Метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием
Мурзин С.П.

Аннотация:
Разработан метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием на примере металл-полупроводникового нанокомпозита ZnO/Cu. Осуществлён новый подход к созданию структур композиционных слоистых наноматериалов на основе нановолокон оксида цинка. Впервые для синтеза таких материалов использовался нагрев лазерным излучением с регулируемым распределением плотности мощности. Нагрев на воздухе фольги из латуни импульсно-периодическим лазерным воздействием интенсифицирует окисление поверхности материала. Предпочтительное образование ZnO обусловлено более высокой, чем у меди, скоростью окисления цинка, а также диффузией цинка к поверхности. Длина нановолокон оксида цинка при реализации выбранных режимов лазерного воздействия не превышает 5 мкм.

Ключевые слова :
наноматериал композиционный, синтез, воздействие лазерное, латунь, поверхность, окисление, цинк.

Литература:

  1. Huang, M.H. Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers / M.H. Huang, S. Mao, H. Feick, H.Q. Yan, Y.Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, P.D. Yang // Science. – 2001. – Vol. 292. – P. 1897-1899.
  2. Whang, D. Large-scale hierarchical organization of nanowire arrays for integrated nanosystems / D. Whang, S. Jin, Y. Wu, C.M. Lieber // Nano Letters. – 2003. – Vol. 3, № 9. – P. 1255-1259.
  3. Luo, X.L. Application of nanoparticles in electrochemical sensors and biosensors / X.L. Luo, A. Morrin, A.J. Killard, M.R. Smyth // Electroanalysis. – 2006. – Vol. 18, № 4. – P. 319-326.
  4. Li, Y. Nanowire electronic and optoelectronic devices / Y. Li, F. Qian, J. Xiang, C.M. Lieber // Materials Today (Oxford, United Kingdom). – 2006. – Vol. 9, № 10. – P. 18-27.
  5. Braunovich, M. Electrical contacts. Fundamentals, applications and technology / M. Braunovich, V. Konchits, N. Myshkin. – London, New York: CRC Press, 2006. – 639 p.
  6. Yang, C. ZnO/Cu nanocomposite: a platform for direct electrochemistry of enzymes and biosensing applications / C. Yang, C. Xu, X. Wang // Langmuir. – 2012. – Vol. 28, №9. – P. 4580-4585.
  7. Cheng, A.-J. Thermal chemical vapor deposition growth of zinc oxide nanostructures for dye-sensitized solar cell fabrication / A.-J. Cheng, Y. Tzeng, Y. Zhou, M. Park, T.-h. Wu, C. Shannon, D. Wang, W. Lee // Applied Physics Letters. – 2008. – Vol. 92, № 9. – P. 092113.
  8. Chen, Y.F. Morphology evolution of ZnO(0001) surface during plasma-assisted molecular-beam epitaxy / Y.F. Chen, H.J. Ko, S.K. Hong, T. Yao, Y. Segawa // Applied Physics Letters. – 2002. – Vol. 80, № 8. – P. 1358-1360.
  9. Wang, X.D. Large-scale fabrication of ordered nanobowl arrays / X.D. Wang, E. Graugnard, J.S. King, Z.L. Wang, C.J. Summers // Nano Letters. – 2004. – Vol. 4, № 11. – P. 2223-2226.
  10. Martensson, T. Nanowire arrays de?ned by nanoimprint lithography / T. Martensson, P. Carlberg, M. Borgström, L. Montelius, W. Seifert, L. Samuelson // Nano Letters. – 2004. – Vol. 4, № 4. – P. 699-702.
  11. Lee, Y.C. Micro-/nano-lithography based on the contact transfer of thin film and mask embedded etching / Y.C. Lee, C.Y.J. Chiu // Journal of Micromechanics and Microengineering. – 2008. – Vol. 18, № 7. – P. 075013.
  12. Kazanskiy, N.L. Synthesis of nanoporous structures in metallic materials under laser action / N.L. Kazanskiy, S.P. Murzin, Ye.L. Osetrov, V.I. Tregub // Optics and Lasers in Engineering. – 2011. – Vol. 49, № 11. – P. 1264-1267.
  13. Murzin, S.P. Exposure to laser radiation for creation of metal materials nanoporous structures / S.P. Murzin // Optics & Laser Technology. – 2013. – Vol. 48. – P. 509-512.
  14. Gertsriken, D.S. Determining the duration of mass transfer and the temperature of metal subjected to pulsed deformation / D.S. Gertsriken, A.I. Ignatenko, V.F. Mazanko, O.A. Mironova, Yu.V. Fal'chenko, G.K. Kharchenko // The Physics of Metals and Metallography. – 2005. – Vol. 99, № 2. – P. 187-193.
  15. Pogorelov, A.E. Mass transfer mechanism in real crystals by pulsed laser irradiation / A.E. Pogorelov, K.P. Ryaboshapka, A.F. Zhuravlyov // Journal of Applied Physics. – 2002. – Vol. 92, № 10. – P. 5766-5771.
  16. Мурзин, С.П. Разработка способов интенсификации формирования нанопористых структур металлических материалов селективной лазерной сублимацией компонентов сплавов / С.П. Мурзин // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 2. – С. 175-179. – ISSN 0134-2452.
  17. Мурзин, С.П. Термоциклирование импульсно-периодическим лазерным воздействием для формирования нанопористой структуры в металлическом материале / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, Е.В. Шокова, Н.В. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 1. – С. 99-104. – ISSN 0134-2452.
  18. Мурзин, С.П. Применение фокусаторов излучения для создания металлических нанопористых материалов с высокой удельной площадью поверхности лазерным воздействием / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, А.А. Мельников, Н.В. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 226-232. – ISSN 0134-2452.
  19. Мурзин, С.П. Синтез нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии с применением фокусаторов излучения / С.П. Мурзин // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 2. – С. 249-255. – ISSN 0134-2452.
  20. Kazanskiy, N.L. Computer-aided design of diffractive optical elements / N.L. Kazanskiy, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer // Optical Engineering. – 1994. – Vol. 33, № 10. – P. 3156-3166.
  21. Doskolovich, L.L. Analysis of quasiperiodic and geometric optical solutions of the problem of focusing into an axial segment / L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer, A.Ye. Tzaregorodtzev // Optic – International Journal for Light and Electron Optics. – 1995. – Vol. 101, № 2. – P. 37-41.
  22. Doskolovich, L.L. A method of designing diffractive optical elements focusing into plane areas / L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy, S.I. Kharitonov, V.A. Soifer // Journal of Modern Optics. – 1996. – Vol. 43, № 7. – P. 1423-1433.
  23. Казанский, Н.Л. Исследовательско-технологический центр дифракционной оптики / Н.Л. Казанский // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 4-1. – С. 54-62. – ISSN 1990-5378.
  24. Volkov, A.V. A method for the diffractive microrelief forming using the layered photoresist growth / A.V. Volkov, N.L. Kazanskiy, O.Ju. Moiseev, V.A. Soifer // Optics and Lasers in Engineering. – 1998. – Vol. 29, N 4-5. – P. 281-288.
  25. Golovashkin, D.L. Solving diffractive optics problem using graphics processing units / D.L. Golovashkin, N.L. Kazanskiy // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2011. – Vol. 20, № 2. – P. 85–89.
  26. Khonina, S.N. Vortex phase transmission function as a factor to reduce the focal spot of high-aperture focusing system / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, S.G. Volotovsky // Journal of Modern Optics. – 2011. – Vol. 58, № 9. – P. 748–760.
  27. Казанский, Н.Л. Оптическая система для проведения селективной лазерной сублимации компонентов металлических сплавов / Н.Л. Казанский, С.П. Мурзин, В.И. Трегуб // Компьютерная оптика. – 2010. – Т. 34, № 4. – С. 481-486.
  28. Murzin, S.P. Increasing the efficiency of laser treatment of materials using elements of computer optics / S.P. Murzin // Journal of Advanced Materials. – 2003. – Vol. 10. № 2. – P. 181-185.
  29. Мурзин, С.П. Формирование нанопористых структур металлических материалов циклическим упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии / С.П. Мурзин, В.И. Трегуб, Е.Л. Осетров, А.М. Никифоров // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2010. – Т. 12, № 4.– С. 182-185. – ISSN 1990-5378.
  30. Мурзин, С.П. Разработка способов интенсификации формирования нанопористых структур металлических материалов селективной лазерной сублимацией компонентов сплавов / С.П. Мурзин // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 2. – С. 175-179. – ISSN 0134-2452.
  31. Тюрин, А.Г. Термодинамика химической и электрохимической устойчивости латуней / А.Г. Тюрин, А.А. Шрейнер // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2007. – Т. 43, № 3. – С. 313-319. – ISSN 0044-1856.
  32. Fan, H.J. Two-dimensional dendritic ZnO nanowires from oxidation of Zn microcrystals / H.J. Fan, R. Scholz, F.M. Kolb, M. Zacharias // Applied Physics Letters. – 2004. – Vol. 85. – P. 4142-4144.
  33. Dang, H.Y. The synthesis of metal oxide nanowires by directly heating metal samples in appropriate oxygen atmospheres / H.Y. Dang, J. Wang, S.S. Fan // Nanotechnology.– 2003. – Vol. 14. – P. 738-741.
  34. Wen, X. ZnO nanobelt arrays grown directly from and on zinc substrates: synthesis, characterization, and applications / X. Wen, Y. Fang, Q. Pang, C. Yang, J. Wang, K. Ge, K.S. Wong, S.J. Yang // Journal of Physical Chemistry B. – 2005. – Vol. 109. – P. 15303-15308.
  35. Zhu, Y. Co-synthesis of ZnO-CuO nanostructures by directly heating brass in air / Y Zhu, C.-H. Sow, T. Yu, Q. Zhao, P. Li, Z. Shen, D. Yu, J.T.-L. Thong // Advanced Functional Materials. – 2006. – Vol. 16. – P. 2415-2422.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20