Optimization of Magnetic Field-Assisted Synthesis of Carbon Nanotubes for Sensing Applications

One of the most effective ways of synthesizing carbon nanotubes is the arc discharge method. This paper describes a system supported by a magnetic field which can be generated by an external coil. An electric arc between two electrodes is stabilized by the magnetic field following mass flux stabilization from the anode to the cathode. In this work four constructions are compared. Different configurations of cathode and coils are calculated and presented. Exemplary results are discussed. The paper describes attempts of magnetic field optimization for different configurations of electrodes

DC electric arc metal plasma composition

Zastosowania plazmy łuku elektrycznego można podzielić na: zastosowania w elektrotechnice oraz zastosowania w procesach termicznych (lub termochemicznych). W większości przypadków w skład plazmy - poza gazem, w którym pali się łuk występuje metal wprowadzony celowo lub występujący jako składnik niepożądany. Celem niniejszej pracy jest określenie wpływu wybranych metali na skład plazmy. W pierwszej części krótko scharakteryzowano plazmę metaliczną. Następnie zaprezentowano metodykę obliczania składu plazmy. Na koniec przedstawiono zastosowany układ badawczy oraz przykładowe wyniki obliczeń.The applications of electric arc plasma can be classified in two cathegories: electrical and thermal (chemical). In most cases plasma consists not only of inert gas but also inserted on purpose or in udesirable way metal. Additional element in electric arc plasma influences on its equilibrium ant thermochemical parameters having in consequence effect to analysed process. The purpose of this work is to show influence of some selected metals on plasma composition. The way of calculating to estimate of plasma properties without resorting of very complex models have been developed and some results for electric arc metal plasma are presented

Reactive power management in wind power plants with induction machines in Smart Grid

Reduction of CO2 emission, improvement of efficiency of the use of electric power, management of and communication between particular parts of the electric power system, improvement of power delivery security, or ensuring higher security of data access were conductive to definition of a new notion of Smart Grid. The paper presents the research results in case of reactive power control at a small wind farm PN = 0.9MW. The measurements were conducted for two modes: with additional battery of capacitors disconnected and with the battery cooperating with the capacities installed by the equipment manufacturer. The measurement results indicate the need of the use of additional capacities, with a view to attain proper power management of the wind farm

The semi-underground transformer station of type BST-PP 20/630

W pracy przedstawiono nowoczesną konstrukcję półpodziemnej stacji transformatorowej typu BST-PP 20/630. Stacja przeznaczona jest do zasilania z sieci rozdzielczej średniego napięcia. Maksymalna moc transformatora S=630 kVA. Transformator montuje się pod ziemią. Część naziemna może służyć jako powierzchnia reklamowa.In this paper are presented innovative design of semi-underground transformer station. The station is oriented to power supply from power cable up to 20 kV. A maximum transformer power is equal S=630 kVA. The transformer is installed underground. A ground part maybe used as advertising surface

Thermal plasma for material engineering

Plazma termiczna w stanie LTE (Lokalna Równowaga Termodynamiczna) lub w stanie bliskim LTE (pod zmniejszonym ciśnieniem) jest niezwykle skutecznym medium zdolnym do łamania wiązań niepożądanych łańcuchów molekularnych. Może być ona stosowana do niszczenia odpadów gazowych i płynnych oraz do przetwarzania odpadów stałych w cenne materiały lub produkty. W artykule przedstawiono kilka procesowych reaktorów plazmowych z cylindrycznymi i rozbieżnymi kanałami wyładowczymi, które zostały zaprojektowane do testów laboratoryjnych. Łuk elektryczny jest w nich wprowadzany magnetycznie w wirowanie pomiędzy elektrodami, co skutkuje wytwarzaniem strumienia plazmy w stanie LTE. Te reaktory plazmowe zostały z powodzeniem zastosowane do termicznej destrukcji odpadów zawierających chlor. Piec, w którym plazma łukowa została wytworzona we wnętrzu tygla zasypanego odpadami w stanie skupienia stałym został opracowany do przetwarzania tych odpadów. Teoria termicznej utylizacji i przetwarzania materiałów w łuku elektrycznym została zweryfikowana eksperymentalnie poprzez zaprezentowanie kilku cennych produktów końcowych, takich jak płytki ceramiczne i porowate elementy izolacyjne. Ten sposób utylizacji odpadów ukierunkowany jest na zapewnienie zerowej emisji jakichkolwiek szkodliwych pozostałości w procesie przetwarzania. Końcowy materiał uzyskany po plazmowej utylizacji jest całkowicie bezpieczny w użytkowaniu i może powrócić do środowiska jako użyteczny produkt. Takie podejście zostało szeroko zaprezentowane w ramach projektu unijnego o akronimie WASTILE. Celem projektu było zademonstrowanie technologii utylizacji mieszaniny składającej się z odpadów niebezpiecznych – azbestu lub skażonych popiołów oraz toksycznych środków chemicznych, aby wytworzyć materiały budowlane określonego kształtu. Zostały wykonane udane testy laboratoryjne. Urządzenie demonstrujące proces technologiczny zostało zaprojektowane i zbudowane. Produkty końcowe, takie jak płytki ceramiczne lub porowate materiały izolacyjne o różnych kształtach przekazano do Dyrektoriatu Komisji Europejskiej ds. Badań Naukowych. Drugim, prezentowanym tutaj, zastosowaniem plazmy w stanie bliskim LTE jest synteza nanorurek węglowych (CNTs). CNTs wytworzone na różnych podłożach są pilnie potrzebne dla wielu zastosowań technologicznych, takich jak emitery elektronów, superkondensatory, akumulatory, ogniwa fotowoltaiczne, itp. Jednym z głównych wyzwań technicznych w celu uzyskania optymalnych właściwości produktu jest ciągłe i równomierne ułożenie CNTs na ruchomym podłożu. Zaprezentowany w niniejszym artykule układ badawczy składał się z pieca rurowego w hybrydowym układzie z generatorem plazmy wyposażonym w systemy zasilania prekursora katalitycznego oraz gazu węglonośnego. Rodniki węgla tworzące z katalizatorem mieszaninę nagrzewano do temperatury około 1000°C. Uzyskano zadawalające wyniki wstępnej segregacji węgla amorficznego przy użyciu pułapki magnetycznej w kolektorze suchym a kolejny mokry kolektor zastosowano do oczyszczenia gazów wylotowych z cząstek węgla. Wzrost CNTs jest wrażliwy na rozkład temperatury w linii CVD. Piec rurowy o długości 1 m i 50 mm średnicy wewnętrznej został podzielony na trzy części o oddzielnie kontrolowanej temperaturze. Umożliwiło to utrzymywanie w rurze kwarcowej optymalnej temperatury z zakresu od 800°C do 1200°C minimalizując efekt chłodzenia występujący na obu końcach pieca. W artykule przedstawiono również plazmową metodę syntezy CNTs przy użyciu wyłącznie generatora mikrofal bez hybrydyzacji z piecem CVD. Umożliwia ona wytwarzanie CNTs w postaci proszku lub nanoszenie warstw CNTs na podłożach takich jak kwarc, metale i izolacyjne materiały ogniotrwałe. Warstwy CNTs mogą stanowić elektrody superkondensatorów, baterii lub mieć zastosowanie jako skuteczne radiatory dla chłodzenia elementów elektronicznych. Przedstawiono uzyskane parametry procesu, w tym pomiary temperatury strumienia plazmy. Charakteryzację produktu przeprowadzono przy użyciu mikroskopu elektronowego (STM i SEM) i spektroskopii Ramana.Thermal plasma in the state of LTE (Local Thermodynamic Equilibrium) or near LTE (in a reduced pressure) can be an efficient medium for breaking bonds of unwanted molecular chains. It can be used for gas and fluid waste destruction and solid waste conversion into valuable materials or products. In this paper there are presented some plasma reactors with cylindrical and divergent channels that have been designed for the laboratory processing. The arc was magnetically driven between electrodes, which resulted in fast LTE plasma expansion and a thermal tail formation being in the near LTE state. These plasma reactors have been successfully used for thermal destruction of chlorinated wastes. A furnace with the arcplasma immersed in the feed charge has been elaborated for solid waste treatment purposes. The theory of utilization of materials by electric arc has been verified in experimental tests presenting some valuable end-products such as ceramic and insulation tails. Proposed solutions are directed towards zero emission of any hazardous residuals. The final material obtained after the plasma treatment is environmentally safe. It can return to the environment as a useful product. This approach has been widely studied in the EU Project with the acronym WASTILE. The aim of the project was to treat with plasma a composite waste consisting of hazardous waste ash and of toxic chemicals, to produce near-to-net shape building materials. Successful laboratory tests were done; technology demonstrating system has been designed and built. Final products such as ceramic tiles or industrial porous refractory shaped materials were demonstrated to the European Commission Research DG. Another application of near LTE plasma is presented for carbon nanotubes (CNTs) synthesis. CNTs deposited on various substrates are urgently required for many technological applications such as electron emitters, supercapacitors, rechargeable batteries, photovoltaic cells, etc. One of the main challenges to obtain the optimal product properties is a continuous and uniform dispersion of product on a moving substrate. In this paper the experimental set-up consisted of CVD furnace hybridized with plasma generator equipped with catalyst precursor and carbon containing gas feed systems is presented. Carbon radicals and metal catalyst uniform mixture were treated in the temperature around 1000°C. It have been found good results of segregation amorphous carbon as permanent magnet were used in the CNTs dry collector which followed by wet collector for zero contamination of the exhaust gas with carbon particles. The growth of CNTs is sensitive to the temperature distribution in the CVD line. Our furnace of the length of 1 meter and 50 mm of internal diameter was divided into three sections of separately controlled temperature. This allowed to keep the quartz tube in the bests temperature ranged from 800°C to 1200°C minimizing the cooling effect of both ends of the furnace. The paper also describes a CNT’s synthesis microwave plasma method that is not being hybridized with a CVD furnace. It allows producing CNT’s in the powder form or making deposits on substrates such as silica, metals and on refractory insulators. This can be applied to energy storage supercapacitors or electronic devices as heat sinks. Conditions required for CNT’s synthesis in microwave plasma are specified. Also the process parameters and plasma jet temperature measurements are presented. To determine the operation parameters effective for the synthesis of CNTs a characterization of the product by means of electron microscopy (STM and SEM) and Raman spectroscopy has been performed

Industrial transformer stations

The paper presents a modern design of semi-underground transformer station of BST- PP 20/630 type. The station is designed to be supplied from medium-voltage distribution network. Maximum transformer power S = 630 kVA. The transformer is installed underground. The part situated above the ground may be used as an advertising surface

Design of integrated readout circuit for NMOS THZ detectors based on chopper amplifier concept

This paper deals with design of readout circuit dedicated for NMOS-based terahertz detectors. The proposed architecture bases on chopper amplifier and instrumentation amplifier concepts. The main objectives were high gain (max. 100 dB) and proper operation with NMOS-based THz detectors. Three different architectures of measurement amplifier designed for the research project are discussed in this paper. The designed chip was manufactured in AMS C35B4 process (350 nm feature size). Another issue described in this paper is dedicated, non-typical testing environment. At the end a few measurement results are shown

Design of multichannel readout system for spectral identification of materials

This paper addresses the work performed on development of the readout circuits for FET-based THz detectors. Ultimately, designed readout system is intended to work within the material identification equipment, which targeted to perform the spectral recognition of samples. At the beginning, the short introduction of the THz detection basics and main applications of the THz spectroscopy are presented. Next, the preceding work on single-channel readout circuit is shortly recalled, with a special emphasis on the last design version featuring selective chopper amplifier. This IC became the basis of the complete readout system addressed in next few sections of this paper. Finally, design of novel integrated circuit is presented, incorporating the multichannel readout circuit dedicated for pixel line

The compensation of reactive power in wind power systems with induction machines

W pracy przedstawiono wyniki badań w przypadku regulacji mocy biernej na małej farmie wiatrowej PN = 0,9 MW. Pomiary przeprowadzano przy wyłączonej zewnętrznej dodatkowej baterii kondensatorów oraz przy jej współpracy z istniejącymi fabrycznie zamontowanymi pojemnościami. Wyniki pomiarów wskazują na konieczność stosowania dodatkowych pojemności i na prawidłową gospodarkę mocą farmy wiatrowej.In this paper are presented issues of parallel collective compensation of reactive power in wind power systems. Are discussed the impact of the reactive power compensation on the power network. A various methods of compensation of reactive power and analysis results measurements of the wind velocity, active and reactive power and power factor are presented as well