Процессы образования нанопорошков AI₂O₃ и AlN при воздействии на алюминий сериями сдвоенных лазерных импульсов в атмосфере воздуха

Изучено влияние межимпульсного интервала и количества сдвоенных лазерных импульсов на целенаправленное формирование компонентного и зарядового состава лазерной плазмы при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень из алюминиевого сплава АД1 (спектрометр LSS-1). Показано, что при использовании межимпульсного интервала 7—16 мкс увеличивается концентрация ионов Al и продуктов их взаимодействия с кислородом и азотом воздуха на несколько порядков по сравнению с нулевым интервалом. Наибольшая интенсивность полос субоксида AlO и молекул AlN наблюдается при 40—50 последовательных сдвоенных импульсах в серии. С увеличением количества импульсов в серии интенсивность полос уменьшается, что связано с ухудшением взаимодействия атомов и ионов Al с молекулами и атомами воздуха на выходе из микросопла при изменении глубины и формы микроканала. Оценена температура в области плазмы с максимальным содержанием Al III ~22000—30000 К. Для определения температуры в области образования AlO использовано отношение интенсивностей полос AlO 486.9/484.12 нм. Получено выражение для определения температуры области, соответствующей максимумам образования AlO. Установленный диапазон температур 4700—7000 К несколько превышает оптимальную температуру диссоциации для AlO (4400 К). Для получения аэрозолей Al и продуктов, образующихся при взаимодействии ионов алюминия с кислородом и азотом воздуха, использовалась закрытая стеклянная кювета, куда помещалась мишень из алюминия. Размер первичных частиц оксида алюминия Al₂O₃, полученных при энергии импульсов 53 мДж, оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно 30—40 нм, частицы собраны в агломераты. Рассмотрена возможность практического получения активированных нанопорошков Al₂O₃ облучением мишени последовательными сериями из 50 сдвоенных импульсов на точку в течение 10 мин в закрытом бюксе. С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света показана возможность получения активных форм оксидов алюминия и продуктов взаимодействия их с кислородом и азотом воздуха в лазерной плазме, осаждаемых на стеклянную поверхность в закрытой кювете.

1. А. П. Ильин, О. Б. Назаренко, А. В. Коршунов, Л. О. Роот. Особенности физико-химических свойств нанопорошков и наноматериалов, Томск, изд-во Томского политех. ун-та (2012) 12—15

2. А. А. Громов, Т. А. Хабас, А. П. Ильин. Горение нанопорошков металлов, под ред. А. А. Громова, Томск, изд-во Томского политех. ун-та (2008) 87—97

3. А. И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии, Москва, Физматлит (2005) 41—66

4. С. А. Соловьев, С. Н. Орлик. Кинетика и катализ, 50, № 5 (2009) 734—744

5. В. Н. Троицкий, В. М. Батенин, И. И. Климовский, Г. В. Лысов. СВЧ-генераторы плазмы. Физика, техника, применение, Москва, Энергоатомиздат (1988) 175—221

6. Л. С. Полак, А. А. Овсянников, Д. И. Словецкий, Ф. Б. Вурзель. Теоретическая и прикладная плазмохимия, Москва, Наука (1975) 222—282

7. С. Н. Кульков, С. П. Буякова. Рос. нанотехнол., 2, № 1-2 (2007) 119—132

8. Х. Баззал, А. Р. Фадаиян, А. П. Зажогин. Журн. Белгосуниверситета. Физика, № 1 (2017) 34—42

9. В. С. Бураков, А. Ф. Боханов, М. И. Неделько, Н. В. Тарасенко. Квант. электрон., 33, № 12 (2003) 1065—1071

10. Х. Баззал, Е. С. Воропай, А. П. Зажогин, М. П. Патапович. Межвуз. сб. науч. тр. “Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов”, вып. 11, Тверь (2019) 48—56

11. Х. Баззал, Н. А. Алексеенко, Е. С. Воропай, М. Н. Коваленко, М. П. Патапович, А. П. Зажогин. Межвуз. сб. науч. тр. “Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов”, вып. 12, Тверь (2020) 516—525

12. В. М. Самсонов, Н. Ю. Сдобняков. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 2 (2004) 73—78

13. Н. Ю. Сдобняков, В. М. Самсонов, А. Н. Базулев. Вестн. Новгород. гос. ун-та имени Ярослава Мудрого. Сер. техн. науки, № 5 (103) (2017) 43—48

14. М. П. Анисимов. Успехи химии, 72, № 7 (2003) 664—705

15. М. А. Корепанов, С. А. Груздь, А. А. Чукавина. Хим. физика и мезоскопия, 21, № 2 (2019) 218—226

16. Н. А. Романов, А. В. Номоев, С. В. Калашников. Вестн. Бурят. гос. ун-та, № 3 (2013) 93—99

17. С. М. Гарнов, В. И. Климентов, Т. В. Конов, С. В. Кононенко, Ф. Даусингер. Квант. электрон., 25, № 1 (1998) 45—48

18. С. М. Климентов, С. В. Гарнов, В. И. Конов, Т. В. Кононенко. Тр. ИОФ им. А. М. Прохорова РАН, 60 (2004) 13—29

19. И. А. Буфетов, С. Б. Кравцов, В. Б. Федоров. Квант. электрон., 23, № 5 (1996) 535—540

20. Г. Е. Беляев, А. М. Величко, В. П. Дубенков, М. Н. Ларичев, А. И. Никитин, А. Е. Шейндлин, Е. И. Школьников, И. В. Янилкин. ТВТ, 50, вып. 6 (2012) 804—809

21. А. С. Пащина, А. В. Ефимов, В. Ф. Чиннов, А. Г. Агеев. Прикл. физика, № 2 (2016) 29—35

22. J. Lam, D. Amans, F. Chaput, M. Diouf, G. Ledoux, N. Mary, K. Masenelli-Varlot, V. Motto-Ros, C. Dujardin. Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (2014) 963—967

23. В. А. Битюрин, А. В. Григоренко, А. В. Ефимов, А. И. Климов, О. В. Коршунов, Д. С. Кутузов, В. Ф. Чиннов. ТВТ, 52, № 1 (2014) 1—11

24. М. Н. Коваленко, Я. И. Дидковский, А. А. Минько, М. Р. Последович. Вестн. БГУ. Сер. 1. № 3 (2013) 20—24