ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ презентация

Российской академии наук
(ИОФ РАН)

Научно-популярный курс

ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРОВ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
к Отчету о выполнении 6 этапа
Государственного контракта № 16.740.11.0537 от 16 мая 2011 г.

Руководитель: д.ф.-м.н. Токарев В.Н.

индуцирование каталитических свойств материалов;

повышение ресурса работы валов винтов кораблей и всех узлов,
работающих в суровых коррозионных условиях (для
автомобильной, аэрокосмической, оборонной и атомной
промышленности);

улучшение рабочих характеристик реактивных и дизельных двигателей
за счет нанесения нанопокрытий на их стенки;

изготовление покрытий в стоматологии и биосовместимых
имплантантов в ортопедии

материалов

представляет большой научный и практический интерес,

- актуально для развития нанотехнологий лазерными методами

помощи лазерно-индуцированной неустойчивости и самоорганизации поверхности под воздействием наносекундного излучения.
"Прямое" - модификация поверхности происходит наиболее просто:
одним лазерным лучом, а не двумя (сведенными для создания интерференционной картины),
без использования в дополнение к лазерному лучу иглы атомно-силового или туннельного микроскопа.

2) Исследования по наноструктурированию выполнены
- для широкого круга технологических материалов (металлов, керамик, алмазных пленок, полимеров) и
- для разнообразных процессов модификации поверхности. К ним относятся:
(а) нелинейная релаксация температурных напряжений, создаваемых лазерным воздействием ниже порога плавления;
(б) лазерное оплавление поверхности твёрдых тел;
(в) совместное действие плавления и испарения;
(г) лазерная абляция, травление и осаждение в отсутствие плавления.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЯЕМОГО МЕТОДА НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ

лазеров, как более дешевых и простых в эксплуатации по сравнению с пико- и фемтосекундными лазерами.


4) Проанализировано при этом развитие в результате лазерного воздействия так называемых «нерезонансных» структур, период которых не связан непосредственно с длиной волны излучения.

абляции – выталкивание длинных нановолокон.
(Длина – около 1 мм, радиус – 150-200 нм)

1) НАНОВОЛОКНА - Абляция ПММА единичным импульсом KrF-лазера

Механизм: Выброс вязких струй в результате ударного действия абляционного давления на разжиженный нагревом слой полимера.

ПРИМЕРЫ

ГЕКСАГОНАЛЬНЫЕ НАНОЯЧЕЙКИ

7) НАНОКОНУСА - лазерная модификация поверхности в твердой фазе

Развитие конусов рекордно малых субмикронных размеров (200-600нм)

ПЕРСПЕКТИВНО для улучшения эмиссионных свойств фотокатодов

элементов,
использующих мембраны из диоксида
циркония

наноструктурирования поверхности германия, никеля, силицида платины, нитрида кремния, нержавеющей стали, титана и диоксида циркония при наносекундном многократном облучении ArF-лазером с длиной волны 193 нм, а также титана, платины и полимеров KrF-лазером с длиной волны 248 нм.


2. В зависимости от материала и плотности энергии обнаружены нанорельефы различных форм - в виде нановолокон, нанопены, гексагональных ячеек, эллиптических и круговых кратеров, а также в виде нанохолмов и трещин.

Предложены механизмы формирования указанных наноструктур.

рельефа с характерными субмикронными периодами шероховатости при остывании на поверхности материала тонкого (с толщиной менее 1 мкм) слоя расплава, созданного импульсным лазерным нагревом.


4. Впервые построены теоретические модели прямого лазерного наноструктурирования широкого круга технологических материалов (металлов, керамик, алмазных пленок, полимеров)
для разнообразных процессов модификации поверхности.
К ним относятся:
(i) лазерно-индуцированное испарение в отсутствие плавления,
(ii) травление,
(iii) осаждение,
(iv) совместное действие плавления и испарения,
(v) лазерное оплавление поверхности твёрдых тел в отсутствие интенсивного испарения,
(vi) релаксация напряжений в материале в виде наноструктур.

ПЛН, выполненного на предыдущих этапах исследований, к разработке технологии улучшения функциональных свойств конкретных материалов.

НАПРИМЕР,

1) Для повышения эффективности высокотемпературных топливных элементов за счет наноструктурирования мембран из диоксида циркония

2) Для создания антиотражающего рельефа на поверхности кремния
- повышение энергоэффективности,
- уменьшение размера и веса солнечных элементов.

(Гос. контракт № 16.740.11.0537 от 16 мая 2011 г.)