Способ формирования полимерной пленки, содержащей частицы серебра размером менее 100 нм

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ,СОДЕРЖАЩЕЙ ЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА РАЗМЕРОМ МЕНЕЕ 100 НМ(71) Заявитель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(72) Авторы Гончаров Виктор Константинович Козадаев Константин Владимирович Шиман Дмитрий Иванович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(57) Способ получения полимерной пленки, содержащей частицы серебра размером менее 100 нм, в котором на поверхность серебряной мишени, зафиксированной в воздушной атмосфере на расстоянии от 3 до 5 мм от поверхности среды внедрения, выполненной в виде водного раствора с концентрацией полимерообразующего поверхностно-активного вещества от 1 до 5 мас. , например поливинилового спирта, или полиметилметакрилата, или полиметакриловой кислоты, и параллельно данной поверхности, воздействуют через среду 15112 1 2011.12.30 внедрения последовательностью импульсов излучения неодимового лазера в режиме модуляции добротности с интенсивностью излучения от 108 до 109 Вт/см 2, длиной волны излучения 1,064 мкм, длительностью импульса 20 нс, энергией импульса 300 мДж и диаметром пятна фокусировки от 2 до 3 мм, при этом обеспечивают движение жидкокапельных частиц серебра, полученных в результате лазерной эрозии в атмосфере воздуха,по нормали к поверхности мишени в среду внедрения, получают водный раствор наночастиц серебра, концентрацию которых задают количеством повторений воздействующих на мишень импульсов лазерного излучения, и полимерообразующего вещества, выпаривают воду из полученного раствора и получают пленку заданной толщины и геометрической формы. Изобретение относится к обработке металлов с целью получения полимерных пленок с наноразмерными объектами (100 нм), состоящими из серебра. Представленный способ может найти широкое применение в оптической промышленности для изготовления оптических фильтров на основе эффекта плазменного резонанса. В настоящее время известны несколько методов получения жидких сред, содержащих наночастицы металлов электрический разряд в жидкости 1, 2 и лазерная эрозия в жидкости 3. При производстве суспензий наночастиц металлов методом электрического разряда 1 используют металлические электроды, погруженные в жидкую среду. При протекании электрического разряда (дугового 1 или искрового 2) электроды частично разрушаются и образуется большое количество нано- и микрочастиц из всевозможных химических соединений материалов электродов и жидкой среды. Наиболее близким к предлагаемому является способ, представленный в изобретении 2255836, 2005, имеющий следующую совокупность признаков транспортировка импульсного лазерного излучения к металлической мишени через жидкую среду внедрения,формирование наночастиц металла путем лазерной эрозии металлической мишени. Однако данный прототип имеет следующие отличия его основной целью является получение суспензий металлических порошков, а не твердых полимерных пленок в прототипе при формировании данных суспензий в среде внедрения не содержится поверхностноактивных веществ (ПАВ), предотвращающих агрегацию металлических нанообъектов. Задачей изобретения является эффективное получение химически однородных наночастиц серебра и внедрение их в полимерные матрицы с целью получения однородных оптических фильтров. Поставленная задача решается следующим способом. При воздействии в атмосфере на поверхность серебряной мишени импульсного лазерного излучения высокой интенсивности 108-109 Вт/см 2 образуется эрозионный лазерный факел, который состоит из паров,плазмы и жидкокапельной фазы материала мишени. При этом в факеле содержатся мелкие(40-50 нм) жидкокапельные частицы 4, 5, сформированные за счет конденсационного механизма 5, 6. Данные частицы в силу своей безынерционности увлекаются парами металла и движутся перпендикулярно поверхности металлической мишени. Если на пути данного пучка частиц поместить жидкую среду внедрения, содержащую полимерообразующее вещество, то возможно формирование суспензии наночастиц серебра и полимерообразующего вещества. Полимерообразующее вещество дополнительно играет роль поверхностно-активного вещества, препятствуя агрегации одиночных нанообъектов. Использованием многократного повторения воздействующих лазерных импульсов достигается требуемый уровень концентрации серебряных наночастиц в растворе (а в дальнейшем - в пленке). Впоследствии выпаривая воду из полученных растворов возможно формирование полимерных пленок варьируемой толщины и геометрической формы. Вследствие наличия у серебряных наночастиц специфической спектральной полосы по 2 15112 1 2011.12.30 глощения 350-500 нм, обусловленной эффектом поверхностного плазменного резонанса 7, полученная пленка может быть использована в качестве оптического фильтра в указанном спектральном диапазоне. Сущность предлагаемого изобретения поясняется на схеме. Импульс лазерного излучения умеренной плотности мощности (1 ГВт/см 2) 1 воздействует на поверхность серебряной мишени 2. Для генерации таких импульсов излучения наиболее целесообразно использовать серийно производимые неодимовые лазеры (длина волны излучения 1,064 мкм, длительность импульса 20-200 нс, энергия импульса 300 мДж) в режиме модуляции добротности. При этом поток излучения проходит через среду внедрения (представляющую собой водный раствор полимерообразующего вещества с низкой его концентрацией 1-5 ), которая находится в колбе 3 с прозрачным дном. Металлическая мишень фиксируется на расстоянии 3-5 мм от поверхности жидкой среды параллельно ей. Система фокусировки лазерного излучения обеспечивает диаметр воздействующего пятна на поверхности мишени 2-3 мм. Капли конденсированной фазы материала мишени 4, сформированные за счет конденсационного механизма, движутся перпендикулярно поверхности мишени, формируя тем самым поток наночастиц серебра. В результате реализации данного метода производятся водные суспензии наночастиц серебра и полимерообразующих веществ, причем наноразмерный характер и химическая чистота частиц серебра были подтверждены данными атомно-силовой и электронной микроскопии, лазерным зондированием и рентгеноструктурным анализом. В дальнейшем после выпаривания воды формируются полимерные пленки, содержащие наночастицы серебра. Преимуществами данного способа являются 1. Техническая простота принципиальных модулей. 2. Химическая чистота получаемых наночастиц металлов (плазма и пары выталкивают атмосферу из зоны формирования). 3. Процесс получения суспензий наноразмерных частиц практически не зависит от типа улавливающей среды и ее физико-химических свойств, т.е. возможно получение суспензий наночастиц металлов в совершенно разных средах, за исключением агрессивных к материалу наночастиц. Источники информации 1..,.,,.,.,.. - .150. - . 36. - 2005. 2. Бураков В.С., Савастенко Н.А., Мисаков П.Я., Тарасенко П.В. Труды ИМАФ НАНБ. С. 435-437, 2005. 3. Симакин А.В., Воронов В.В., Шафеев Г.А. Труды института общей физики им. Прохорова. Т.60. - С. 83-107, 2004. 4.,,,( ) 2007. - . 16. - . 4. - . 254-262. 5. Козадаев К.В. Формирование наночастиц металлов методом лазерной эрозии и автоматизированная оценка их параметров Автореф. дис. канд. ф.-м. н. - Минск БГУ, 2009. 23 с. 6. Гончаров В.К., Козадаев К.В., Пузырев М.В., Стецик В.М. - ИФЖ - Т. 82. -4. 2009. - С. 638-642. 7. Гончаров В.К., Козадаев К.В., Пузырев М.В., Попечиц В.И. - ЖПС. -6. - 2008. С. 903-908. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3