Перспективные наноструктурированные покрытия для модификации поверхности фторида кальция

Каманина Н.В., Квашнин Д.Г., Кужаков П.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Каманина Н.В., Кужаков П.В., Квашнин Д.Г. Перспективные наноструктурированные покрытия для модификации поверхности фторида кальция // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 8. С. 81–87. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-81-87

Kamanina N.V., Kuzhakov P.V., Kvashnin D.G. Prospective nanostructured coatings for modification of calcium fluoride surfaces [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 8. P. 81–87. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-81-87

Ссылка на англоязычную версию:

N. V. Kamanina, P. V. Kuzhakov, and D. G. Kvashnin, "Prospective nanostructured coatings for modification of calcium fluoride surfaces," Journal of Optical Technology. 88(8), 464-468 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000464

Аннотация:

Известно, что базовые свойства материалов могут быть изменены не только при структурировании их объёма разными наночастицами, но и при модификации поверхности. В настоящей работе в качестве модельной матрицы для изучения особенностей поверхности был выбран фторид кальция CaF2. В статье рассматриваются спектральные, механические параметры указанного кристалла, а также смачивание поверхности CaF2, модифицированного углеродными нанотрубками, в сравнении с таковыми характеристиками для чистых кристаллов. При структурировании поверхности применялся метод лазерно-ориентированного осаждения и дополнительное электрическое поле, изменяющееся в диапазоне 100−600 В/см. Экспериментальные результаты подтверждаются квантово-химическим моделированием.

Ключевые слова:

неорганические кристаллы, фторид кальция, поверхность, углеродные нанотрубки, структурирование, лазерное ориентированное осаждение, спектры, угол подвеса молекул воды

Благодарность:

Авторский коллектив выражает благодарность своим коллегам из лабораторий и университетов за полезную дискуссию. Последние результаты были показаны и обсуждены в марте 2020 года в “Курчатовском институте» — Институте ядерной физики (ПИЯФ, Гатчина).
Представленные результаты частично коррелируют с работой, выполненной при поддержке Российского проекта “Нанокоатинг-ГОИ” (2012–2015 гг.), Международного Российскоизраильского проекта “Адаптация” (2017 г.). Д.Г.К. благодарен за финансовую поддержку Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект №01201253304).

Коды OCIS: 160.4760, 300.6170

Список источников:

1. Arrigo Rossella, Malucelli Giulio. Rheological behavior of polymer/carbon nanotube composites: An Overview // Materials. 2020. V. 13. P. 2771. 27 pages. doi:10.3390/ma13122771.
2. Shafique Shahid, Karimov Khasan S., Abid Muhammad, Ahmed Muhammad Mansoor, Akhmedov Khakim M., Aziz‑ur‑Rehman. Carbon nanotubes, orange dye, and graphene powder based multifunctional temperature, pressure, and displacement sensors // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020. V. 31. P. 8893–8899. https://doi.org/10.1007/s10854-020-03424-5.
3. Hazarika Monalisa, Chinnamuthu P., Borgohain C., Borah J.P. Role of MWCNT concentration in MWCNT/ZnFe2O4 nanocomposites for enhanced photocatalytic performance // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020. V. 31. P. 10783–10794. https://doi.org/10.1007/s10854-020-03629-8.
4. Konobeeva N.N., Fedorov E.G., Rosanov N.N., Zhukov A.V., Bouffanais R., Belonenko M.B. Stabilization of ultrashort pulses by external pumping in an array of carbon nanotubes subject to piezoelectric effects // J. Appl. Phys. 2019. V. 126. P. 203103-1–203103-8. doi: 10.1063/1.5128365.
5. Fa W., Yang X., Chen J., Dong J. Optical properties of the semiconductor carbon nanotube intramolecular junctions // Phys. Lett. 2004. V. 323. P. 122–131.
6. Yang Z.P., Ci L., Bur J.A., Lin S.Y., Ajayan P.M. Experimental observation of an extremely dark material made by a low-density nanotube array // Nano Lett. 2008. V. 8. P. 446–451.
7. Taherpour A.A., Aghagolnezhad-Gerdroudbari A., Rafiei S. Theoretical and quantitative structural relationship studies of reorganization energies of [SWCNT (5,5)-Armchair-CnH20] (n = 20–310) nanostructures by neural network CFFBP method // Int. J. Electrochem. Sci. 2012. V. 7. P. 2468–2486.
8. Robertson J. Realistic applications of CNTs // Materials today. 2004. V. 10. P. 46–52.
9. Namilae S., Chandra N., Shet C. Mechanical behavior of functionalized nanotubes // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 387. P. 247–252.
10. Mühlig Christian, Bublitz Simon, Feldkamp Roman, Bernitzki Helmut. Effect of ion beam figuring and subsequent antireflective coating deposition on the surface absorption of CaF2 at 193 nm // Applied Optics. 2017. V. 56. № 4. P. 91–95. https://doi.org/10.1364/AO.56.000C91
11. Shcheulin A.S., Angervaks A.E., Ryskin A.I. Recording volume holograms on color centers in a CaF2 crystal // Optics and Spectroscopy. 2011. V. 111. № 6. P. 999–1007.
12. Shcheulin A.S., Angervaks A.E., Ryskin A.I. Recording volume holograms on color centers in a CaF2 crystal // Optika i Spektroskopiya. 2011. V. 111. № 6. P. 1046–1055.
13. Rauch R. Photoluminescence of color centers in crystals of alkaline earth fluorides // News of Academy of Sciences of the USSR. Series Physical. 1973. V. 37. № 3. P. 595–598.
14. Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Kuzhakov P.V. Advantages of the surface structuration of KBr materials for spectrometry and sensors // Sensors. 2018. V. 18. 9 p. doi: 10.3390/s18093013.
15. Kamanina N.V., Vasilyev P.Y., Studeonov V.I. Optical coating based on carbon nanotubes oriented in an electric field for optical instrumentation, micro- and nano-electronics when leveling the interface of media: solid substrate-coating // Russian Patent 2405177 (RU 2 405 177 С2). 2010.

16. Kamanina N.V., Kuzhakov P.V., Vasilyev P.Y. A protective coating for hygroscopic optical materials based on laser-deposited carbon nanotubes for the purpose of optoelectronics and medical equipment // Russia Patent 2013118962 (RU (11) 2013 118 962(13) A). 2013.
17. Kamanina N.V., Likhomanova S.V., Zubtsova Yu.A., Kuzhakov P.V., Zimnukhov M.A., Vasil’ev P.Ya., Studenov V.I. Surface modification of materials using laser-oriented nanostructuring // Journal of Optical Technology. 2018. V. 85. № 11. P. 722–228. https://doi.org/10.1364/JOT.85.000722
18. Kresse G., Furthmüller J. Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a planewave basis set // Phys Rev B. 1996. V. 54. P. 11169–11186.
19. Kresse G., Furthmüller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set // Comput. Mater. Sci. 1996. V. 6. P. 15–50.
20. Blöchl P.E. Projector augmented-wave method // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. P. 17953–17979.