Проект направлен на разработку универсального подхода к созданию несферических форм наночастиц методом лазерной абляции твердой мишени в жидкости с контролем температуры. Управление формой, размерами и структурой нанообъектов, является ключевым фактором для создания функциональных наноструктур. Форма наночастиц зависит от их состава и кристаллической структуры, что определяет их свойства. При лазерной абляции твердого вещества в жидкости возникающие в месте облучения неравновесные процессы могут приводить к образованию зародышей метастабильных фаз, в результате роста которых образуются нанокристаллы характерной формы. Рост несферических наночастиц в жидкости при лазерной абляции обеспечивается пресыщением раствора вблизи области взаимодействия лазерного луча с поверхностью твердого тела. Создаваемые в результате лазерного облучения ионы/атомы/кластеры/частицы могут вступать в реакцию с молекулами жидкости и термические эффекты могут применяться для контроля синтезируемых наночастиц. Несмотря на возможность значительно варьировать параметры лазерной абляции в жидкости и влиять таким образом на создаваемый продукт, систематических исследований широкого спектра материалов не проводилось.
Основная цель проекта заключается в создании условий лазерного синтеза, которые обеспечат рост наночастиц в растворе, и сохранение полученных наночастиц после окончания синтеза. Сохранение стабильности коллоидного раствора, как и возможность контролируемо изменять его свойства при старении, необходимы для дальнейшего практического использования.
Лазерная абляция в жидкости обладает такими ключевыми преимуществами, как свобода получаемого продукта от посторонних химических примесей, простота реализации, сравнительная экологичность (снижение вероятности распространения наночастиц в окружающую среду при производстве). Наночастицы в дальнейшем могут использоваться как непосредственно в коллоидном растворе, так и в высушенном или осажденном на подложку виде. Возможность комбинировать материал мишени и жидкость позволяет синтезировать большое разнообразие наночастиц: от простых элементов до различных соединений и сплавов.
Элементы металлов и их оксиды актуальны для многих областей применений, так как обладают биологической активностью, оптическими, электрическими, магнитными или полупроводниковыми свойствами, используются в различных видах катализа. Многие металлы способны к образованию нескольких форм оксида, а процессы окисления могут происходить в том числе и в воде, что делает их подходящими объектами.
Проект направлен на выявление физико-химических закономерностей получения и стабильности несферических форм наночастиц оксидов металлов при использовании лазерной абляции металлических мишеней в воде и дополнительного температурного воздействия:
Будут исследованы изменение формы, размера и состава синтезируемых наночастиц в зависимости от параметров лазерного облучения (мощность, энергия лазерного пучка, плотность и частота импульсов) и сопутствующего нагрева, предварительной подготовки поверхности мишени; а также исследован процесс старения коллоидного раствора при нормальных условиях и изменении температуры.
