Archivo de la categoría: Divulgación científica

El misterio de las centellas (1372)

El misterio de las centellas (1372)

Columna de plasma y generación de nanopolvos a partir de titanio sólido mediante microondas localizadas en el aire

Simona Popescu,1 Eli Jerby,1,a) Yehuda Meir,1 Zahava Barkay,2 Dana Ashkenazi,1 J. Brian A. Mitchell,3 Jean-Luc Le Garrec,3 and Theyencheri Narayanan4

1 Faculty of Engineering, Tel Aviv University, Ramat Aviv 6997801, Israel

2 Wolfson Applied Materials Research Center, Tel Aviv Univ., Ramat Aviv 6997801, Israel

3 IPR., U.M.R. No. 6251 du C.N.R.S., Universite de Rennes I, 35042 Rennes, France

4 European Synchrotron Radiation Facility, 38043 Grenoble, France

(Recibido el 2 de mayo de 2015; aceptado el 28 de junio de 2015; publicado en línea el 8 de julio de 2015)

Este artículo estudia el efecto de una columna de plasma expulsada de titanio sólido por microondas localizadas en una atmósfera de aire ambiente. Se encuentra que las nanopartículas de dióxido de titanio (titania) se sintetizan directamente en esta columna de plasma mantenida por la energía de microondas en la cavidad. El proceso se inicia mediante un punto de acceso inducido por microondas localizadas, que funde localmente el sustrato de titanio. El punto caliente fundido emite vapores de titanio ionizado continuamente hacia la columna de plasma estable, que puede durar más de un minuto. La caracterización del plasma polvoriento obtenido se realiza in situ mediante análisis de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS), espectroscopia óptica y reflexión de microondas. Las nanopartículas de titania depositadas se analizan estructural y morfológicamente mediante observaciones con microscopio electrónico de barrido y óptico ex situ, y también mediante difracción de rayos X. Utilizando el método gráfico de Boltzmann combinado con los resultados de SAXS, la temperatura y la densidad de los electrones en el plasma polvoriento se estiman en ?0.4 eV y ?1019 m3, respectivamente. El análisis del producto de plasma revela nanopartículas de titania en fases cristalinas de anatasa, brookita y rutilo. Estos están dispuestos espacialmente en varias formas esféricas, cúbicas, laminares y de red. Se consideran varias aplicaciones para este proceso de producción de nanopolvos de titania. CV 2015 AIP Publishing LLC.

[http://dx.doi.org/10.1063/1.4926491]

imageJournal of Applied Physics 118, 023302 (2015);

El artículo completo se puede consultar en este enlace.

El misterio de las centellas (1369)

El misterio de las centellas (1369)

PRL 100, 065001 (2008) PHYSICAL REVIEW LETTERS semana que termina el 15 DE FEBRERO DE 2008

Evidencia de nanopartículas en bolas de fuego generadas por microondas observadas por dispersión de rayos X de sincrotrón

J. B. A. Mitchell,1 J. L. LeGarrec,1 M. Sztucki,2 T. Narayanan,2 V. Dikhtyar,3 y E. Jerby3,*

1 P.A.L.M.S., U.M.R. No. 6627 du C.N.R.S., Universite´ de Rennes I, 35042 Rennes Cedex, France

2 European Synchrotron Radiation Facility, BP-220, 38043 Grenoble Cedex, France

3 Facultad de Ingeniería, Universidad de Tel Aviv, Ramat Aviv, 69978, Israel

(Recibido 18 octubre de 2007; publicado el 11 de febrero de 2008)

El método de dispersión de rayos X de ángulo pequeño se ha aplicado para estudiar bolas de fuego expulsadas al aire desde puntos calientes fundidos en vidrio de borosilicato por microondas localizadas [V. Dikhtyar y E. Jerby, Phys. Rev. Lett. 96 045002 (2006)]. Se midieron la distribución del tamaño de las partículas de la bola de fuego, la densidad y la tasa de descomposición en la presión atmosférica. Los resultados muestran que las bolas de fuego contienen partículas con un tamaño medio de ?50 nm con densidades numéricas medias del orden de ?109. Por lo tanto, las bolas de fuego pueden considerarse como un plasma polvoriento que consiste en un conjunto de nanopartículas cargadas en el volumen de plasma. Este hallazgo se compara con el fenómeno de la centella explicado por la formación de una red de partículas oxidantes liberada por un rayo que golpea el suelo [J. Abrahamson y J. Dinniss, Nature (Londres) 403, 519 (2000)]. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.065001 Números PACS: 52.80.Mg, 52.40.Db, 52.50.Sw, 52.70.La

El paper se puede descargar aquí: https://www.eng.tau.ac.il/~jerby/71.pdf

El misterio de las centellas (1368)

El misterio de las centellas (1368)

PRL 96, 045002 (2006) PHYSICAL REVIEW LETTERS week ending 3 FEBRUARY 2006

Eyección de bolas de fuego desde un punto caliente fundido al aire por microondas localizadas

Vladimir Dikhtyar y Eli Jerby*

Facultad de Ingeniería, Universidad de Tel Aviv, Ramat Aviv 69978, Israel

(Recibido el 22 de septiembre de 2005; publicado el 30 de enero de 2006)

Se presenta un fenómeno de eyección de bolas de fuego desde puntos calientes en materiales sólidos (silicio, germanio, vidrio, cerámica, basalto, etc.) a la atmósfera. El punto caliente se crea en el material del sustrato mediante el mecanismo de perforación por microondas [Jerby et al., Science 298, 587 (2002)]. La gota vaporizada que evolucionó del punto caliente explota y forma una bola de fuego estable que flota en el aire. Las observaciones experimentales de la eyección de bolas de fuego desde puntos calientes de silicato se refieren a la teoría de Abrahamson-Dinniss [Nature (London) 403, 519 (2000)] que sugiere un mecanismo para la iniciación de centellas en la naturaleza. Las bolas de fuego observadas en nuestros experimentos tienden a absorber por completo la potencia de microondas disponible, de manera similar al efecto de resonancia de plasmones en longitudes de onda submicrométricas [Nie and Emory, Science 275, 1102 (1997)].

DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.045002 PACS numbers: 52.80.Mg, 52.40.Db

El paper se puede descargar en: https://www.eng.tau.ac.il/~jerby/67.pdf

El misterio de las centellas (1367)

El misterio de las centellas (1367)

Materials 2013, 6, 4011-4030; doi:10.3390/ma6094011

Materials

ISSN 1996-1944

www.mdpi.com/journal/materials

Articulo

Observations of Ball-Lightning-Like Plasmoids Ejected from Silicon by Localized Microwaves

Yehuda Meir 1, Eli Jerby*,1, Zahava Barkay 2, Dana Ashkenazi 1, James Brian Mitchell 3, Theyencheri Narayanan 4, Noam Eliaz 1, Jean-Luc LeGarrec 3, Michael Sztucki 4 and Oleg Meshcheryakov 5

1 Faculty of Engineering, Tel Aviv University, Ramat Aviv 69978, Israel; E-Mails: yehudam1@post.tau.ac.il (Y.M.); dana@eng.tau.ac.il (D.A.); neliaz@eng.tau.ac.il (N.E.)

2 Wolfson Applied Materials Research Center, Tel Aviv University, Ramat Aviv 69978, Israel; E-Mail: barkay@post.tau.ac.il

3 Institut de Physique de Rennes, UMR N 6251 du CNRS, Université de Rennes I, 35042, Rennes cedex, France; E-Mails: brian.mitchell@univ-rennes1.fr (J.B.M.); jean-luc.le-garrec@univ-rennes1.fr (J-L.L.)

4 European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble, F-38043, France; E-Mails: narayan@esrf.fr (T.N.); michi@sztucki.de (M.S.)

5 Wing Ltd., Odessa, 65000, Ukraine; E-Mail: wing99@mail.ru

* Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: jerby@eng.tau.ac.il; Tel.: +972-3-640-8048; Fax: +972-3-640-7860.

Recibido: 1 de agosto de 2013; en forma revisada: 2 de septiembre de 2013 / Aceptado: 3 de septiembre de 2013 / Publicado: 11 de septiembre de 2013

Resumen: Este artículo presenta la caracterización experimental de plasmoides (bolas de fuego) obtenidos al dirigir potencia de microondas localizada (<1 kW a 2,45 GHz) sobre un sustrato basado en silicio en una cavidad de microondas. El plasmoide emerge del punto de acceso creado en el sustrato sólido hacia el aire dentro de la cavidad de microondas. Los diagnósticos experimentales empleados para la caracterización de la bola de fuego en este estudio incluyen mediciones de dispersión de microondas, espectroscopia óptica, dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDS). Varias características de estos plasmoides como plasma polvoriento se extraen mediante un análisis teórico de las observaciones experimentales. Las agregaciones de partículas de polvo dentro del plasmoide se detectan a escalas nanométricas y micrométricas mediante mediciones SAXS in situ y SEM ex situ. La semejanza de estos plasmoides con el fenómeno natural de las centellas (BL) se analiza con respecto a la agrupación de nanopartículas de silicio y la formación de microesferas de silicio de oxidación lenta dentro del BL. Se analizan las aplicaciones potenciales y los derivados prácticos de este estudio (p. ej., conversión directa de sólidos en polvo, identificación de materiales mediante espectroscopia de ruptura (MIBS), ignición por termita y combustión).

El paper se puede descargar en este enlace: https://www.eng.tau.ac.il/~jerby/79.pdf

El misterio de las centellas (1366)

El misterio de las centellas (1366)

Columna de plasma y generación de nanopolvos a partir de titanio sólido mediante microondas localizadas en el aire

Simona Popescu,1 Eli Jerby,1,a) Yehuda Meir,1 Zahava Barkay,2 Dana Ashkenazi,1 J. Brian A. Mitchell,3 Jean-Luc Le Garrec,3 and Theyencheri Narayanan4

1Facultad de Ingeniería, Universidad de Tel Aviv, Ramat Aviv 6997801, Israel

2Centro de Investigación de Materiales Aplicados Wolfson, Universidad de Tel Aviv, Ramat Aviv 6997801, Israel

3IPR., U.M.R. No. 6251 du C.N.R.S., Universit_e de Rennes I, 35042 Rennes, France

4European Synchrotron Radiation Facility, 38043 Grenoble, France

(Recibido el 2 de mayo de 2015; aceptado el 28 de junio de 2015; publicado en línea el 8 de julio de 2015)

Este artículo estudia el efecto de una columna de plasma expulsada de titanio sólido por microondas localizadas en una atmósfera de aire ambiente. Se encuentra que las nanopartículas de dióxido de titanio (titania) se sintetizan directamente en esta columna de plasma mantenida por la energía de microondas en la cavidad. El proceso se inicia mediante un punto de acceso inducido por microondas localizadas, que funde localmente el sustrato de titanio. El punto caliente fundido emite vapores de titanio ionizado continuamente hacia la columna de plasma estable, que puede durar más de un minuto. La caracterización del plasma polvoriento obtenido se realiza in situ mediante análisis de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS), espectroscopia óptica y reflexión de microondas. Las nanopartículas de titania depositadas se analizan estructural y morfológicamente mediante observaciones con microscopio electrónico de barrido y óptico ex situ, y también mediante difracción de rayos X. Utilizando el método gráfico de Boltzmann combinado con los resultados de SAXS, la temperatura y la densidad de los electrones en el plasma polvoriento se estiman en ?0,4 eV y ?1019m-3, respectivamente. El análisis del producto de plasma revela nanopartículas de titania en fases cristalinas de anatasa, brookita y rutilo. Estos están dispuestos espacialmente en varias formas esféricas, cúbicas, laminares y de red. Se consideran varias aplicaciones para este proceso de producción de nanopolvos de titania. CV 2015 AIP Publishing LLC. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4926491]

Este artículo se puede descargar en: https://www.eng.tau.ac.il/~jerby/82.pdf