Влияние размеров и структуры сажевых частиц, синтезированных при пиролизе и горении углеводородов, на их оптические свойства

Представлен анализ влияния размеров и структуры сажевых частиц, синтезированных при горении в плоском предварительно перемешанном пламени углеводородов и при пиролизе за ударными волнами, на их оптические свойства. Эксперименты по измерениям оптических свойств и структуры сажевых частиц проведены в пламени пропилен/воздух и при пиролизе смесей $3\%$ ацетилена, $5\%$ этилена и $2\%$ пропилена в аргоне за ударными волнами в ударной трубе. Функция коэффициента преломления сажевых частиц и ее изменение в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра получены с помощью метода лазерно-индуцированной инкандесценции. Средние размеры и параметры внутренней структуры сажевых частиц измерены с помощью просвечивающей электронной микроскопии. На основе анализа результатов, полученных в данной работе и имеющихся в литературе, установлено, что по мере увеличения размеров сажевых частиц функция коэффициента преломления для них на длине волны $1064$ нм увеличивается в $2.5$ раза $($от $0.2$ до $0.5)$ и зависит от условий синтеза и типа углеводорода. Отношение значения коэффициента преломления на длине волны $1064$ нм к значению при $532$ нм с увеличением среднего размера частиц растет слабо или остается примерно постоянным $($в диапазоне $0.8$–$1.15)$ для большинства сажевых частиц либо увеличивается более значительно $($от $1.1$ до $1.5)$ в случае ацетиленовой сажи. Обнаруженные существенные изменения оптических свойств коррелируют с уменьшением среднего расстояния между параллельными графеновыми плоскостями в структуре растущих сажевых частиц, а также с увеличением количества параллельных плоскостей, расположенных рядом. Данные структурные изменения характеризуют процесс “графитизации” сажевых частиц по мере их роста.