Коллоидные структуры с различной морфологией : синтез, оптические свойства и оптодинамические явления

• Автор: Ершов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение

Актуальность работы

Цель диссертационной работы

Задачи диссертационной работы

Научная новизна

Практическая значимость

Достоверность результатов

Апробация работы

Личный вклад автора
Структура и объём диссертации
Глава 1. Обзор литературы
Глава 2. Общие закономерности формирования 2D кристаллических структур из
коллоидных частиц в условиях применения метода подвижного мениска
2Л. Модель структурной самоорганизации
2.1.1. Упругое взаимодействие
2.1.2. Ван-дер-ваальсово взаимодействие
2.1.3 Касательное межчастичное трение
2.1.4. Взаимодействие конвективного потока с частицами и стохастические силы
2.1.4.1. Взаимодействие конвективного потока с частицами в общем случае
2.1.4.2. Взаимодействие конвективного потока с частицами в случае обратного мениска
2.1.4.3. Стохастические силы
2.1.5. Капиллярные силы
2.2. Степень дефектности самоорганизующейся периодической коллоидной структуры
2.3. Расчет спектров экстинкции агрегатов наночастиц методом связанных диполей
2.4. Результаты и их обсуждение
2.4.1. Закономерности синтеза 20 коллоидного кристалла в прямом мениске
2.4.2. Закономерности синтеза 20 коллоидного кристалла в обратном мениске
2.4.3. Оптические характеристики плазмонно-резонансных 20 коллоидных кристаллов
2.5. Эксперимент
2.6. Заключение к главе
Глава 3. Влияние фактора полидисперсности наночастиц на спектры экстинкции их агрегатов
3.1. Модель
3.1.1. Метод связанных мультиполей
3.1.2. Модели образования полидисперсных агрегатов с различной функцией дисперсии межчастичного зазора
3.1.3. Локальная структура неупорядоченных полидисперсных агрегатов
3.2. Результаты и их обсуждение
3.2.1. Спектры экстинкции полидисперсных димеров и тримеров
3.2.2. Спектры экстинкции полидисперсных многочастичных агрегатов серебра
3.2.2.1. Агрегаты с дисперсией межчастичного зазора (величина зазора пропорциональна размерам контактирующих частиц)
3.2.2.2. Агрегаты с постоянным межчастичным зазором
3.2.2.3. Агрегаты с дисперсией межчастичного зазора (величина зазора обратно пропорциональна размерам контактирующих частиц)
3.2.2.4. Зависимость спектров экстинкции от числа частиц в полидисперсных Ag агрегатах
3.3. Заключение к главе
Глава 4 Оптодинамические эффекты в системах связанных плазмонных наночастиц
4.1. Оптодинамическая модель
4.1.1. Упругое, ван-дер-ваальсово взаимодействие, диссипативные силы касательного и межчастичного трения
4.1.2. Светоиндуцированные оптические силы
4.1.3. Термодинамические характеристики системы
4.2. Результаты и их обсуждение
4.2.1. Изменение резонансных свойств плазмонных наночастиц при изменении их агрегатного состояния
4.2.2. Общая картина процесса воздействия лазерного импульса на резонансный домен на примере А§ димера
4.2.3. Зависимость оптодинамических процессов в резонансных доменах от длительности воздействующего лазерного импульса
4.2.4. Общие закономерности лазерно-индуцированной фотомодификации резонансных доменов агрегатов наночастиц в поле пикосекундных лазерных импульсов при произвольной функции распределения частиц по размерам (на примере димера)
4.2.5. Общие закономерности лазерно-индуцированной фотомодификации спектра плазмонного поглощения многочастичных неупорядоченных агрегатов
4.2.6. Сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными
4.3. Заключение к главе
Заключение
Литература
Введение
Актуальность работы
Исследование физики взаимодействия металлических наночастиц с оптическим излучением является одной из важных задач наноплазмоники. Изучение таких процессов актуально в задачах повышения чувствительности методов спектрального анализа примесных материалов в коллоидных системах при воздействии излучением высокой интенсивности; при локальном лазерном возбуждении плазмон-поляритона в нановолноводах из цепочек наночастиц, при спектральноселективном воздействии на резонансные домены многочастичных коллоидных агрегатов. Актуальность таких задач отмечается при исследовании воздействия лазерного излучения на пары металлов в условиях образования в них аэрозольной компоненты из наночастиц в нагреваемом замкнутом пространстве тепловых кювет-атомизаторов, которые предназначены для нелинейно-оптического преобразования частоты лазерного излучения; в осветительных системах на основе паров металлов, в которых образующиеся аэрозоли из жидких наночастиц, становящиеся источниками паразитного поглощения и рассеяния в полосе плазмонного поглощения; при реализации новых методов в медицине, связанных с воздействием лазерного излучения на наночастицы благородных металлов, внедренные в биологическую ткань и т. д.
Одним из перспективных объектов при решении задач нанофотоники являются коллоидные кристаллы. Разработка методов и оптимизация технологий получения кристаллических структур, состоящих из малых коллоидных частиц, является одной из важных и перспективных задач из-за широкого спектра потенциальных приложений подобных объектов: от фотонных кристаллов с управляемой полосой пропускания до функциональных элементов нанофотоники [1]. Одной из областей применения наноструктурированных коллоидных кристаллов является нанофотоника с задачами создания узкополосных спектральных фильтров для управления модулированными потоками оптического излучения на наномасштабах, а также для создания дифракционных решеток, настраиваемых, например, с

позволяет исследовать влияние этого фактора на процесс сборки структуры в более широком диапазоне значений.
Рис. 2.6 демонстрирует результат применения модели, учитывающей действие вышеперечисленных факторов, к реализации процесса самосборки плоской структуры на подложке в прямом мениске.
2.2. Степень дефектности самоорганизующейся периодической коллоидной структуры
Формирование кристаллической коллоидной структуры при коагуляции сопровождается появлением дефектов [101].
К основным типам дефектов коллоидных кристаллов относятся: вакансии и вакансионные полости, междоузлия (частицы объединены в главном потенциальном минимуме), дислокации как проявление доменной (поликристаллической) структуры коллоидных кристаллов. К появлению междоузлий может приводить низкая высота промежуточного потенциального барьера, отделяющего вторичный потенциальный минимум от главного [101]. Кластер-кластерная агрегация, реализующаяся при объединении отдельных монокристаллических фрагментов, при произвольной ориентации кристаллографических осей, сопровождается появлением дислокаций вдоль линии контакта фрагментов с образованием в дальнейшем поликристаллической структуры. При минимальном отличии кристаллографических направлений во фрагментах и дефектов границы происходит их объединение с образованием более крупного монокристаллического фрагмента [101].
Построение количественной характеристики степени дефектности коллоидных кристаллов базируется на подходе, реализованном в параметре локальной анизотропии [101]:
где N — количество частиц в системе, ^ — количество соседей /-Й частицы: у-я
нии г0.: (Г; + г + кат < Гу (2.27)
частица является соседом г-и.
если она находится на