Лаборатория микрофизики облаков

Лаборатория микрофизики облаков является одной из старейших лабораторий института. Лаборатория занимается исследованием процесса образования града, оценкой эффективности противоградовых работ, исследованием льдообразующей активности естественных и искусственных аэрозолей и реагентов. В лаборатории проводятся работы по исследованию влияния различных факторов (загрязнение атмосферы различными загрязняющими веществами, электрическое поле и заряд на частицах реагента и т.д.) на льдообразующие свойства реагентов.

В лаборатории разрабатываются и исследуются реагенты нового класса на основе нанотехнологий.

Лаборатория разрабатывает экологическую часть проектной документации (инженерно-экологические изыскания, раздел "Оценка воздействия на окружающую среду", мероприятия по охране окружающей среды), проводит инвентаризацию источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для промышленных и сельскохозяйственных предприятий, составляет тома предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ), разрабатывает мероприятия при небрагоприятных метеорологических условиях для различных предприятий, проводит измерения распределения температуры по поверхностям различных тел при помощи тепловизора "АГЕМА 880". Лаборатория может проводить электронно-микроскопические исследования материалов и образцов с помощью просвечивающего электронного микроскопа ЭММА-4, а также проводить рентгеноструктурный фазовый анализ на рентгеновском дифракциометре ДРОН-3М.

В рамках проекта 6.2 Развитие технологий активных воздействий на градовые процессы, регулирования осадков, рассеивания туманов (моделей, методов, средств активного воздействия), раздела 6.2.4 Исследования, разработка, метрологическое обеспечение и внедрение методов определения характеристик реагентов и технических средств активных воздействий на гидрометеорологические процессы лаборатория проводит экспериментальные исследования (в лабораторных условиях) взаимодействия частиц реагентов различной формы при наличии электрического поля.

В рамках проведения работ по теме разработан новый класс реагентов на основе кластеров из нанотрубок.

Получено, что размер кластеров из нанотрубок изменяется от 50 нм до 10 мкм. При возгонке реагентов в присутствии водяного пара образуются полые структуры размерами до 300 мкм, образование которых зависит от водности к камере. При больших водностях структуры эти структуры не образуются. При малых водностях кластеров из нанотрубок образуются в большом количестве. Размер нанотрубок, из которых состоят кластеров из нанотрубок, составляет 1-5 нм. На рисунке 1 показана фотография под электронным микроскопом кластеров из нанотрубок оксида цинка. На рисунке 2 приводится фотография частиц льда под оптическим микроскопом, образованных на полых структурах оксида цинка. На рисунке 3 приводится фотография кристалла льда под оптическим микроскопом, образованного на кластере оксида цинка.

Рисунок 1 – Кластер из нанотрубок оксида цинка

Рисунок 2 – Структуры льда

Рисунок 3 – Кристалл льда

Серии экспериментов по изучению влияния электрического поля на образование полых наноструктур показали, что электрическое поле существенным образом влияет на размеры полых наноструктур. Под действием электрического поля 1,5·10⁵ В/м и более полые наноструктуры разрушаются и образуется несколько полых наноструктур.

Такие структуры образуются при возгонке цинка и пиросостава АД-1. При этом первоначальный размер пустых кластеров из нанотрубок, образованных на частицах оксида цинка, по размерам значительно больше, чем с АД-1. С этим связано более сильное влияние электрического поля на льдообразующую активность оксида цинка, чем АД-1. Также получено, что в присутствии электрического поля вероятность образования кристаллов льда на частицах с формой в виде нанотрубок, возрастает.

На рисунках 4-6 приведены фотографии кластеров из нанотрубок оксида цинка, сделанные на электронном микроскопе TESCAN.

На рисунке 7 приведены фотографии ледяных кристаллов, полученных в большой облачной камере ФГБУ «ВГИ» при возгонке цинка.


Рисунок 4 – Кластер из нанотрубок оксида цинка, без электрического поля.	Рисунок 5 – Кластер из нанотрубок оксида цинка, Е=7,5·10⁴ В/м.


Рисунок 6 – Кластер из нанотрубок оксида цинка, Е=1,5·10⁵ В/м.	Рисунок 7 – Ледяные частицы, образованные на наноструктурах, подобных аэрогелю (1), на полых наноструктурах (2).