Processes of Formation of AI₂O₃ and AlN Nanopowders when Exposed to Aluminum by a Series of Double Laser Pulses in Air

The effect of the interpulse interval and the number of doubled laser pulses on the targeted formation ofthe component and charge composition of the laser plasma under the influence of doubled laser pulses on a target made of AD1 aluminum alloy (LSS-1 spectrometer) was studied. It is shown that when using he interpulse interval of 7-16 ps, the concentration of Al ions and the products of their interaction with oxygen and nitrogen in the air increases by several orders in comparison with the zero interval. The highest intensity of the bands of AlO suboxide and AlN molecules is observed at 40-50 sequential double pulses in a series. With an increase in the number of pulses in a series the intensity of the bands decreases that is connected with worsening of the interaction of Al atoms and ions with air molecules and atoms at the output from the micro nozzle with a change in the depth and shape of the microchannel. The temperature in the region of the plasma with the maximum content of Al III of ~ 22000-30000 K was estimated. To determine the temperature in the region of AlO formation, the ratio of the intensities of the AlO bands at 486.9/484.12 nm was used. An expression is obtained for determining the temperature of the region corresponding to the maxima of AlO formation. The established temperature range of4700-7000 K is slightly higher than the optimal dissociation temperature for AlO (4400 K). To obtain Al aerosols and products formed during the interaction of aluminum ions with oxygen and nitrogen in the air, a closed glass cell was used, where an aluminum target was placed. The size of the primary particles of aluminum oxide Al₂O₃ obtained at pulse energy of 53 mJ, estimated using high-resolution electron microscopy, is mainly 30-40 nm. The particles are assembled in agglomerates. The possibility of practical obtaining of activated Al₂O₃ nanopowders by irradiating the target with successive series of 50 double pulses per point for 10 min in a closed bottle is considered. Using Raman spectroscopy, the possibility of obtaining active forms of aluminum oxides and their interaction products with oxygen and nitrogen of air in a laser plasma, deposited on a glass surface in a closed cell is shown.

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