Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных преобразователей, сенсоров и других применений»
Скачать 1.36 Mb.
|
5.5.Синтез наноразмерных молекулярных структур.Отправная точка для синтеза наноразмерных молекулярных структур связана с одним из начал кристаллографии, согласно которому особенности внешней формы объекта определяются строением возможных низкосимметричных аллотропных модификаций кристаллической решетки [141]. В случае углерода многообразие его аллотропных форм приводит к самосборке наноразмерных объектов с заданными формами и параметрами – фуллеренов и нанотрубок. Наиболее интересным и перспективным представляется синтез аналогичных структур на основе химических элементов, входящих в ту же подгруппу Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Особенные надежды возлагаются на кремний – следующего за углеродом элемента подгруппы и нашедшего в микроэлектронике широкое применение. Методом лазерной абляции предварительно разогретых мишеней уже удалось получить в макроскопических количествах наноразмерные нити кремния [141], германия [143] и других полупроводников [144]. Предварительный анализ, выполненный авторами работы [141], позволил установить, что преимущественный рост кремниевых наноразмерных (квантовых) проволок с симметрией структуры C6v происходит на основе полиэдров Si24. 5.6.Формирование фрактальных наноструктур.Лазерное испарение веществ, в том числе жаропрочных, позволяет достичь высокой эффективности процесса генерации компактных кластеров и их агрегатов. Первоначально в насыщенном паре образуются молекулярные ассоциаты (димеры, тримеры и т.п.), концентрация которых может достигать 0.1 по отношению к мономерам [145]. Через время порядка 10-4 с в результате конденсации паров и коагуляции зародышей жидкой фазы в охлажденных слоях парогазового потока появляются компактные кластеры, содержащие 103104 атомов [146]. Эффективность процесса кластеризации увеличивается в атмосфере буферного газа, который забирает на себя избыток энергии, выделяемый при конденсации. Компактные частицы с характерным размером ~ 10 нм, агрегируя, образуют фрактальные кластеры (агрегаты) с размерами ~ 1 мкм. Последние наблюдаются через ~ 10-2 с после воздействия миллисекундного лазерного импульса с плотностью потока 106107 Вт/см2 [147]. Во внешнем электрическом поле фрактальные агрегаты собираются в нитевидные макроструктуры. В экспериментах [147] фрактальные нити возникают через 102103 секунд после действия лазерного импульса. Отличный от агрегации механизм образования макроструктур, очевидно, реализуется при более длительном лазерном воздействии и, соответственно, более высокой плотности мелкодисперсной фракции в объеме факела. Так, при увеличении длительности лазерного импульса в десять раз, макроструктуры появляются через временной интервал ~ 10-2 с даже в отсутствии внешнего поля [148,149]. Предполагается, что механизм образования макроструктур в этом случае запускается перколяционным переходом в скоплении микрофракталов. Рост плотности дисперсной фазы в газоразрядной плазме ведет к фазовому переходу в конденсированные формы: «жидкую плазму» и «плазменный кристалл», в которых наряду с упорядоченными связанными структурами существуют индивидуальные плазменные компоненты (электроны, ионы, микрокластеры). Известно [150], что связанные пылевые агломераты возникают при превышении некоторой пороговой концентрации микрокластеров поведения характерного и для перколяции. Переход в конденсированное состояние происходит независимо от того, какую форму имеют заряженные пылевые частицы (компактных или фрактальных микрокластеров [151]) и сопровождается резким изменением светимости плазмы. 5.7.Исследование перколяции в плазме, возникающей при лазерной абляции в буферной атмосфере.Новизна экспериментальных результатов, представленных в работах [152–160] по изучению наноструктурированных фрактальных объектов, в значительной степени была обеспечена использованием лазерного импульса с длительностью десять миллисекунд. Плотная плазма оптического разряда, реализуемая при достаточно высоком внешнем давлении окружающего газа, оказывается эффективным источником фрактального вещества: значительно (на порядки величин) увеличиваются эффективность и скорость образования фракталов, обеспечивается их локализация. Методика лазерного испарения позволяет проводить исследования для широкого круга веществ, используемых в качестве мишени. Быстрому и эффективному образованию фракталов предшествует перколяция, наблюдаемая в плазменном облаке. Перколяция, как геометрический фазовый переход, характеризуется критической плотностью среды, при которой меняются, в частности, ее электрические свойства, а в пространстве прорастает неограниченный фрактальный кластер. В [152–160] были разработаны оригинальные методики для изучения перколяции в плазме, основанные: a – на пороговом характере зависимостей светимости и СВЧ-проводимости плазмы как от плотности испаренного вещества, так и от компонентного состава мишени [152-157]; б – на соотношении потерь, связанных с вихревыми токами и токами проводимости, которое в случае фрактальных структур заметно увеличивается по сравнению с однородным объемом электрон-ионной плазмы [157]. Наблюдается корреляция между проявлением перколяции и формированием наноструктурированных фракталов [159]. В экспериментальных работах [153–160] порог перколяции определяется, через относительную плотность числа атомов перколирующего компонента к общей числовой плотномти атомов в газовой фазе. Отметим, что авторы работ [161], в которых методами молекулярной динамики исследовался фотохимический механизм для откола поверхностного слоя мишени и образования капельной фракции, рассматривали перколяцию по возникающим порам и определяли порог, через относительную долю свободного объема в расплаве мишени. При достаточно высоких давлениях взаимодействие между частицами дисперсной фазы в лазерной плазме сравнивается с их кинетической энергией. В результате во внешних слоях плазмы еще в процессе действия лазерного излучения возникает неупорядоченная макроскопическая фрактальная структура [159]. Переход лазерной плазмы в состояние с сильной связью проявляется в изменении времени ее разлета, формы и размеров факела при превышении некоторой величины давления буферного газа, зависящей от материала мишени. При этом заметно увеличиваются поглощательная и излучательная способности плазмы, эффективная цветовая температура световой вспышки. Кроме того, меняется морфология расплавленной области на поверхности металлической мишени – вместо кратера, характерного для лазерного воздействия, при сравнительно высоких давлениях наблюдается оплавленный конус из пористого металла [162]. Обнаружено влияние электронной структуры атомов мишени на эффективность образования фракталов, СВЧ-проводимость, интенсивность и спектр оптического свечения, пороговые характеристики для перехода плазмы в связанное состояние [158]. Все это свидетельствует о важной роли валентных связей при образовании фрактальных структур в объеме сравнительно плотной и горячей плазмы. Проведены электронно-микроскопические исследования фрактальных структур, возникающих после лазерного испарения металлических мишеней при различных давлениях окружающего газа. Анализ микроструктуры фрактальных слоев, на основе изображений, полученных на сканирующем электронном микроскопе, позволяет сделать заключение, что спад эффективности при высоких давлениях сопровождается сверткой фракталов [159]. Этот факт проявляется в уменьшении фрактальной размерности структур и увеличении размера их элементарных узлов. Если при малых давлениях (P1 1 атм) фрактальные структуры содержат линейные фрагменты с длиной 2 мкм, собранные из микрочастиц с размерами порядка 50 нм, то при P > P1 размеры микрочастиц увеличиваются до 100 нм. Кроме того, в осажденных слоях появляются отдельные застывшие капли, и даже цепочки из 10÷20 монодисперсных шариков. Очевидно, что при больших давлениях и высокой температуре плазмы, разлет которой ограничен, образование капелек происходит в результате уплотнения структур, сокращения внутренней поверхности фрактала. |
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка и исследование... «Разработка и исследование новых кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов для сцинтилляционных и люминесцентных... | | Отчет о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных... Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского Отделения Российской академии наук |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... «Разработка новых методов индивидуальной коррекции сводно-радикального статуса при бактериальных инфекциях» | | Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование отрасли... Директор Областного государственного бюджетного учреждения «Электронный Ульяновск» |
| Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской... | | Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005... |
 | Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,... | | Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска... |
| Отчет о научно-исследовательской работе исследование и разработка... Директор ресурсного центра информатизации образования (рцио), канд техн наук, доцент | | Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48... |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Исследование вопросов... «Исследование вопросов применения новых технологий обработки больших данных в сфере информатизации культуры» | | Отчет по научно-исследовательской практике магистрантов и студентов за 2009-2010 гг Исследование регионального рынка розничных банковских услуг разработка рекомендаций по его регулированию |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка научно... «Институт законодательства и сравнительного правоведения при Правительстве Российской Федерации» (ИЗиСП) | | Отчет о научно-исследовательской работе контракт №21/10 от «09» октября... Целью работы является исследование теоретических и практических особенностей существующих систем ротации в правоохранительных органах,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка моделей и образцов... «Разработка моделей бакалавра по специальности и магистра по специальности. Реализация моделей по группам специальностей» | | Отчет о научно-исследовательской работе Развитие, исследование и внедрение средств высокопроизводительных вычислений на основе технологий Грид с поддержкой гетерогенных,... |
