностью и низкой стоимостью анализа, мобильностью, миниатюрностью, возможностю создания как специфичного, так и универсального прибора.
Список использованных источников
1. Кировская И.А. Поверхностные явления. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. - 175 с.
2. Кировская И.А., Азарова О.П. Закономерности и механизм адсорбции оксида углерода на пленках твердых растворов и бинарных соединений системы InSb - ZnSe/Журн. Физ. химии, 2003. -Т.77, - № 12. - С. 2216-2220.
3. Kirovskaya I.A. and Shubenkova E.G. Adsorption, Electrophysical, and Optical Studies of the Surfase of Solid Solutions and Binary Composites of the InSb-ZnTe System // J. Phys. Chem. A. 2009. Vol. 83. No. 13.-P.2322-2330.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.