Образование наноструктур в результате лазерной абляции металлов в жидкостях и их свойства



Скачать 30.68 Kb.
Дата09.07.2016
Размер30.68 Kb.

УДК 535.14(06)+621.373.826(06) Лазерная физика

А.В. ПЕТРОВСКАЯ, Г.А. ШАФЕЕФ¹, А.В. СИМАКИН1

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

1Научный центр волновых исследований Института общей физики РАН
ОБРАЗОВАНИЕ НАНОСТРУКТУР В РЕЗУЛЬТАТЕ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ МЕТАЛЛОВ В ЖИДКОСТЯХ

И ИХ СВОЙСТВА
В докладе представлены результаты учебно-исследовательской работы, выполненной в НЦВИ РАН. В лаборатории макрокинетики неравновесных процессов исследуются свойства коллоидов наноразмерных частиц и поверхностей благородных металлов, образующихся в результате лазерной абляции мишеней в различных жидкостях.
Лазерная абляция твердых тел в жидкостях является одним из альтернативных методов генерации наночастиц в жидкостях. В отличие от химических методов синтеза, наночастицы, получаемые в результате лазерной абляции твердых мишеней в жидкостях в принципе могут быть свободны от поверхностно-активных веществ и посторонних ионов.

Свойства наночастиц, образующихся в процессе лазерной абляции твердых тел в жидкостях, зависят от многих экспериментальных параметров, таких, как длина волны лазерного излучения, плотность энергии пучка на мишени, род жидкости и т.д. При облучении мишени неподвижным лазерным пучком в мишени образуется кратер, тогда как при облучении мишени в жидкости сканирующим лазерным пучком на поверхности мишени образуются периодические микроконуса, период которых практически совпадает с диаметром лазерного пучка на мишени. Такие периодические структуры наблюдались на меди, латуни, серебре, золоте и др. [1]. Зависимость периода таких структур от диаметра лазерного пучка отличает их от периодических структур, возникающих при лазерной абляции в вакууме или разреженных газах.

Сейчас подробнее изучается новый вид структур, характерные размеры которых составляют десятки нанометров. В отличие от периодических структур, образующихся в результате выноса массы мишени в жидкость в форме наночастиц, наноструктуры формируются из начальной шероховатости поверхности мишени под действием давления паров жидкости, окружающей мишень [2].

В качестве мишеней использовались пластинки серебра чистотой 99,99% и толщиной 100 – 200 мкм. Перед облучением мишени механически шлифовались либо полировались до необходимого уровня шероховатости. Облучение мишени производилось с помощью импульсного Nd:YAG лазера с длиной волны генерации 1.06 мкм, длительностью импульса 350 пс и частотой повторения импульсов 300 Гц. Излучение фокусировалось на мишень сквозь слой жидкости толщиной несколько мм.

При плотности энергии лазерного пучка порядка 1 Дж/см2 происходит генерация наночастиц серебра в жидкости, а на поверхности мишени образуется углубление, растущее со временем экспозиции. С уменьшением плотности энергии скорость генерации наночастиц уменьшается, и при 0.4 – 0.5 Дж/см2 становится пренебрежимо малой. При этом сама мишень начинает приобретать окраску при визуально гладкой поверхности. Именно, участки мишени, подвергнутые облучению, приобретают хорошо различимый желтый цвет. Максимум поглощения облученной поверхности располагается вблизи 370 - 380 нм. На исходной мишени этот макимум отсутствует, а наблюдается лишь типичный для серебра пик поглощения вблизи 315 нм. Появление такого пика однозначно свидетельствует об образовании на поверхности мишени нанометровых особенностей, так как плазмонные колебания электронов в структурах такого размера на серебре соответствуют именно такой длине волны. Для подтверждения этой гипотезы облученная в воде мишень исследовалась с помощью атомно-силового микроскопа в полуконтактном режиме. Поверхность серебряной мишени усеяна наноостриями высотой 50 – 70 нм и таким же поперечным размером.

Интересной особенностью процесса является необходимость микронеровностей на поверхности серебра для образования наноструктур.

Реализованные наноструктуры представляют несомненный практический интерес для усиления сигнала комбинационного рассеяния от молекул, адсорбированных на них вследствие так называемого гигантского комбинационного рассеяния. В частности, совместно с коллегами из парижского университета Париж-7 успешно проведены эксперименты по детектированию малых концентраций молекул акридина, адсорбированных на поверхности серебра с наноструктурами.
Список литературы
1. Казакевич П.В., Симакин А.В., Шафеев Г.А. Квантовая электроника. 35 (2005) 831-834.

2. Заведеев Е.В., Петровская А.В., Симакин А.В., Шафеев Г.А. Образование наноструктур при лазерной абляции серебра в жидкостях. Квантовая электроника. 36(10) (2006) 978-980.




ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4



Каталог: data -> scientific-sessions -> 2007
2007 -> Логика ветвящегося времени и ее применение в искусственном интеллекте
2007 -> + 539. 2(06) Сверхпроводимость и физика наноструктур
2007 -> Н. Э. Баумана программные средства защиты телефонной информации с применением вейвлет-преобразования
2007 -> Комплекс ат-технология – интеллектуальная среда поддержки разработки интегрированных экспертных систем
2007 -> Схема ключевого элемента на основе шлейфного направленного ответвителя для использования в афар
2007 -> Очистка технологических газов от радиоактивного йода
2007 -> Создание политики безопасности информационно-аналитической системы при использовании процессно-ориентированного подхода к управлению
2007 -> Охрана окружающей среды и рациональное природопользование


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница