Методы получения оптических материалов с наночастицами — КиберПедия 

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Методы получения оптических материалов с наночастицами

2021-04-18 78
Методы получения оптических материалов с наночастицами 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Как уже было сказано, обсуждаемые в данной работе оптические материалы представляют собой твердую аморфную матрицу с заключенными в ней наночастицами. Здесь мы не будем затрагивать вопросы получения отдельных наночастиц [1] ни самих матриц [3], поскольку они требуют специального детального рассмотрения.

Метод добавления частиц к расплаву

Самый старый метод получения данных материалов состоит в добавлении уже готовых частиц к расплаву. Хотя этот метод является в некоторой степени универсальным, он имеет ряд существенных недостатков, например, сложно управлять свойствами стекла, зависящими от степени агрегированнсти частиц [1]. Кроме того, необходимо, чтобы при добавлении к расплаву не происходило нежелательных изменений в частицах вплоть до их полного исчезновения вследствие химических взаимодействий и высоких температур. Поэтому были раз­работаны способы, позволяющие формировать наночастицы в самой матрице.

Метод ионной имплантации

Находящаяся под строгим температурным контролем, подложка, которая может быть, например, стеклом, кристаллом или полимером [8], обрабатывается ионным пучком, состоящим из атомов имплантируемого металла с энергиями от 10 кэВ до 10 МэВ. В зависимости от параметров, таких как энергия иона, доза, ионный ток и температура облучаемой мишени, можно варьировать условия синтеза металлических наночастиц. Этот метод позволяет синтезировать композиционные слои с наночастицами металла, характеризующиеся высокими факторами заполнения металлом при узкой функции распределения данных частиц по размерам при сохранении малого размера самих частиц [5, 6]

Преимущества:

1. возможность внедрения примеси практически любого металла в субстрат сверх равновесного значения, поэтому в качестве субстрата можно использовать и те вещества, в которые примеси практически не вводятся, например, в кварцевое стекло;

2. технологичность;

3. эффективность;

4. метод является управляемым, т.е. можно контролировать параметры наночастиц, а так же их распределение в матрице.

Недостатки:

1. статистически неоднородная глубина проникновения внедряемых ионов в материал, и как следствие - различия в концентрации примесных атомов от слоя к слою в приповерхностной области образца;

2. имеется распределение по размерам синтезируемых наночастиц не только в плоскости, параллельной облучаемой поверхности, но в значительной степени и по глубине мишени, что оказывает определяющее влияние на оптические характеристики формируемых имплантацией композиционных материалов. [7]

Метод ионного обмена

Для внедрения металличес­ких частиц в стекло используется также ионный обмен. На рис.4 показана экспериментальная установка для вве­дения частиц серебра в стекло путем ионного обмена. Одновалентные при­поверхностные атомы, например, натрий, присутствующий в приповерх­ностных слоях во всех стеклах, замеща­ется другими ионами, например сереб­ром. Для этого стеклянная основа по­мещается в расплав соли, находящийся между электродами, к которым приложено напряжение указанной на рис.4 полярности. Ионы натрия в стекле диффундируют к отрицательному электроду, а серебро диффундирует из серебросодержащего электролита на поверхность. [1]

Метод получения металлических наночастиц в прозрачной матрице с использованием фемтосекундного лазера.

Перечисленные выше методы не дают возможности полного контроля над положением наночастиц в трех измерениях, что является крайне востребованным в оптоэлектронных устройствах и терагерцовых переключателях. Рассмотрим сравнительно новую модификацию метода, при котором металлические наночастицы образуются вследствие облучения материала, содержащего ионы металла (Ag, Au), светом. Этот способ позволяет в полной мере управлять пространственным распределением металлических наночастиц в прозрачной матрице. Сначала матрицу (стекло) с заранее введенными в ее состав ионами металла (например в виде оксидов) подвергают локальным (заданным) воздействиям излучения фемтосекундного лазера, при этом происходит превращение Ме+→Ме0. Затем образец выдерживают при высокой температуре, и при этом происходит объединение атомов металла в наночастицы. Управляя лазерным лучом можно добиться желаемого распределения и размера частиц в материале. [13]

Выращивание нанокристаллитов в стеклянной матрице (наностеклокерамика)

Форми­рование низкоразмерных систем может происходить и в результате твердофазных реакций в твердых телах. При этом получаемые объек­ты чаще всего представляют собой поликристаллические материалы, физические свойства которых напрямую связаны с размерами зерен (кристаллитов) и субзерен. Поэтому умение управлять размерами зерен посредством влияния на кинетику твердофазных реакций является важным моментом технологии получения твердотельных материалов с более качественными и значимыми для практического применения свойствами. Одним из методов влияния на кинетику твердофазных реакций является ее активация механическим воздействием на исходные ком­поненты реакции. В настоящее время существует большое количество публикаций, посвященных этой проблеме, например, в [9] приведен обширный обзор работ по механической активации, главная задача которой заключается не только в получении мелкодисперсных ис­ходных компонентов, но и в накоплении в твердом теле энергии в виде точечных дефектов и дислокаций, выполняющих функцию транспорта вещества в зону реакции. Варьируя концентрацию и типы дефектов, можно воздействовать на скорость реакции, т.е. управлять кинетическими факторами реакции и в конечном итоге физическими свойствами синтезируемых материалов. Однако, как известно, синтез не является окончательным этапом получения керамики. Для придания окончательных механических и электрофизических свойств необходим следующий этап — спекание. Подбирая температурный и временной режимы спекания, можно в ограниченных пределах управлять этими свойствами керамики.

Важным параметром процесса спекания также являет­ся его скорость, а функцию транспорта вещества выполняют точечные дефекты и дислокации, как и при синтезе [10], поэтому управления свойствами стеклокерамики также важна роль дефектов, внесенных механическим воздей­ствием в синтезированную шихту при формировании зерен. [11]

 

 

Заключение

При написании данной работы был произведен анализ литературы, в том числе научных статей, появившихся за последние годы. Дан обзор использования, создания и поведения наночастиц в оптических материалах. Как мы видели, композиционные материалы, представляющие собой диэлектрические матрицы, содержащие наночастицы, проявляют уникальные оптические свойства, которые оказываются важными для целей оптоинформатики и оптоэлектроники.

Также в настоящей работе было уделено внимание, как традиционным методам получения указанных материалов, так и появившимся сравнительно недавно, поскольку именно получение наноматериалов является основной проблемой внедрения нанотехнологий.


Список литературы

1. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии: М. «Техносфера», 2004

2. Гапоненко С.В., Розанов Н.Н., Ивченко Е.Л., Федоров А.В., Бонч-Бруевич А.М., Вартанян Т.А., Пржибельский С.Г. Оптика наноструктур. Под редакцией А.В. Федорова: СПб.: «Недра», 2005. -326 с.

3. Макмиллан П.У. Стеклокерамика. М.: «Мир», 1967

4. Белов П.А., Беспалов В.Г., Васильев В.Н., Козлов С.А., Павлов А.В., Симовский К.Р., Шполянский Ю.А. Оптические процессоры: достижения и новые идеи.

5. Степанов А.Л. Нелинейно-оптические свойства металлических наночастиц, синтезированных в стекле ионной имплантацией.

6. Степанов А.Л. Особенности синтеза металлических наночастиц в диэлектрике методом ионной имплантации.

7. Townsend P.D., Chandler P.J., Zhang L. Optical effects of ion implantation, Cambridge: Cambridge University Press, 1994. 165 р

8. Степанов А.Л. Оптические свойства металлических наночастиц, синтезированных в полимере методом ионной имплантации (Обзор). // ЖТФ, 2004, т 74, вып. 2

9.  Уваров Н.Ф., Болдырев В.В. // Успехи химии. 2001. Т. 70. № 4. С. 307.

10. Третьяков ЮД. Твердофазные реакции. М., 1978. С. 358.

11. Витченко М.Л.,. Мардасова И.В., Ошаева Э.Н., Абдулвахидов К. Г., Фаин Е.Я. Нанокристаллитная керамика PbIn0.5Nb0.5O3 и ее свойства // Письма в ЖТФ, 2007, том 33, вып. 4

12. Боднарь И.В., Соловей Н.П., Турин B.C., Молочко А.Л. Формирование и оптические свойства наночастиц CulnSe2xTe2(1-x) в матрице силикатного стекла. // Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 12

13. Jianrong Qiu, Xiongwei Jiang, Congshan Zhu, Mitsuru Shirai, Jinhai Si, Nan Jiang, and Kazuyuki Hirao. Manipulation of gold nanoparticles inside transparent materials // Angew.Chem. Int. Ed., 2004, 43, P 2230–2234


Поделиться с друзьями:

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.014 с.