METHOD OF CALCULATING THE OPTICAL PROPERTIES OF COMPOSITES BASED ON A TRANSPARENT MATRIX WITH RESIDUAL POROSITY AND METAL NANOPARTICLES
Abstract
We suggest a method for calculating the optical properties of composites known as a transparent matrix with residual porosity and metal nanoparticles based on the solution of the transport equation of monochromatic radiation using the spherical harmonics approach under the Fresnel boundary conditions. For the method approbation we carry out the modeling of monochromatic radiation transfer in the cyclotrimethylenetrinitramine–aluminum nanoparticles composite with Rayleigh distribution of the pore radii for the cases of four practically important wavelengths. It is shown that in the case of small pores the reflectance increases when the mass fraction of nanoparticles increases too. In the case of large pores, the transmittance dependence on the nanoparticles’ fraction shows a kink for the point relative to the pores totally filled with metal. The possible applications of the results for spectroscopy inverse problems are discussed.
About the Authors
A. A. Zvekov
Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Chemistry of Coal and Material Science
Russian Federation
Kemerovo, 650000
Russian Federation
Kemerovo, 650000
M. V. Anan’eva
Kemerovo State University
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
A. V. Kalenskii
Kemerovo State University
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
B. P. Aduev
Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Chemistry of Coal and Material Science
Russian Federation
Kemerovo, 650000
Russian Federation
Kemerovo, 650000
E. V. Galkina
Kemerovo State University
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
Russian Federation
6 Krasnaya Str., Kemerovo, 650000
References
1. А. Е. Ковтанюк, Г. В. Гренкин, А. Ю. Чеботарев. Опт. спектр., 123 , № 2 (2017) 194—199 [ A. E. Kovtanyuk, G. V. Grenkin, A. Yu. Chebotarev. Opt. Spectrosc., 123 , N 2 (2017) 205—210]
2. I. Nishidate, T. Ishizuka, A. Mustari, K. Yoshida, Sa. Kawauchi, Sh. Sato, M. Sato. Appl. Spectrosc., 71 , N 5 (2017) 866—878
3. E. J. M. Baltussen, P. Snæbjörnsson, S. G. B. de Koning, H. J. C. M. Sterenborg, A. G. J. Aalbers, N. Kok, G. L. Beets, B. H. W. Hendriks, K. F. D. Kuhlmann, Th. J. M. Ruers. J. Biomed. Opt., 22 , N 10 (2017) 106014—106016
4. А. Н. Юшков, Н. В. Борзых, А. И. Бутенко. Журн. прикл. спектр., 83 , № 2 (2016) 323—328 [ A. N. Yushkov, N. V. Borzykh, A. I. Butenko. J. Appl. Spectr., 83 , N 2 (2016) 302—306]
5. J. Skytte, F. Møller, O. Abildgaard, A. Dahl, R. Larsen. Appl. Spectrosc., 69 , N 9 (2015) 1096—1105
6. Б. П. Адуев, Д. Р. Нурмухаметов, Г. М. Белокуров, А. А. Звеков, А. В. Каленский, А. П. Никитин, И. Ю. Лисков. Журн. техн. физики, 84 , № 9 (2014) 126—131 [ B. P. Aduev, D. R. Nurmukhametov, G. M. Belokurov, A. A. Zvekov, A. V. Kalenskii, A. P. Nikitin, I. Yu. Liskov. Tech. Phys., 59 , N 9 (2014) 1387—1392]
7. Б. П. Адуев, Д. Р. Нурмухаметов, А. А. Звеков, А. П. Никитин, Н. В. Нелюбина, Г. М. Белокуров, А. В. Каленский. Приборы и техн. экспер., № 6 (2015) 60—66 [ B. P. Aduev, D. R. Nurmukhametov, A. A. Zvekov, A. P. Nikitin, N. V. Nelyubina, G. M. Belokurov, A. V. Kalenskii. Instrum. Exp. Tech., 58 , N 6 (2015) 765—770]
8. П. М. Пахомов, С. Д. Хижняк, В. Е. Ситникова. Журн. прикл. спектр., 84 , № 5 (2017) 780—785 [ P. M. Pakhomov, S. D. Khizhnyak, V. E. Sitnikova. J. Appl. Spectr., 84 , N 5 (2017) 837—842]
9. Н. В. Нелюбина, М. П. Пидгирный, О. Н. Булгакова, А. А. Звеков, А. В. Каленский. Комп. оптика, 40 , № 4 (2016) 525—532 [ N. V. Nel’ubina, M. P. Pidgirny, O. N. Bulgakova, A. A. Zvekov, A. V. Kalenskii. Comput. Opt., 40 , N 4 (2016) 525—532]
10. А. Д. Зинченко, А. И. Погребов, В. И. Таржанов, Б. Б. Токарев. Физика горения и взрыва, 28 , № 5 (1992) 80—87 [ A. D. Zinchenko, A. I. Pogrebov, V. I. Tarzhanov, B. B. Tokarev. Combust. Explos. Shock Waves, 28 , N 5 (1992) 524—530]
11. Е. И. Александров, А. Г. Вознюк, В. П. Ципилев. Физика горения и взрыва, 25 , № 1 (1989) 3—9 [ E. I. Aleksandrov, A. G. Voznyuk, V. P. Tsipilev. Combust. Explos. Shock Waves, 25 , N 1 (1989) 1—7]
12. Е. Ю. Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ, Ленинград, Химия (1973) [ Ye. Yu. Orlova. The Chemistry and Technology of High Explosives, Dayton, OH (1961)]
13. T. Ghambari, D. Dorranian. Опт. спектр., 119 , № 5 (2015) 838—848 [ T. Ghambari, D. Dorranian. Opt. Spectrosc., 119 , N 5 (2015) 816—826]
14. К. С. Шифрин. Рассеяние света в мутной среде, Москва, Ленинград, Гос. изд. техн.-теор. лит. (1951) 38—67
15. A. L. Aden, M. Kerker. J. Appl. Phys., 22 , N 10 (1951) 1242—1246
16. V. K. Pustovalov, L. G. Astafyeva. Laser Phys., 21 , N 12 (2011) 2098—2107
17. А. Исимару. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, 1 , Москва, Мир (1981) [ A. Ishimaru. Wave Propagation and Scattering in Random Media, Wiley-IEEE Press (1999)]
18. А. В. Каленский, А. А. Звеков, А. П. Никитин, Н. В. Газенаур. Изв. ВУЗов. Физика, 59 , № 2 (2016) 87—94 [ A. V. Kalenskii, A. A. Zvekov, A. P. Nikitin, N. V. Gazenaur. Russ. Phys. J., 59 , N 2 (2016) 263—272]
19. G. Y. Panasyuk, J. C. Schotland, V. A. Markel. J. Phys. A, 39 , N 1 (2006) 115—137
20. А. В. Каленский, А. А. Звеков, Е. В. Галкина, Д. Р. Нурмухаметов. Компьют. оптика, 42 , № 2 (2018) 254—266 [ A. V. Kalenskii, A. A. Zvekov, E. V. Galkina, D. R. Nurmuhametov. Comput. Opt., 42 , N 2 (2018) 254—266]
21. A. G. Mathewson, H. P. Myers. J. Phys. F, 2 , N 2 (1972) 403—415
22. А. В. Каленский, А. А. Звеков. Письма в ЖТФ, 43 , № 11 (2017) 72—80 [ A. V. Kalenskii, A. A. Zvekov. Tech. Phys. Lett., 43 , N 6 (2017) 535—538]
23. А. В. Каленский, А. А. Звеков, А. П. Никитин, М. В. Ананьева, Б. П. Адуев. Опт. спектр., 118 , № 6 (2015) 1012—1021 [ A. V. Kalenskii, A. A. Zvekov, A. P. Nikitin, M. V. Ananeva, B. P. Aduev. Opt. Spectrosc., 118 , N 6 (2015) 978—987]
24. M. W. Knight, N. S. King, L. Liu, H. O. Everitt, P. Nordlander, N. J. Halas. ACS Nano, 8 , N 1 (2014) 834—840
25. J. K. Cooper, Ch. D. Grant, J. Z. Zhang. J. Phys. Chem. A, 117 , N 29 (2013) 6043—6051
26. С. А. Лысенко, М. М. Кугейко. Квант. электрон., 43 , № 7 (2013) 683—689 [ S. A. Lisenko, M. M. Kugeiko. Quantum Electron., 43 , N 7 (2013) 683—689]
27. А. В. Орлов, С. Н. Чириков. Опт. спектр., 122 , № 3 (2017) 498—505 [ A. V. Orlov, S. N. Chirikov. Opt. Spectrosc., 122 , N 3 (2017) 482—488]
Review
For citations:
Zvekov A.A., Anan’eva M.V., Kalenskii A.V., Aduev B.P., Galkina E.V. METHOD OF CALCULATING THE OPTICAL PROPERTIES OF COMPOSITES BASED ON A TRANSPARENT MATRIX WITH RESIDUAL POROSITY AND METAL NANOPARTICLES. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2019;86(3):438-446. (In Russ.)
Views: 283
Email this article 