Образование наночастиц при лазерной абляции металлов в жидкостях

• Автор: Казакевич, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Глава 1. Введение

1.2. Литературный обзор и постановка задачи

1.2. Краткое содержание работы

1.3. Источники лазерного излучения, техника эксперимента

Глава 2. Образование периодических структур при лазерной абляции твердых тел в* жидкостях

2.1. Введение

2.2. Экспериментальные результаты

2.2.1. Образование микроструктур при лазерной абляции металлов в жидкостях

2.2.2. Обсуждение экспериментальных результатов по формированию микроструктур

2.3. Преобразование частоты лазерного излучения отраженного от поверхности содержащей микро-неоднородности в сетчатке глаза при отражении

2.4. Выводы к Главе

Глава 3. Формирование наночастиц меди и ее сплавов в результате лазерной абляции в жидкости
3.1. Введение
3.2. Получение наночастиц меди методом лазерной абляции в жидкости
3.3. Получение наночастиц латуни методом лазерной абляции в жидкости
3.4. Вытеснение компонента сплава на периферию наночастиц в результате взаимодействия наночастиц с лазерным излучением
3.5. Зависимость морфологии латунных наночастиц от рельефа мишени
3.5.1. Моделирование фазовой диаграммы наночастиц латуни
3.5.2. Обсуждение
3.6. Образование сплава медь-серебро в случае лазерной абляции комбинированной мишени. Динамика изменения спектров поглощения наночастиц при облучении составной мишени
3.7. Выводы к Главе
Глава 4. Селективная фрагментация удлиненных наночастиц золота лазерным излучением
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная техника
4.2.1. Синтез удлиненных наночастиц золота
4.2.2. Селективная фрагментация удлиненных наночастиц
4.3. Экспериментальные результаты
4.4. Обсуждение экспериментальных результатов
4.5. Выводы к главе
5. Заключение
Список литературы

Глава 1. Введение
1.2. Литературный обзор и постановка задачи
Взаимодействие лазерного излучения с веществом интенсивно исследуется с момента появления лазеров. Это обусловлено как фундаментальным интересом, связанным с исследованием’ поведения вещества в сильно неравновесных условиях лазерного воздействия, так и прикладными проблемами, которые могли бы быть эффективно решены путем контролируемого лазерного воздействия на объект. В то же время в связи с возросшим интересом к свойствам объектов нанометрового масштаба, в настоящее время активно исследуются процессы, происходящие при лазерном воздействии на вещество на пространственных масштабах меньше длины волны.
Воздействие импульсного лазерного излучения на поверхность твердых тел, как правило, является существенно неравновесным процессом, что связано с характерными для него высокими градиентами температуры, малостью времени нагрева поверхности по сравнению со временами релаксации системы. Импульсное лазерное испарение твёрдого тела позволяет значительно увеличить плотность паров над его поверхностью по сравнению с непрерывным лазерным нагревом. Характерной особенностью импульсного лазерного воздействия на твёрдое тело является образование крупномасштабных периодических структур на его поверхности. Образование таких структур исследуется уже достаточно давно. Так, при наносекундной длительности лазерного импульса они описаны в целом ряде работ [1-4]. Структуры получены на широком классе материалов, таких, как ве, №, 8п, Тр Си, ВТСП - керамика, а так же латунь и бронза. Как правило, периодические структуры наблюдались на дне абляционного кратера. Образование

периодических структур происходит после воздействия на поверхность десятков или сотен лазерных импульсов с плотностью энергии, достаточной для её плавления.
Рассмотренные в диссертации гетерогенные физико-химические процессы, индуцируемые лазерным излучением на границе раздела твердое тело-жидкость, могут быть условно разделены на две группы.
Первая группа процессов относится к самой металлической мишени, в частности, к ее морфологии после воздействия на нее серии лазерных импульсов при лазерной абляции в жидкой среде с плотностью энергии, достаточной для ее плавления. Лазерная абляция твердых тел в жидкостях сопровождается образованием микроструктур. При абляции твердых тел, погруженных в жидкую среду, расплавленный, слой мишени непосредственно граничит с парами окружающей жидкости. В этих условиях вязкое взаимодействие паров с расплавленным слоем мишени может приводить к целому ряду неустойчивостей, таких, как неустойчивость Кельвина-Гельмгольца или-Рэлея-Тейлора [5]. Периодические структуры, возникающие в результате развития этих неустойчивостей, хорошо известны в задачах лазерной абляции твердых тел в вакууме или разреженных газах [6-8]. При абляции мишеней таких как Б!, '¥, Си, бронза и т.д., давление паров материала мишени над ее поверхностью небольшое, и рост структур определяется в основном термо-капиллярными силами. Они возникают из-за наличия градиента температуры вдоль поверхности расплава вследствие вариации коэффициента отражения мишени на периодическом рельефе. При.развитии такой неустойчивости на поверхности мишени возникают трехмерные периодические структуры, возвышающиеся над поверхностью мишени на десятки микрометров с периодом, близким к периоду капиллярных волн [9-15]. В случае лазерной абляции в жидкости динамика, расплава определяется уже не градиентом поверхностного натяжения вдоль поверхности расплава, как в случае абляции в вакууме, а давлением паров окружающей мишень жидкости. Такой механизм образования микроструктур наблюдается как в полярных, так и в неполярных
того, полученный спектр хорошо согласуется с теоретическим спектром наночастиц меди, полученным в [65].
Длина волны, нм
Рис. 13. Спектры поглощения коллоидного раствора наночастиц, полученные абляцией медной мишени излучением лазера на парах меди в различных жидкостях: 1- ацетон, 2 -этанол, 3- вода. Плотность энергии лазерного пучка на мишени 30 Дж/см2. Данные по ацетону приведены в области его прозрачности.
Иначе выглядит спектр поглощения воды, в которой производилась абляция медной мишени. Пик вблизи 590 нм отсутствует, а наблюдается лишь широкая полоса поглощения между 600 и 700 нм. Такая полоса поглощения типична для аква-иона одновалентной меди. Действительно, полученный спектр поглощения водного раствора СиС1 характеризуется такой же полосой поглощения. Следовательно, наночастицы меди при абляции медной мишени в воде не образуются, а сама медь реагирует с водой, образуя соединения одновалентной меди. Спектры жидкостей, в которых абляция меди проводилась МгУАС лазером, в целом подобны, в частности, при абляции в этаноле и ацетоне также наблюдается пик плазмонного резонанса наночастиц меди (Рис. 14).