Лазерный мир

Специалисты Института химической кинетики и горения имени В. В. Воеводского СО РАН совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН провели серию экспериментов, в ходе которых материалы с тонким слоем воды на поверхности — латунь, свинец, углерод — помещали в поток сфокусированного терагерцового излучения. В результате этого воздействия формируются нансуспензии или взвеси. Вещества в такой форме активно применяются в химической промышленности, в электронике. Исследования проводились на лазере на свободных электронах (ЛСЭ) в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения. Наноразмерные суспензии и порошки (с частицами до 100 нм) сейчас востребованы в различных областях промышленности, в том числе — в электронике.

Поскольку спрос на них растет день ото дня, специалисты ищут новые способы их получения. Однако существует ряд нюансов: в каждом конкретном случае нужны материалы со своими уникальными свойствами — состав, форма частиц, кристаллические характеристики. Кроме того, методы получения должны быть экономически выгодными. Традиционно нанопорошки получают путем измельчения исходных веществ на специальных мельницах, но при таком способе трудно получить порошки с частицами одинакового размера, к тому же компоненты могут вступать в химические реакции друг с другом, что отрицательно сказывается на качестве конечного продукта. Команда новосибирских ученых в ходе экспериментов на ЛСЭ обнаружила интересный феномен, на основе которого можно разработать новую технологию получения нанопорошков с однородными частицами и абсолютно произвольным составом.

«Изначально мы подвергали воздействию лазера диатомовые водоросли, которые находились в воде, в латунном контейнере, — рассказывает кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химической кинетики и горения СО РАН Александр Козлов. — Мы заметили, что раствор окрашивается, и, чтобы выяснить причину, исследовали его на атомно-силовом, оптическом и электронном микроскопах. В ходе исследований мы пришли к выводу, что под действием излучения у нас получилась своеобразная латунная стружка, которая и послужила «красителем» для раствора».

По словам Александра Козлова, после латуни исследователи экспериментировали с различными материалами, например, графитом, керамикой, свинцовыми сплавами и другими веществами. В результате было установлено, что под действием терагерцового излучения аналогичным образом разрушаются практически все твердые материалы, кроме, например, стекла и пластика. Ученые предполагают, что это связано с особенностями структуры: наличие кристаллической решетки — необходимое условие для получения нанопорошков при помощи лазера на свободных электронов. Еще одно обязательное условие — наличие тонкого слоя воды, потому что без него излучение просто отразится от поверхности материала. В данном случае вода работает как своеобразный преобразователь, который превращает оптическое излучение в ультразвук.

«Излучение нашего лазера состоит из коротких импульсов длительностью ~100 пикосекунд, которые следуют друг за другом с частотой 5.6 МГц (то есть 5 млн. 600 тыс. импульсов в секунду), — объясняет кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерной физики СО РАН Олег Шевченко. — При этом каждый из множества поступающих импульсов можно образно сравнить с молотком, который ударяет по наковальне — поверхности воды».

Сейчас «глубина» действия излучения всего несколько микрон, поэтому чтобы получить даже один грамм порошка, придется облучать материал целый день, при том, что длительность каждого «сеанса» — секунды. Но специалисты отмечают, что технически возможно сделать «проточную» установку, которая будет работать непрерывно и позволит производить нанопорошки, в объемах, достаточных для лабораторных применений. Как отметила руководитель пресс-службы Института ядерной физики Алла Сковородина, результаты были представлены научному сообществу на конференции «Синхротронное и терагерцовое излучение: генерация и применение (SFR-2018)». Работы по определению и достижению требуемых параметров ЛСЭ — лазера на свободных электронах — выполнены при поддержке гранта РНФ.

Источник: http://ria-sibir.ru/viewnews/69777.html