Влияние технологических параметров процесса лазерной абляции в жидкости на стабильность генерации золотых наночастиц

Язык труда и переводы:
УДК:
621.1
Дата публикации:
12 января 2022, 22:00
Категория:
Секция 11. Наукоемкие технологии в ракетно-космической технике
Авторы
Аннотация:
Одним из наиболее перспективных и быстроразвивающихся методов получения наночастиц для применения в микроэлектронике, изготовления специальных покрытий и др. является метод лазерной абляции в жидкости. Данный метод зарекомендовал себя как простой, экологичный способ синтеза наночастиц с управляемыми свойствами. Он позволяет получать наночастицы из большого количества различных материалов и соединений различной формы. Одной из проблем метода является повторяемость и стабильность раствора во времени. Данная работа посвящена исследованию технологических параметров процесса на характеристики получаемых коллоидных растворов. Подготовлены рекомендации по проектированию камеры непрерывного синтеза наночастиц и подготовке поверхности облучаемой мишени. Проведены исследования полученных растворов и наночастиц.
Ключевые слова:
лазер, наночастицы, лазерная абляция в жидкости, золотые наночастицы
Основной текст труда

Влияние технологических параметров процесса лазерной абляции в жидкости на стабильность генерации золотых наночастиц

Интерес к нанодисперсным материалам связан с тем, что они находят все более широкое применение в качестве исходного сырья при производстве керамических и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных батарей, фильтров, присадок [1], а также в аддитивных технологиях [2], сенсибилизаторов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др [1]. По мере выполнения фундаментальных и прикладных исследований этот перечень быстро расширяется.

Наночастицы обладают особыми физическими, химическими и термодинамическими свойствами по сравнению с макроразмерными объектами. Уникальные свойства наноматериалов определяются, прежде всего, их структурой на атомарном уровне. Роль, которых играет размер и структура наночастиц, в некоторых случаях сравнима с ролью химического состава [1].

Среди множества методов получения наночастиц [3] в последние годы интенсивно развивается метод лазерной абляции в жидкости. Лазерная абляция позволяет получать наночастицы различного типа, включая металлические, полупроводниковые и полимерные частицы, а также частицы сложных многоэлементных металлических и полупроводниковых сплавов [1, 4]. В этом методе не требуются длительное время для проведения химических реакций, а также высокие температуры и давления или многоступенчатые процессы, характерные для химического синтеза; нет необходимости использовать токсичные или взрывоопасные химические исходные вещества [1].

К основным причинам, сдерживающим применение метода лазерной абляции в жидкости для генерации наночастиц, можно отнести: низкие производительность и повторяемость, а также склонность полученных наночастиц к агломерации. Хотя множество работ на сегодняшний день посвящено получению различных наночастиц с помощью разных лазерных источников, технологические аспекты процесса освещены слабо.

В данной работе оценено, как технологические параметры процесса влияют на получаемые наночастицы. Рассмотрено влияние объёма жидкости, в которой происходит синтез, исследована скорость роста экстинкции получаемого коллоидного раствора. На основании этого исследования выработаны требования и предложена схема процесса непрерывного синтеза. Также исследовалось состояние поверхности на получаемые результаты, на основании чего подготовлены рекомендации по периодическому обновлению (очистке) поверхности для поддержания стабильности синтеза наночастиц.

Методами сканирующей микроскопии исследованы размеры получаемых наночастиц. Влияние параметров процесса оценивалось по результатам оптического спектрального анализа. Разработаны подходы, позволяющие выбирать параметры процесса лазерной абляции в жидкости для получения требуемых наночастиц и предотвращения их слипания.

Результаты, полученные в данной работе, могут быть в дальнейшем использованы разработки актуальной технологии получения наночастиц благородных металлов для легирования солнечных элементов и других применений в области фотоники.

Литература
  1. Amendola V., Meneghetti M., What controls the composition and the structure of nanomaterials generated by laser ablation in liquid solution? // Phys Chem Chem Phys. 2013. No. 15. Pp. 3027–3046.
  2. Мельникова М.А., Колчанов Д.С., Мельников Д.М. Селективное лазерное плавление: применение и особенности формирования трехмерных конструктивных технологических элементов // Фотоника. 2017. № 2 (62). С. 42–49.
  3. Макаров Г.Н. Применение лазеров в нанотехнологии: получение наночастиц и наноструктур методами лазерной абляции и лазерной нанолитографии // Успехи физических наук. 2013. № 7. С. 673–718.
  4. Тюльпанова Е.М., Мельников Д.М., Кавешникова Н.А., Голубенко Ю.В., Калёнова Е.А. Влияние условий облучения на параметры наночастиц, получаемых методом лазерной абляции в жидкости // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2018. № 6 (84). С. 3–6.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.