Постановка задачи
Моя работа связана с исследованиями термодинамических свойств материалов антирелаксационных покрытий кювет.
Антирелаксационное покрытие внутренних стенок вакуумной кюветы с парами атомов щелочного металла (ЩМ) используется для предотвращения релаксации спина атомов при столкновении со стеклом. В качестве материала такого покрытия используется линенйные предельные углеводороды (предельные углеводороды еще называют алканами, парафинами) CnH2n+2 с числом звеньев до 60 [1], или альфа-олефины CnH2n [2,3] (они же алкены, линейные углеводороды с одной двойной связью между крайними звеньями молекулярной цепи), или силоксаны типа октадецилтрихлорсилана (OTS) C18H37Cl3Si [4]. Парафины и альфа-олефины покрывают стеклянную поверхность с образованием слабых связей с ней, которые не препятствуют их испарению при высокой температуре. Силоксаны образуют химическую связь со стеклянной поверхностью, тем самым они не испытывают фазового перехода, соответствующего плавлению материала, и покрытие выдерживает нагрев до 200°С без разрушения. Покрытия из алканов и алкенов при температурах ниже температуры их плавления обычно демонстрируют лучшее антирелаксационное качество, чем силановые покрытия - с их помощью удалось достигнуть времени релаксации в десятки секунд для кювет сантиметрового размера [3]. Кюветы с покрытием из парафина или альфа-олефина обычно применяют при температуре кюветы ниже температуры плавления материала покрытия, так как при температуре выше температуры плавления материала покрытия их способность препятствовать релаксации спина атомов щелочных металлов ухудшается с дальнейшим ростом температуры [1,5].
До сих пор нет четкого понимания всех процессов взаимодействия атомов щелочных металлов с материалом антирелаксационного покрытия. Для достижения такого понимания проводятся эксперименты по изучению как самих покрытий [15, 16] , так и того, что происходит при взаимодействии атомов ЩМ с ними.[12, 13, 17]
Уменьшение времени релаксации спина атомов щелочного металла с ростом температуры кюветы с покрытием из алкана или алкена делает проблематичным достижение режима работы такой кюветы, известного как “SERF - spin-exchange- free” - свободного от спинобменного уширения. Этот режим характеризуется тем, что частота столкновений атомов паров щелочного металла в объеме кюветы существенно больше, чем частота Ларморовой прецессии, которая в свою очередь существенно больше темпа релаксации спина атома.
Такой режим был реализован для кювет с покрытием из OTS и наполненных буферным газом [6].
Использование буферного газа в кюветах не всегда желательно, и большой интерес представляет исследование возможности реализация SERF-режима в кюветах только с покрытием стенок. Первое такое исследование было проведено в работе [7]. В этом исследовании изучались характеристики кювет с покрытием при нагреве их до температуры 95°С. Однако, интерпретация полученных результатов была сделана при допущении, что вплоть до этой температуры давление насыщенных паров материала покрытия было невелико, то есть влиянием столкновений атомов ЩМ с молекулами материала покрытия в паровой фазе на характер движения атомов ЩМ и их релаксации можно было пренебречь.
Такое предположение должно быть обосновано, и задачей данной работы было исследование поведения материала покрытия при температуре существенно превышающей температуру плавления.
В работе использовались два метода исследования. Первый метод - это термогравиметрический анализ, а второй дифференциально сканирующая калориметрия.
Цель работы определить характеристики покрытий при высоких температурах (до 180°С).
1. Впервые получены данные методом ТГА и ДСК для двух материалов покрытия (С30 и ПВНД) до применения их в приготовлении покрытия и после приготовления покрытия. Из результатов сделан вывод о влиянии процедуры нанесения покрытия на термодинамические характеристики материала покрытия.
2. Впервые экспериментально проведено сравнение ТДХ материалов, наиболее часто используемых в качестве антирелаксационного покрытия: ПВНД, С30, Парафлинт, Дейтерированный полиэтилен.
3. Из данных термогравиметрии в будущем будет сделана оценка концентрации молекул в буферном газе.
Рисунок.
N1 - Грозненский ПВНД; N2 - С-30; N3 - Грозненский ПВНД, фракция Т=(110,220)°С; N4 - С-30, остаток после приготовления покрытий при Т=330°С; N5 - Грозненский ПВНД, фракция Т=(110,220)°С, остаток после приготовления покрытий при Т=320°С; N6 - Парафлинт; N7 - Дейтерированный полиэтилен.
Рисунок.
N1 - Грозненский ПВНД; N2 - С-30; N3 - Грозненский ПВНД, фракция Т=(110,220)°С; N4 - С-30, остаток после приготовления покрытий при Т=330°С; N5 - Грозненский ПВНД, фракция Т=(110,220)°С, остаток после приготовления покрытий при Т=320°С; N6 - Парафлинт; N7 - Дейтерированный полиэтилен.
Также хочу поблагодарить сотрудницу ресурсного центра «Термогравиметрические и калориметрические методы исследования» Числову Ирину Васильевну за проведение экспериментальных исследований.
