Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российские учёные взяли под контроль непредсказуемые наноструктуры

Учёные из Института электрофизики и электроэнергетики РАН и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН разработали метод оценки размеров наноструктур, получаемых лазерным плавлением поверхности. С его помощью можно управлять процессами формирования таких структур, что и было доказано в ходе экспериментов на титане.

Наноструктурирование поверхностей приводит к улучшению их физико-механических, оптических, химических характеристик. Такие поверхности считаются перспективными для применения во многих областях: оптоэлектронике, архитектуре, металлургии, агропромышленности, экологии и особенно медицине,  в частности ортопедии и стоматологии. Сегодня такие поверхности получают, как правило, методом атомарно-молекулярной сборки, который подразумевает манипулирование отдельными атомами и молекулами с помощью устройств на основе атомно-силовых и туннельных микроскопов. Процесс весьма продолжительный, трудоёмкий, а значит, и дорогой.

Значительно менее затратным признан метод лазерного плавления поверхностей. Под воздействием высокоэнергетического излучения материал проплавляется до определённой глубины, после чего излучение снимается, поверхность постепенно охлаждается и появляются первые кристаллические зародыши твёрдой фазы – будущие центры кристаллизации атомов из расплава. В результате на поверхности, как правило, появляется рельеф с характерными наноразмерными особенностями.

К сожалению, на сегодняшний день метод лазерного плавления даёт непредсказуемые результаты. Поэтому учёные стремятся найти надёжный способ оценки и предсказания размеров поверхностных структур в зависимости от различных параметров работы лазера.

Российским исследователям из Института электрофизики и электроэнергетики РАН и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН удалось разработать модель, по которой оценить размеры наноповерхностей можно, основываясь на знании параметров мощности и времени работы лазера.

Сложные теоретические расчёты подтвердились экспериментальным путём. Различные поверхности подвергались излучению аргон-фторного лазера c длиной волны излучения в 193 нм для получения наноструктурированных поверхностей. При этом, изменяя длительность световых импульсов и время воздействия излучения, исследователи управляли и плотностью энергии излучения. После этого с помощью средств атомной силовой микроскопии оценивался профиль полученных поверхностей, определялись характерные перепады высот рельефа на поверхности.

При длительности облучения в 10-6 секунд на поверхности титана, в полном соответствии с предсказаниями модели, появились наноструктуры с характерными размерами в 60 нм, а с уменьшением времени воздействия из расплава уже получается только аморфная метастабильная фаза, что, опять же, органично вписывается в теорию. Таким образом, в процессе исследования учёными была «установлена зависимость параметров образующейся поверхностной наноструктуры от плотности энергии в падающем пучке, что указывает на возможность управления процессами формирования таких структур».

Работа поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (государственный контракт № 02.740.11.0411).

Источник информации:

С. И. Миколуцкий, В. Ю. Хомич, В. А. Шмаков, В. А. Ямщиков «Зарождение и рост наноструктур на поверхности твёрдого тела, оплавленным лазерным импульсом». Российские нанотехнологии, т.6 , № 9–10, 2011 год.

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 5

Галереи

Выставка форума Rusnanotech 2011

На форуме Rusnanotech 2011 были представлены продукты и достижения проектных компаний и компаний-партнёров корпорации РОСНАНО, а также решения производителей оборудования работы для нанотехнологий и достижения исследовательских университетов.

80 фото

Обсуждение

Новости

Рыбий жир не даст умереть от инфаркта

На Новой Земле найдены колонии древних кораллов

Мировые продажи самого дешевого смартфона за 4$ начнутся 30 июня

Партнеры по МКС будут проектировать лунную орбитальную станцию

«Плохой холестерин» – источник долголетия

День в истории: 28 июня

Кстати,
на
52%
сократились...
Конференция IPS-21