Физики из России раскрыли секрет

Ученые из Института теоретической физики РАН и ВНИИ автоматики имени Духова раскрыли механизм рождения наночастиц, возникающих при испарении металлов и других материалов короткими, но мощными импульсами лазера, сообщает пресс-служба института.

"По сравнению с химическим синтезом, этот процесс намного проще, и к тому же чище. Химический синтез – многоступенчатый процесс, включающий множество последовательных реакций. В итоге образующиеся наночастицы нужно очищать от промежуточных продуктов реакций, остатков исходных реагентов и катализаторов. Лазерная абляция позволяет получать "чистые" наночастицы в один шаг", — рассказывает Наиль Иногамов, физик из ИТФ имени Ландау в Черноголовке.

В последние несколько десятилетий химики, биологи и физики активно используют наночастицы для создания новых катализаторов, лечения рака, различных электронных и оптических приборов и многих других футуристических гаджетов и реактивов.

Большая часть этих наночастиц собирается химическим путем, в результате сложных реакций между различными реактивами и катализаторами. Как правило, такие наночастицы имеют случайную форму и размеры, которыми достаточно сложно или почти невозможно манипулировать.

Относительно недавно, как отмечают Иногамов и его коллеги, ученые обнаружили, что аналогичные структуры можно получать, "обстреливая" пластинки из металлов или других твердых мате-риалов при помощи лазера. Несмотря на простоту этой методики сборки наночастиц, ученые не имели понятия, как она работает.

Для раскрытия секретов этого лазерного "сборочного конвейера", Иногамов и его коллеги создали компьютерную модель "мишени" из золота, обстреливаемой пучками лазерного излучения. При ее помощи российским физикам удалось выяснить, что происходит внутри этих пузырьков и что служит причиной их появления.

Как показали расчеты ученых, обстрел лазером нагревает золото до температуры примерно в 10-20 тысяч градусов Кельвина, в два раза горячее Солнца, и сжимает их до давления в миллион атмосфер, что на несколько порядков ниже, чем удается достичь типичной атомной бомбе.

В результате этого металл плавится и резко расширяется, двигаясь со скоростью в 2 километра в секунду. Через некоторое время внутри этого расплава начинают возникать пузырьки металлического пара, и вся капля золота превращается в своеобразную пену. 

Эта пена, как объясняет физик, сталкивается с водой, которая тормозит движение ее внешних слоев, но не мешает движению внутренних регионов этого расплава. В результате этого на месте контакта воды и золота возникает плотный слой из металла, который постепенно деформируется и изгибается, образуя множество выростов и ямок, похожих по форме на лес или расческу.

Дальнейшее изучение этого процесса, как отмечает физик, позволит ученым уже в ближайшее время научиться гибко управлять размерами, формой и другими свойствами наночастиц, что значительно расширит их применение в быту и науке.

Источник