Испаряется и разлетается
Лазерная абляция, то есть испарение тонкого поверхностного слоя материала под действием короткого мощного лазерного импульса, применяется во многих областях науки, техники и даже в медицине. Её используют для резки и сварки металлов, обработки поверхностей, коррекции зрения и так далее, в том числе и для получения наночастиц. При абляции материалов нано- и субнаносекундными лазерными импульсами происходят испарение мишени и возникновение плазменного факела с дальнейшим образованием микро- и наночастиц. Для практического применения важно знать временн'е параметры процесса, в том числе скорости разлёта компонент и конфигурацию абляционного факела.
Научная группа из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и Филиала федерального исследовательского центра химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН (Черноголовка), а также Объединённого института высоких температур РАН изучила скорости движения и плотность числа частиц, получаемых при лазерной абляции различных металлических мишеней (Ni, W, Sn, Re) в воздухе и вакууме. Для регистрации процесса абляции чаще всего используют скоростную видеосъёмку, но скоростные видеокамеры дороги, к тому же в них плохо видно то, что не излучает в оптическом диапазоне, и то, что размером меньше длин волн видимого света. Поэтому авторы реферируемой статьи применили сравнительно простой метод регистрации рассеяния зондирующего лазерного излучения с длиной волны 660 нм и максимальной мощностью 120 мВт. Для абляции использовали лазер с длиной волны 1,064 мкм, длиной импульса 0,6 нс, энергией в импульсе 0,1 мДж и частотой повторения до 4 кГц. Излучение фокусировалось в пятно диаметром 100 мкм с плотностью мощности 3,6 ГВт/см2. Пример определённых скоростей разлёта частиц: для W при абляции в вакууме — 600 м/c, а в воздухе при атмосферном давлении для частиц Re, Sn, W и Ni — 350, 420, 440 и 470 м/с соответственно. Методика позволяет определять и другие параметры факела.
Кулиш М. И., Карабулин А. В., Матюшенко В. И. Исследование продуктов импульсной лазерной абляции методом оптического зондирования. ЖТФ, 2026, вып. 1, с. 178.
Усиливая люминесценцию
Причина ряда болезней и патологических процессов в организме — оксидативный стресс, часто вследствие высокой концентрации свободных радикалов, в том числе активных форм кислорода. Для их детектирования успешно используют хемилюминесценцию — свечение при протекании химической реакции, например окисления. Применяют её и вне медицины. Естественно, желательно поднять чувствительность хемилюминесцентных методов. Свечение усиливается, если рядом с молекулой хемилюминофора находится металлическая наночастица, спектральная полоса плазмонного резонанса которой перекрывается с полосой хемилюминесценции. Усилить свечение можно и применением катализаторов — ионов металлов, ускоряющих саму реакцию. При взаимодействии материала пробы с ионами металлов образуется продукт с более высокой окислительной активностью по отношению к молекулам хемилюминофора, реакция происходит быстрее и с большей интенсивностью свечения.
Исследователи из Международного научно-образовательного центра физики наноструктур Университета ИТМО (Санкт-Петербург) и ЗАО «Геокосмос» (Ереван, Армения) применили оба метода вместе для люминола, и это оказалось успешным. Авторы подробно описали и процедуру подготовки образцов, и процедуру измерений. Проверено действие ионов железа, меди, кобальта и марганца в качестве катализатора, определены оптимальные концентрации и степень усиления хемилюминесценции при окислении люминола гипохлоритом натрия в присутствии наночастиц серебра среднего размера (12 нм), отвечающих за нужный плазмонный резонанс. В природе гипохлорит натрия образуется, в частности, в реакции, катализируемой ферментом миелопероксидазой. Этот процесс происходит при контакте гранулоцитов крови с чужеродными клетками, например бактериями. Лучшим катализатором в данном случае оказались ионы Co2+ концентрации 10–6 М (М — молярная концентрация), а оптимальная концентрация наночастиц серебра — 10–5 М, при этом люминесценция увеличивалась в 7,3 раза.
Бородина Л. Н. и др. Усиление хемилюминесценции при окислении люминола в присутствии ионов металлов и плазмонных наночастиц. Оптика и спектроскопия, 2025, вып. 11, с. 1206.
На что влияет углерод в композитах
Если технический углерод используется как проводящий компонент в композиционном материале на диэлектрической матрице, то он влияет не только на проводимость композита, но и на его диэлектрическую проницаемость, и на потери в нём. Степень влияния зависит от концентрации углерода и того, в каком виде он используется (нити разного диаметра, чешуйки, частицы разной формы и размера). Соответственно, возникает полезная возможность — управлять параметрами материала. Это важно, например, при использовании такого композита в изоляции высоковольтных кабелей.
Зависимость диэлектрической проницаемости (по оси ординат) от объёмного содержания технического углерода (в %, по оси абсцисс). Три кривые соответствуют трём способам изоляции образца от обкладок измерительного конденсатора. Рисунок из реферируемой статьи.
В Национальном исследовательском Мордовском государственном университете им. Н. П. Огарёва (Саранск) изучили композит с матрицей из этиленвинилацетата и углеродными частицами диаметром 20—60 нм, с объёмной концентрацией углерода 3—35%. Удельное сопротивление композита составляло от 3•10–9 (Ом•м)–1 до 2 (Ом•м)–1. Для определения параметров использовался конденсаторный метод, в котором сравнивались ёмкости плоских конденсаторов, между пластинами которых помещены исследуемый материал и воздух. Образец или не изолировался от пластин измерительного конденсатора, или изолировался полиэтилентерефталатной плёнкой с одной или двух сторон; соответствующие три кривые показаны на рисунке. Краевой эффект и паразитные ёмкости были учтены. Авторы показали, что сильное возрастание диэлектрической проницаемости происходит при объёмной концентрации углерода 15—35%. Также они измерили диэлектрические потери, рассмотрели механизм проводимости композита и построили модель, хорошо согласующуюся с полученными результатами.
Зюзин А. М., Игонченкова К. Е. Влияние содержания технического углерода на электрофизические характеристики полимерных композитов. ФТТ, 2025, вып. 10, с. 1884.
