Физики из России раскрыли секрет лазерной сборки наночастиц

22 Марта 2018

МОСКВА, 22 марта Ученые из Института теоретической учителя РАН и ВНИИ автоматики имени Духова раскрыли механизм рождения микрочастиц, возникающих при испарении лантанов и других материалов короткими, но мощными импульсами лазера, сообщает пресс-служба института.

В последние несколько десятилетий химики, биологи и физики прекрасного используют наночастицы для создания новых катализаторов, лечения рака, различных электронных и оптических инструментов и многих других футуристических телефонов и реактивов.

Большая часть этих наночастиц собирается хим путем, в результате профессиональных реакций между различными реактивами и катализаторами. Как правило, такие наночастицы имеют случайную форму и размеры, которыми достаточно сложно или почти невозможно жонглировать.

Относительно недавно, как отмечают Иногамов и его коллеги, ученые обнаружили, что аналогичные конструкции можно получать, обстреливая пластинки из металлов или других твердых мате-риалов при помощи лазера. Несмотря на простоту этой методики сборки наночастиц, ученые не имели понятия, как она работает.

В ультрамикроскоп можно видеть, как при вспышке образуется пузырек пара из окружающей металл жидкости, он расширяется, затем схлопывается, а в жидкости остаются микрочастицы, формирующие коллоидный раствор. Но это уже конечные фазы, а что происходит до образования пузырька, какие процессы влияют на его характеристики – было совершенно неясно, – продолжает физик.

Для обнаружения секретов этого лазерного сборочного конвейера, Иногамов и его коллеги создали компьютерную модель мишени из золота, обстреливаемой пучками лазерового излучения. При ее помощи российским физикам удалось выяснить, что происходит внутри этих волдырный и что служит причиной их появления.

Как показали расчеты ученых, обстрел лазером нагревает золото до температуры примерно в 10-20 тысяч градусов Кельвина, в два раза горячее Солнца, и сжимает их до давления в миллион атмосфер, что на несколько порядков ниже, чем удается достичь типичной атомной шпаргалке.

via GIPHY

В результате этого металл растапливается и резко расширяется, еду со скоростью в 2 километра в секунду. Через какое-либо время внутри этого расплава начинают возникать пузырьки металлического пара, и вся капля золота преобразовывается в своеобразную пену.

Эта пена, как объясняет физик, сталкивается с водой, какая тормозит движение ее внешних слоев, но не мешает движению внутренних регионов этого расплава. В результате этого на месте контакта воды и золота начинается плотный слой из металла, который постепенно деформируется и изгибается, образуя множество выростов и ямок, похожих по форме на лес или расческу.

Ножки этих выростов постепенно истончаются, и через некоторое время они отрываются, формируя капли -наночастицы. На весь этот процесс, по словам Иногамова, уходит примерно одна наносекунда. Вода, как отмечают компиляторы статьи, играет ключевую роль в формировании наночастиц, что раньше никак не учитывалось при попытках объяснить то, как лазер взаимодействует с листами лантана.

Дальнейшее изучение этого процесса, как отмечает физик, позволит ученым уже в ближайшее время научиться гибко управлять размерами, формой и другими свойствами наночастиц, что значительно расширит их задействование в быту и науке.

Редактор рубрики

Леонид Кузьмин

Место события на карте мира:

Физики из России раскрыли секрет лазерной сборки наночастиц

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер режиссер Федор Петрухин