Использование наночастиц в оптических материалах

Выполнил студент факультета ФиОИ

Кафедры ОТиМ

Группы 4351

Ситдиков В.М.

Преподаватель

Беспалов В.Г.

Санкт-Петербург

Год

 

Содержание

 

1. Введение                                                      3

2. Основные понятия                                  4

3. Полупроводниковые наночастицы    5

4. Металлические наночастицы                 8

5. Методы получения оптических материалов с наночастицами 10

5.1. Метод добавления частиц к расплаву 11

5.2. Метод ионной имплантации 11

5.3. Метод ионного обмена 12

5.4. Метод получения металлических наночастиц в прозрачной матрице с использованием фемтосекундного лазера. 12

5.5. Выращивание нанокристаллитов в стеклянной матрице (наностек-локерамика) 13

6. Заключение 14

7. Список литературы 15

 

Аннотация

 

 

Реферат посвящен достижениям, основным идеям и проблемам, связанным с применением, созданием и поведением наночастиц в твердых аморфных диэлектрических матрицах с точки зрения их оптических свойств. Также кратко дано понятие о наночастицах вообще.

 

Ключевые слова: нанотехнологии, наночастицы, наночастицы в твердых аморфных диэлектрических матрицах, методы получения наночастиц в твердых аморфных диэлектрических матрицах.

 

Введение

 

Целью данной работы является представить обзор использования, создания и поведения наночастиц в оптических материалах. Композиционные материалы, основанные на диэлектриках, содержащих наночастицы, проявляют уникальные оптические свойства, наиболее интересными из которых, пожалуй, являются спектральные и нелинейно-оптические. Материалы с высокой нелинейностью служат основой для создания элементов управляющих и управляемых светом, таких как различные оптические ключи и др. Хотя известны и другие материалы с высокой нелинейностью, например некоторые кристаллы, они зачастую не дают желаемых результатов. Многие нелинейно-оптические кристаллы водорастворимы, сложно получать образцы большого размера и, кроме того, кристаллы имеют весьма высокую стоимость. Наличие также и других полезных свойств (не только оптических) делают материалы, содержащие наночастицы, необычайно привлекательными для самых различных применений.

Классификацию наночастиц можно производить различными способами: по агрегатному состоянию и по природе объемного материала (металл, полупроводник, диэлектрик), по размеру и др. Кроме того, так как зачастую невозможно не учитывать влияния среды на наночастицы, то при классификации приходиться выделять также и комбинации какого-либо вида среды и частицы. Наиболее удобными и востребованными в оптической промышленности считаются твердые вещества. Обсуждаемые в данной работе оптические материалы представляют собой твердую аморфную диэлектрическую матрицу с изотропно распределенными в ней наночастицами. Другой важнейший аспект нанотехнологий – наноструктуры, а также материалы на их основе рассмотрены нами не будут. Здесь мы также кратко дадим понятие о наночастицах вообще. Особое внимание в настоящей работе будет уделено методам получения указанных материалов, так как именно этот вопрос является наиважнейшим для нанотехнологии.

Основные понятия

 

Из-за того, что наночастицы состоят из 10⁶ или еще меньшего коли­чества атомов, их свойства отличаются от свойств тех же атомов, связанных в объемном веществе. Во-первых, необходимо определить, что именно мы под­разумеваем под наночастицей. Хотя сами наночастицы появились вокруг нас и изучаются уже давно, слова наночастица, наноструктура, и нанотехнология являются относительно новыми. Наночастицами обычно считаются образования из связанных атомов или молекул с размерами < 100 нанометров (нм). Например, кластер радиусом один на­нометр содержит примерно 25 атомов, причем большинство из них находится на поверхности кластера. Это опреде­ление на основе размеров не совсем удовлетворительно, поскольку оно не учитывает различия между молекула­ми и наночастицами. Множество мо­лекул состоит из более чем 25 атомов, а размеры некоторых могут считаться макроскопическими. В самом деле, между ними невозможно провести четкой грани. Они могут быть построены как посредством сборки отдельных атомов, так и дробле­нием объемного материала. Размеры наночастиц, меньшие, чем критические длины, характеризующие многие физические явления, и придают им уникальные свойства, делая их такими интересными для различных приложений. Вообще, многие физические свойства определяются некоторой критической длиной, многие из которых лежат в нанометровом диапазоне, на­пример, характерным расстоянием тепловой диффузии, радиусом экситона или характерной длиной рассеяния (средней длиной сво­бодного пробега). Если размер частицы мень­ше какой-либо характерной длины, возможно появление новых физических и хи­мических свойств.

Можно принять за рабочее следующее определение: наночастица — это агре­гат атомов с размерами от 1 до 100 нм, рассматриваемый как часть объемного материала, но с размерами меньше характерных длин некоторых явлений. [1]