Способ формирования полимерных пленок с золотыми наночастицами, полученными методом лазерной эрозии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК С ЗОЛОТЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ, ПОЛУЧЕННЫМИ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ ЭРОЗИИ(71) Заявитель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(72) Авторы Гончаров Виктор Константинович Козадаев Константин Владимирович Щегрикович Дмитрий Васильевич(73) Патентообладатель Научно-исследовательское учреждение Институт прикладных физических проблем имени А.Н.Севченко Белорусского государственного университета(57) Способ получения полимерной пленки, содержащей частицы золота размером менее 100 нм, в котором на поверхность золотой мишени, зафиксированной в воздушной атмосфере на расстоянии 3-5 мм от поверхности среды внедрения, выполненной в виде водного 16875 1 2013.02.28 раствора полимерообразующего поверхностно-активного вещества с концентрацией от 1 до 5 мас. , например поливинилового спирта, полиметилметакрилата или полиметакриловой кислоты, и параллельно данной поверхности, воздействуют на мишень через среду внедрения последовательностью импульсов излучения лазера 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 золота, получаемых в результате лазерной эрозии в атмосфере воздуха, по нормали к поверхности мишени в среду внедрения,получают водный раствор наночастиц золота, концентрацию которых задают количеством повторений воздействующих импульсов лазерного излучения, и полимерообразующего вещества и выпаривают воду из полученного раствора. Изобретение относится к обработке металлов с целью получения полимерных пленок с наноразмерными объектами ( 100 нм), состоящими из золота. Представленный способ может найти широкое применение в оптической промышленности для изготовления оптических фильтров на основе эффекта плазменного резонанса. В настоящее время известны несколько физических 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 1, 2005. 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 золота и внедрение их в полимерные матрицы с целью получения однородных оптических фильтров. Поставленная задача решается следующим способом. При воздействии в атмосфере на поверхность золотой 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 золота 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 золотых наночастиц в растворе (а в дальнейшем - в пленке). Впоследствии при выпаривании воды из полученных растворов возможно формирование полимерных пленок варьируемой толщины и геометрической формы. Вследствие наличия у золотых наночастиц специфической спектральной полосы поглощения 470-600 нм, обусловленной эффектом 16875 1 2013.02.28 поверхностного плазменного резонанса 7, полученная пленка может быть использована в качестве оптического фильтра в указанном спектральном диапазоне. Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фигуре. Импульс лазерного излучения умеренной плотности мощности ( 1 ГВт/см 2) 1 воздействует на поверхность золотой 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 золота. В результате реализации данного метода производятся водные суспензии наночастиц золота и полимерообразующих веществ, причем наноразмерный характер и химическая чистота частиц золота были подтверждены данными атомно-силовой и электронной микроскопии,лазерным зондированием и рентгеноструктурным анализом. В дальнейшем после выпаривания воды формируются полимерные пленки, содержащие наночастицы золота. Преимуществами данного способа являются 1) техническая простота принципиальных модулей 2) химическая чистота получаемых наночастиц золота (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 золота 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 Н.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. физ.-мат. наук. - 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. Ершов Б.Г. Наночастицы металлов в водных растворах электронные, оптические и каталитические свойства // Рос. Хим. Ж. - 2001. - Т. . -3. - С. 20-30. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3