Метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием Мурзин С.П.Компьютерная оптика, 2014, том 38, №3 469 МЕТОД СИНТЕЗА КОМПОЗИЦИОННЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ МЕТАЛЛ/ОКСИД ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИМ ЛАЗЕРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Мурзин С.П. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) (СГАУ)Аннотация Разработан метод синтеза композиционных наноматериалов металл/оксид импульсно-периодическим лазерным воздействием на примере металл-полупроводникового наноком-позита ZnO/Cu. Осуществлён новый подход к созданию структур композиционных слои-стых наноматериалов на основе нановолокон оксида цинка. Впервые для синтеза таких ма-териалов использовался нагрев лазерным излучением с регулируемым распределением плотности мощности. Нагрев на воздухе фольги из латуни импульсно-периодическим ла-зерным воздействием интенсифицирует окисление поверхности материала. Предпочтитель-ное образование ZnO обусловлено более высокой, чем у меди, скоростью окисления цинка, а также диффузией цинка к поверхности. Длина нановолокон оксида цинка при реализации выбранных режимов лазерного воздействия не превышает 5 мкм.Ключевые слова: наноматериал композиционный, синтез, воздействие лазерное, латунь, поверхность, окисление, цинк. ВведениеУпорядоченные периодические образования равно-мерно распределённых наноструктур находят потенци-альное применение в наноэлектронике, нанооптике, на-нокатализе, биоинженерии и др. [1][2][3][4]. Одно из возмож-ных технических применений -композиционные мате-риалы металл/оксид, представляющие интерес как функциональные электроконтактные материалы, в ча-стности, металл-полупроводниковый нанокомпозит ZnO/Cu [5,6]. Для получения полупроводниковых на-ноплёнок наиболее широко используются технологии химического осаждения из газовой фазы [7] и молеку-лярно-лучевой эпитаксии [8], которые первоначально были разработаны для создания тонкоплёночных эле-ментов в изделиях микроэлектроники. Однако в на-стоящее время отсутствуют эффективные способы, на которых может базироваться промышленная технология контролируемого производства периодических структур из двух или более нанокомпонентов. Такие методы на-нолитографии, как электронно-лучевая и фотолитогра-фия, используются для облегчения процесса самосборки структур из нанотрубок и нанопроволок с вертикальным или боковым выравниванием и контролируемым раз-мещением [9][10][11]. Но такие характерные недостатки, как низкая производительность, небольшой размер рабочей зоны и высокая стоимость оборудования, ограничивают область их применения. Поиск новых методов высоко-производительного создания сложных наноструктур с управляемым формированием периодических образова-ний остаётся значительной и перспективной задачей в области наноматериалов.В работах [12,13] определены условия формирова-ния лазерным воздействием нанопористых структур в металлическом материале -двухкомпонентном сплаве системы Cu-Zn латунь Л62. Показано, что при воздейст-вии импульсно-периодического лазерного из...

Conditions of pulse-periodic laser action with thermocycling for formation of a nanoporous structure consisting of principally channel-type nanosize pores in two-component Cu-Zn alloy “brass of 62%” are experimentally defined. The transformation of laser radiation into a light spot with uniform distribution of power density was carried out with the aid of an optical system containing an element of diffractive computer optics – radiation focusator. Depth and area locality of the physical processes in heat-affected zone with preservation of initial material properties and absence of significant deformation in the remaining volume is ensured in the implementation of the chosen conditions. The amount of structural defects – vacancies, dislocations and their clusters increases in two-component brass under the influence of thermal stress. Wedge-shaped submicrocavities that converge at their edges with formation of extensive nanosize channels with widths not more than 100 nm are formed in the material of 0.05 mm thickness.

Синтез нанопористых структур металлических материалов… Мурзин С.П.Компьютерная оптика, 2014, том 38, №2 249 СИНТЕЗ НАНОПОРИСТЫХ СТРУКТУР МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ЦИКЛИЧЕСКИМ УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФОКУСАТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Мурзин С.П. Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва(национальный исследовательский университет) Аннотация Разработан метод синтеза нанопористых структур металлических материалов цикличе-ским упруго-пластическим деформированием при лазерном воздействии. В результате про-ведённых исследований структуры сплава методом растровой электронной микроскопии установлено следующее. При различных режимах в зависимости от интенсивности им-пульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием медно-цинкового спла-ва Л62 в приповерхностном слое материала формируются микрополости различных форм: от глобулярной размером до 10 мкм с выступами и впадинами до вытянутой каплевидной и клинообразной шириной до 10 мкм и длиной более 50 мкм. В исследуемом диапазоне ре-жимов воздействия в латуни Л62 образуются субмикропоры с характерным размером, не превышающим 1 мкм, а на более интенсивных режимах -шириной менее 1 мкм и длиной более 20 мкм. При исследовании тонкой структуры медно-цинкового сплава Л62 после им-пульсно-периодической лазерной обработки с термоциклированием установлено, что мик-рополости вытянутой каплевидной и клинообразной форм и субмикрополости сужаются у своих краёв с образованием протяжённых наноразмерных каналов шириной не более 100 нм и длиной более 10 мкм.Ключевые слова: воздействие лазерное, материал металлический, наноструктура, дефор-мирование циклическое упруго-пластическое, фокусатор излучения. Введение Нанопористые материалы, выделяемые в отдель-ный класс наноматериалов, обладают рядом уникаль-ных физических свойств, что определяет основные области их применения в отраслях водородной и уг-леводородной энергетики, переработке минерального и органического сырья, фармакологии, пищевой про-мышленности и биотехнологии. Такие материалы применяются при фильтрации газов и жидкостей, синтезе химических соединений с помощью катали-заторов, а также в качестве топливных элементов на основе нанопористых структур [1][2][3]. Формирование нанопористых структур возможно осуществить мето-дами плёночных технологий: химическим и физиче-ским осаждением, электроосаждением [4,5]. Основ-ной недостаток таких методов -ограниченная тол-щина и площадь поверхности получаемого тонкоплё-ночного материала и, как следствие, затруднённость получения объёмных пористых материалов. Процесс получения напопористых структур методом компак-тирования нанопорошков характеризуется значитель-ной энергоёмкостью, трудоёмкостью и сложностью реализации [6]. Как правило, поры не являются нано-размерными по всему объёму материала и имеют большой разброс геометрических параметров. Порис-тую структуру материалов также возможно создать методом выщелачивания. При формировании порис-тых металлических материалов в процессе избира-тельной коррозии пр...

Laser surface microstructuring is applied to improve the tribological properties of materials. To increase potential practical applications, the expansion of the laser microstructuring functionalities through the use of more common laser systems with pulse durations in the millisecond range may show promise. For the first time it was shown that the tribological properties of the surface of the silicon carbide ceramic can be improved using a pulse-periodic laser treatment with millisecond pulses. Morphological changes of the surface under treatment after the exposure to pulse-periodic laser light were assessed. It was found that the pulse-periodic laser treatment with 0.5-ms pulses of energy 1.1 J led to the smoothing of recesses in the polished surface of the silicon carbide ceramic. Higher-energy laser treatment led to the formation of cracks on the material surface. The study of tribological properties of the resulting structures showed that following the laser treatment the mean value of the friction coefficient decreased by 15 %.