Лазерный мир

© Г.И. Козлов, И.Г. Ассовский // Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 11

Представлены результаты экспериментального исследования закономерностей синтеза одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) методом лазерной абляции графитовой мишени с катализатором излучением непрерывного CO2 лазера. Особое внимание уделено установлению связи между режимами испарения и условиями, благоприятными для самоорганизующегося синтеза ОУНТ. Показано, что при плотностях мощности лазерного пучка выше 105 W/cm2 реализуется режим развитого испарения графитовой мишени с образованием в периферийных областях струи фракталоподобных структур. Более благоприятные условия для синтеза углеродных нанотрубок создаются при значениях плотности мощности лазерного пучка в диапазоне. Методами комбинационного рассеяния света и электронной микроскопии показано, что в этом случае происходит синтез ОУНТ с диаметрами от 1.1 до 1.5 nm в виде отдельных нанотрубок и их пучков. Максимальное содержание ОУНТ в этой серии экспериментов составляло 20%. Анализ полученных результатов позволил высказать некоторые соображения о возможном механизме быстрого роста ОУНТ в объеме лазерного факела.

Лазерная установка для синтеза наноструктур

Эксперименты по лазерному синтезу углеродных наноструктур проводились на модернизированной лазерной установке, которая ранее использовалась нами для исследования закономерностей распространения волн пиролиза по лазерному лучу [5]. Схематически установка представлена на рис. 1. Излучение непрерывного газоразрядного CO2 лазера мощностью 2 kW с расходимостью 8 · 10−4 rad фокусировалось линзой из хлористого калия с фокусным расстоянием 20 cm, проходило через соляное окно внутрь кварцевой реакционной трубки с внутренним диаметром 7.1 cm и длиной 51 cm и концентрировалось на торцевой поверхности цилиндрической графитовой мишени. Расчеты показали, что при мощности лазерного пучка 1−2 kW для достижения температуры мишени в диапазоне от 3500 до 4000 K, когда определяющими становятся потери на излучение, размер графитовой мишени не должен превышать 5 mm

Режимы лазерной абляции графитовой мишени

Главным фактором, влияющим на режим абляции материала, является плотность мощности лазерного излучения. Углеродсодержащая мишень, подвергающаяся лазерному нагреву, обычно представляет собой пористое вещество. Поэтому при воздействии лазерного пучка на поверхность образца происходит прежде всего диспергирование исходного вещества с последующим разогревом и испарением полидисперсного потока частиц в луче лазера. Тем не менее следует отметить ярко выраженную стационарность процесса взаимодействия излучения с углеродной мишенью, несмотря на существенную плотность потока продуктов газификации мишени.

Полное содержание на https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/8119