Geum.ru

Методика эксперимента. Спектрально-кинетические характеристики замедленной флуоресценции и фосфоресценции молекул эозина и акрифлавина изучались на установке, блок-схема которой представлена на рис. 1

Вид материалаИсследование

Содержание


Наноскопические исследования термооптической деструкции поверхности полимера после воздествия когерентного лазерного излучения
Методика эксперимента и обсуждение результатов
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

НАНОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМООПТИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРА ПОСЛЕ ВОЗДЕСТВИЯ КОГЕРЕНТНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ



УДК:535.373.2;537.623.5


И.С. Лабутин, О.А. Голов, В.В. Брюханов

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

236000, г. Калининград, Советский проспект, 1, Россия


Введение

В последнее время наблюдается интенсивный поиск технологий управления веществом в наномасштабах. Основными методами получения наноразмерных структур являются наномодификация с помощью зондов, нанолитография и самосборка при определенном наборе термодинамических параметров в сборочном реакторе. Наиболее перспективным методом является метод молекулярной самосборки, сущность которого сводится к подборке термодинамических параметров в сборочном реакторе для получения наибольшего выхода наноструктур с заданными свойствами. Одной из интересных реакций для построения подобных реакторов является термооптическая деструкция полимеров в лазерном излучении. Данная статья посвящена изучению процессов модификации поверхности поливинилового спирта под действием оптического импульса.


Методика эксперимента и обсуждение результатов

В данной работе изучается связь энергии лазерного импульса Nd-YAG лазера с топологическими параметрами исследуемой поверхности поливинилового спирта в наномасштабе. В работе поверхность пленки поливинилового спирта с добавками акрифлавина толщиной 1 мм. Поверхность облучалась серией импульсов Nd-YAG лазера с мощностью импульса 27мВт при длительности 12нс и диаметре луча 5 мм перпендикулярно облучаемой поверхности. Количество импульсов равно 5, частота следования 5 Гц. Лазер производил излучение в одномодовом режиме на длине волны 355нм. Микротопология поверхности полимера после облучения снималась с помощью зондового микроскопа СММ-2000 в режиме АСМ сканом в области 12,5 мкм. Сканирование производилось кантилевером MSCT-AUHW типа D фирмы “Veeco”. Сканы поверхности производились выборками в направлении радиуса лазерного пучка от центра к краю с шагом 0,5 мм в области 0…6 мм.

По ходу сканирования параметры топологии менялись от значений шероховатости Rq=4.0нм, Zmax=57нм на краю лазерного пятна (рис. 1) до Rq=10нм, Zmax=147нм в центре лазерного пятна (рис. 2). В дальнейшем серия полученных сканов обрабатывалась в программном пакете “Scan master” зондового микроскопа

СММ-2000 для получения основных параметров оценки избыточной площади поверхности сканируемого участка, выражающего в данном случае скорость термооптической деструкции материала за время воздействия. Скорость подобных окислительных реакций описывается уравнением Аррениуса:

, (1)

где k – скорость термохимической реакции; A – предэкспоненциальный множитель;

E – энергия активации реагента.




Рис. 1 Рис. 2

Сканы поверхности поливинилового спирта после облучения Nd-YAG лазера размерами 12x12 мкм на удалении 2 мм (рис. 1) и оси пучка (рис. 2), соответственно.

Как известно, пространственное распределение энергии в пучке лазера, работающего на основной моде, имеет вид гауссовой кривой. Таким образом, для нашего лазера формула плотности энергии (r) на расстоянии r от оси пучка диаметром D равна [2]:

. (2)

В ходе измерений микротопологии облученной поверхности выяснилось, что абсолютные приращения площади поверхности измеренных участков (3)[1]:

, (3)

где Rq – среднеквадратичная шероховатость участка поверхности; Zc – положение срединной плоскости участка поверхности; L – размер участка сканирования; d – шаг сканирования. Графическая зависимость представлена на рис. 3.



Рис 3. Зависимость неравновесной площади поверхности полимера от

удаленности от оси пучка лазера


Данная зависимость показывает, что для данной термохимической реакции пространственное распределение энергии в луче (2) практически совпадает с пространственным распределением неравновесной площади (3), которая пропорциональна скорости термохимической реакции для выбранного участка пленки. Такое соотношение справедливо при условии ,что RT>>E (4) в формуле (1), т.е соответствует взрывному характеру термохимической реакции. Таким образом, для достаточно больших энергий термооптической деструкции наблюдается пропорциональная эволюция топологии полимерной пленки. Это позволяет создавать поверхности на основе полимерных пленок с заранее заданными топологическими параметрами с помощью методов лазерной термооптической деструкции.

Заключение

В данной работе рассмотрен механизм возможного получения поверхностей с заданными топологическими свойствами методом термооптической деструкции лазерным излучением и условия получения подобных структур. В рамках данной работы планируется детальное исследование структурных изменений пучков углеродных волокон в ходе термооптической деструкции под действием лазерного излучения.


Список литературы

  1. Исследование лазерной абляционной деструкции полимерных покрытий / В.Г. Шеманин, П.В.Чартий, И.Э.Воронина, В.Е. Привалов.- Новороссийск - СПб., 2007.
  2. Связь фрактальной размерности и хероховатости для односвязных поверхностей // Вестник КГТУ.- 2006. - № 7.