Модификация поверхности материалов при использовании лазерного метода ориентированного наноструктурирования

Каманина Н.В., Лихоманова С.В., Зубцова Ю.А., Кужаков П.В., Зимнухов М.А., Васильев П.Я., Студёнов В.И.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Каманина Н.В., Лихоманова С.В., Зубцова Ю.А., Кужаков П.В., Зимнухов М.А., Васильев П.Я., Студёнов В.И. Модификация поверхности материалов при использовании лазерного метода ориентированного наноструктурирования // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 11. С. 81–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-11-81-89

Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Zubtsova Yu.A., Kuzhakov P.V., Zimnukhov M.A., Vasiliev P.Ya., Studenov V.I. Surface modification of materials using laser-oriented nanostructuring [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 11. P. 81–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-11-81-89

Ссылка на англоязычную версию:

N. V. Kamanina, S. V. Likhomanova, Yu. A. Zubtsova, P. V. Kuzhakov, M. A. Zimnukhov, P. Ya. Vasil’ev, and V. I. Studenov, "Surface modification of materials using laser-oriented nanostructuring," Journal of Optical Technology. 85(11), 722-728 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000722

Аннотация:

Рассмотрены возможности модификации ряда физико-химических свойств поверхности большой группы материалов, в основном неорганических оптических материалов, при применении процесса лазерного осаждения на поверхность изучаемых структур углеродных нанотрубок, ориентированных в электрическом поле с варьируемой напряженностью. Акцент делается на такие свойства углеродных нанотрубок, как их малый показатель преломления и высокая прочность. Приведены экспериментальные результаты, подкрепленные моделированием на основе построений молекулярной динамики. Прогнозируется расширение областей применения структурированных материалов для целей спектроскопии, дисплейной, лазерной, биомедицинской техники, а также для самолетостроения и автомобилестроения.

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№№10-03-00916 (2010–2012) и No.13-03-00044 (2013–2015), а также Европейской FP7 Program, Marie Curie International Researchers Exchange Proposal “BIOMOLEC” (2011–2015), ФЦП НТБ проекта «Нанокоатинг-ГОИ» (2012–2015), российско-израильского проекта «Адаптация» (2017). Частично результаты были обсуждены на конференциях «Прикладная Оптика-2016» (Санкт-Петербург, ноябрь 2016), «ГЕО-Сибирь-2017» (Новосибирск, апрель 2017), RAD-2017 (Сербия-Черногория), представлялись на семинарах в ПИЯФ —Курчатовский институт (октябрь 2018). Авторы выражает глубокую признательность своим коллегам по АО «ГОИ им. С.И. Вавилова»за полноценное обсуждение результатов, а также благодарят канд. физ.-мат. наук С.В. Серова за помощь в оформлении рисунков при переводе программного обеспечения на российский стандарт. Авторы признательны Д.Г. Квашнину (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС») и П.Б. Сорокину (Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов) за помощь в осуществлении квантово-химических расчетов и поддержку экспериментальных исследований.

Ключевые слова:

структурирование, неорганические материалы, лазерное осаждение ориентированных углеродных нанотрубок, спектры, рефракция, пропускание, микротвердость, угол смачиваемости

Коды OCIS: 160.4760, 300.6170, 230.3720

Список источников:

1. Bhattacharya S., Banerjee S., Chattopadhyay S., Banerjee M. Spectrophotometric study of complexation of benzoyl acetone with [60]- and [70]fullerenes and some other electron acceptors // J. Phys. Chem. Lett. 2004. V. 393. P. 504–510.
2. Yamamoto Y., Tanaka H., Kawa T. Construction of oxide–carbide artificial superlattices using C60-assisted pulsed-laserdeposition technique // J. Crystal Growth. 2004. V. 265. P. 198–203.
3. Xu Y., Xiong G. Third-order optical nonlinearity of semiconductor carbon nanotubes for third harmonic generation // J. Phys. Chem. Lett. 2004. № 388. P. 330–336.
4. Yu D., Park K., Durstock M., Dai L. Fullerene-grafted graphene for efficient bulk heterojunction polymer photovoltaic devices // J. Phys. Chem. Lett. 2011. V. 2. P. 1113–1118.
5. Taranko E., Wiertel M., Taranko R. Transient electron transport properties of multiple quantum dots systems // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. P. 023711.
6. Ciszewski M., Mianowski A., Ginter N. Preparation and electrochemical properties of sodium-reduced graphene oxide // J. Mater. Sci: Mater. Electron. 2013. V. 24. P. 3382–3386.
7. Asokan V., Velauthapillai D., Lоvlie R., Madsen D.N. Effect of substrate and catalyst on the transformation of carbon black into nanotubes // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2013. V. 24. P. 3231–3239.
8. Xi X., Ma Q., Yang M., Dong X., Wang J., Yu W., Liu G. Janus nanofiber: A new strategy to achieve simultaneous enhanced magnetic-photoluminescent bifunction // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2014. V. 25. P. 4024–4032.
9. Neyts E.C. The role of ions in plasma catalytic carbon nanotube growth: A review // Front. Chem. Sci. Eng. 2015. V. 9(2). P. 154–162.
10. Guo X., Wang W., Nan H., Yu Y., Jiang J., Zhao W., Li J., Zafar Z., Xiang N., Ni Z., Hu W., You Y., Ni Z. High-performance graphene photodetector using interfacial gating // Optica. 2016. V. 3(10). P. 1066–1070.
11. Kamanina N.V. Mechanisms of optical limiting in p-conjugated organic system: Fullerene-doped polyimide // Synthetic Metals. 2002. V. 127(1–3). P. 121–128.
12. Каманина Н.В. Фуллеренсодержащие диспергированные нематические жидкокристаллические структуры: динамические характеристики и процессы самоорганизации // УФН. 2005. T. 175(4). C. 445–454.
13. Kamanina N.V., Uskokovic D.P. Refractive index of organic systems doped with nano-objects // Materials and Manufacturing Proc. 2008. V. 23. P. 552–556.
14. Kamanina N.V., Serov S.V., Shurpo N.A., Likhomanova S.V., Timonin D.N., Kuzhakov P.V., Rozhkova N.N., Kityk I.V., Plucinski K.J., Uskokovic D.P. Polyimide-fullerene nanostructured materials for nonlinear optics and solar energy applications // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2012. V. 23(8). P. 1538–1542.
15. Kamanina N.V., Zubtcova Yu.A., Kukharchik A.A., Lazar C., Rau I. Control of the IR-spectral shift via modification of the surface relief between the liquid crystal matrixes doped with the lanthanide nanoparticles and the solid substrate // Opt. Exp. 2016. V. 24(2). 6 p.
16. Каманина Н.В., Васильев П.Я. Оптическое покрытие на основе углеродных нанотрубок для оптического приборостроения и наноэлектроники // Патент России № 2355001 (RU 2 355 001 C2). 2009.
17. Каманина Н.В., Васильев П.Я., Студенов В.И. Оптическое покрытие на основе ориентированных в электрическом поле углеродных нанотрубок для оптического приборостроения, микро- и наноэлектроники при нивелировании границы раздела сред: твердая подложка — покрытие // Патент России № 2405177 (RU 2 405 177 С2). 2010.
18. Каманина Н.В., Кухарчик А.А., Кужаков П.В., Зубцова Ю.А., Степанов Р.О., Барышников Н.В. Модификация углеродными нанотрубками проводящего ITO-слоя для ориентирования жидких кристаллов в электрооптических устройствах преобразования оптической информации // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2015. Т. 15. № 3. С. 109–118.
19. Plimpton S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics // J. Comput. Phys. 1995. V. 117. P. 1–19.
20. Tersoff J. Modeling solid-state chemistry: Interatomic potentials for multicomponent systems // Phys. Rev. B. 1989. V. 39. P. 5566–5568.
21. Yang Zu-Po, Ci L., Bur J.A., Lin Sh.-Yu, Ajayan P.M. Experimental observation of an extremely dark material made by a low-density nanotube array // Nano Lett. 2007. V. 8(2). P. 446–451.
22. Namilae S., Chandra N., Shet C. Mechanical behavior of functionalized nanotubes // J. Phys. Chem. Lett. 2004. V. 387. P. 247–252.

23. Каманина Н.В., Богданов К.Ю., Васильев П.Я., Студенов В.И. Нанотрубки, нанесенные на поверхность, увеличивают ее прочность и прозрачность // Российский нанотехнологии. Раздел «Исследования и разработки». 2009. T. 4. № 9–10. C. 7.
24. Каманина Н.В., Богданов К.Ю., Васильев П.Я., Студенов В.И. Повышение поверхностной механической прочности “мягких” материалов УФ и ИК диапазонов спектра и увеличение их спектра пропускания: модельная система MgF2-нанотрубки // Оптический журнал. 2010. Т. 76. № 2. С. 84–86.
25. Kamanina N.V., Bogdanov K.Yu., Vasilyev P.Ya., Studeonov V.I., Pujsha A.E., Shmidt A.V., Krestinin A.V., Kajzar F. Nanoobjects — containing structures for aerospace and laser switching systems // Nonlinear Optics and Quantum Optics. 2010. V. 40. P. 277–285.
26. Васильев А.А., Касасент Д., Компанец И.Н., Парфенов А.В. Пространственные модуляторы света. М.: Радио и связь, 1987. 320 с.
27. Kamanina N.V., Vasilenko N.A. Influence of operating conditions and of interface properties on dynamic characteristics of liquid-crystal spatial light modulators // Opt. Quantum Electron. 1997. V. 29(1). P. 1–9.
28. Lee E.S., Vetter P., Miyashita T., Uchida T. Orientation of polymer molecules in rubbed alignment layer and surface anchoring of liquid crystals // Jpn. J. Appl. Phys. Part 2. 1993. V. 32(9). P. L339–L341.
29. Каманина Н.В., Кидалов В.Н. Изучение эффекта выравнивания эритроцитов в нематической жидкокристаллической среде // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22(14). C. 39–42.
30. Каманина Н.В. Отличие (и взаимосвязь) эффекта ориентирования эритроцитов от электрических вибраций Fröhlich’a // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23(23). C. 7–15.
31. Каманина Н.В., Лихоманова С.В., Каманин А.А., Зубцова Ю.А., Pawlicka A., Praveen G., Thomas S. Ориентирование эритроцитов и других био-объектов в модифицированных жидкокристаллических ячейках // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2017. Т. 17(1). С. 74–82.
32. Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Zubtcova Yu.A., Kamanin A.A., Pawlicka A. Functional smart dispersed liquid crystals for nano- and biophotonic applications: Nanoparticles-assisted optical bioimaging // J. Nanomaterials. 2016. V. 2016. 9 p.