Управляемая абляция: новое слово в технологиях создания наночастиц
Физики из МФТИ, Владимирского государственного университета и МИФИ совместно разработали метод, который позволяет управлять оптическими свойствами дисульфида молибдена, контролируя размер его наночастиц и процесс изменения химического состава. По словам ученых, этот метод позволяет получить наночастицы, которые можно использовать в электронике, нанооптике, нанофотонике и медицине.
Дисульфид молибдена принадлежит к классу дихалькогенидов переходных металлов. Это двумерные полупроводниковые кристаллы, имеющие слоистую структуру. Их монослои обладают высокой анизотропией и прямой запрещенной зоной. Учитывая эти оптические свойства, дихалькогениды переходных металлов используются в электронике и нанооптике, например, в качестве транзисторов, биосенсоров, фотодатчиков и поляризаторов.
Специалисты из МФТИ показали, что с помощью обработки лазером можно создавать сферические наночастицы желаемого размера, которые поглощают свет и демонстрируют высокий фототермический отклик. Недостаток этого метода заключается в том, что он довольно сложный и трудоемкий.
Исследователи выбирали время воздействия лазера, меняли состав растворителя, измеряли спектры поглощения света и сравнивали их с результатами компьютерного моделирования.
Физики разработали метод, который позволяет управлять оптическими свойствами дисульфида молибдена, контролируя размер его наночастиц и процесс изменения химического состава. По словам ученых, этот метод позволяет получить наночастицы, которые можно использовать в электронике, нанооптике, нанофотонике и медицине.
Ученые усовершенствовали методику и добавили возможность управлять не только размером частиц, но и их химическим составом. Для производства наночастиц дисульфида молибдена, одного из видов дихалькогенидов переходных металлов, наиболее распространенным является метод абляции. Его и применили физики. При использовании этого метода на поверхность дисульфида молибдена, помещенного в раствор, воздействует лазер, в результате чего происходит микровзрыв, и на поверхности образуются наночастицы.
Размер полученных частиц можно менять путем регулировки мощности и длительности лазерного излучения. Также можно контролировать химический состав наночастиц, включая их структуру и толщину оболочки. Стоит отметить, что эта методология дает возможность получать наночастицы с хорошей монодисперсностью, что является их преимуществом перед другими методами получения наночастиц.
Сначала ученые облучали лазером объемный кристалл дисульфида молибдена, помещенный в кювету с деионизированной водой. В результате получали наночастицы размером от 30 до 340 нанометров. Но это было еще не все. Полученные наночастицы фрагментировали при помощи магнитной мешалки, а в процессе перемешивания облучали лазером. В результате фрагментации образовывались сферические наночастицы, причем чем дольше длилась фрагментация (от 10 до 40 минут), тем меньше становились частицы. Более мелкие наночастицы хуже поглощали свет, что качественно и количественно согласовывалось с теорией рассеяния света. Визуально это проявлялось в изменении цвета раствора с наночастицами.
Затем было решено все операции с частицами проделать не в воде, а в растворе этанола. Полученные частицы имели четкую структуру: оболочка — ядро. Внутри ядра находились фрагменты слоев, а оболочка состояла из сплошных двух-трех слоев дисульфида молибдена. При длительной фрагментации оболочка исчезала.
Методы, использованные в эксперименте, позволили также наблюдать за изменением химического состава полученных наночастиц. При дефрагментации более 60 минут метод раскрывал пики, соответствующие оксиду молибдена MoO3, а при облучении в течение 20-60 минут — промежуточную фазу между дисульфидом молибдена и оксидом молибдена. Применяя комбинацию методов энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, ученые получили диафильм, показывающий, как происходило замещение серы атомами кислорода. Ученые полагают, что реакция стала возможна из-за разложения молекул этанола и повышения количества свободного кислорода в растворе.
Исходя из полученных результатов ученые сделали вывод, что описанный метод получения наночастиц является универсальным, поскольку он позволяет изменять их размер и химический состав. Метод может быть использован в качестве основы для создания новых материалов и устройств, таких как катализаторы, оптические свойства которых зависят от размера наночастиц, а также для изучения физических свойств наночастиц, включая оптические, электрические и магнитные свойства.
Дисульфид молибдена принадлежит к классу дихалькогенидов переходных металлов. Это двумерные полупроводниковые кристаллы, имеющие слоистую структуру. Их монослои обладают высокой анизотропией и прямой запрещенной зоной. Учитывая эти оптические свойства, дихалькогениды переходных металлов используются в электронике и нанооптике, например, в качестве транзисторов, биосенсоров, фотодатчиков и поляризаторов.
Специалисты из МФТИ показали, что с помощью обработки лазером можно создавать сферические наночастицы желаемого размера, которые поглощают свет и демонстрируют высокий фототермический отклик. Недостаток этого метода заключается в том, что он довольно сложный и трудоемкий.
Исследователи выбирали время воздействия лазера, меняли состав растворителя, измеряли спектры поглощения света и сравнивали их с результатами компьютерного моделирования.
Физики разработали метод, который позволяет управлять оптическими свойствами дисульфида молибдена, контролируя размер его наночастиц и процесс изменения химического состава. По словам ученых, этот метод позволяет получить наночастицы, которые можно использовать в электронике, нанооптике, нанофотонике и медицине.
Ученые усовершенствовали методику и добавили возможность управлять не только размером частиц, но и их химическим составом. Для производства наночастиц дисульфида молибдена, одного из видов дихалькогенидов переходных металлов, наиболее распространенным является метод абляции. Его и применили физики. При использовании этого метода на поверхность дисульфида молибдена, помещенного в раствор, воздействует лазер, в результате чего происходит микровзрыв, и на поверхности образуются наночастицы.
Размер полученных частиц можно менять путем регулировки мощности и длительности лазерного излучения. Также можно контролировать химический состав наночастиц, включая их структуру и толщину оболочки. Стоит отметить, что эта методология дает возможность получать наночастицы с хорошей монодисперсностью, что является их преимуществом перед другими методами получения наночастиц.
Сначала ученые облучали лазером объемный кристалл дисульфида молибдена, помещенный в кювету с деионизированной водой. В результате получали наночастицы размером от 30 до 340 нанометров. Но это было еще не все. Полученные наночастицы фрагментировали при помощи магнитной мешалки, а в процессе перемешивания облучали лазером. В результате фрагментации образовывались сферические наночастицы, причем чем дольше длилась фрагментация (от 10 до 40 минут), тем меньше становились частицы. Более мелкие наночастицы хуже поглощали свет, что качественно и количественно согласовывалось с теорией рассеяния света. Визуально это проявлялось в изменении цвета раствора с наночастицами.
Затем было решено все операции с частицами проделать не в воде, а в растворе этанола. Полученные частицы имели четкую структуру: оболочка — ядро. Внутри ядра находились фрагменты слоев, а оболочка состояла из сплошных двух-трех слоев дисульфида молибдена. При длительной фрагментации оболочка исчезала.
Методы, использованные в эксперименте, позволили также наблюдать за изменением химического состава полученных наночастиц. При дефрагментации более 60 минут метод раскрывал пики, соответствующие оксиду молибдена MoO3, а при облучении в течение 20-60 минут — промежуточную фазу между дисульфидом молибдена и оксидом молибдена. Применяя комбинацию методов энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, ученые получили диафильм, показывающий, как происходило замещение серы атомами кислорода. Ученые полагают, что реакция стала возможна из-за разложения молекул этанола и повышения количества свободного кислорода в растворе.
Исходя из полученных результатов ученые сделали вывод, что описанный метод получения наночастиц является универсальным, поскольку он позволяет изменять их размер и химический состав. Метод может быть использован в качестве основы для создания новых материалов и устройств, таких как катализаторы, оптические свойства которых зависят от размера наночастиц, а также для изучения физических свойств наночастиц, включая оптические, электрические и магнитные свойства.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что творится с климатом: почему четыре сезона в России уходят в прошлое?
Эксперт — о зимах без снега, внезапных смерчах и солнце, которое стало злее...
Секрет шаровой молнии раскрыт? Китайские ученые провели серию крайне необычных опытов
До разгадки феномена еще далеко, но, возможно, сделаны большие шаги в нужном направлении...
Шкаф из Помпей 2000 лет хранил тайны древнеримской семьи: почему археологи не смогли до конца объяснить эти находки
Для современного человека это был очень странный набор, но для помпейцев, похоже, это являлось нормой...
1600-летняя нанотехнология удивительного римского стекла, меняющего цвет, наконец-то раскрыта
У древних мастеров не было ни микроскопов, ни знаний о наномире, но почему современные ученые смогли повторить их материал только сейчас?...
Россия была под санкциями еще в XV веке: как купцы обходили блокаду Балтики?
Российская исследовательница рассказала о соли вне закона и тайных схемах в Выборге...
Зеркальная жизнь — новая угроза для человечества: способ ее обнаружить уже имеется, но есть нюансы
Стоит ли бояться уже сейчас или поверить скептикам и пока что успокоиться?...
Бумага и кровь: почему реставраторы старинных книг оказались лучшими друзьями… Гитлера
Новое исследование открыло неизвестную страницу истории Третьего рейха...
89-летняя загадка призрачных маяков: ученые объяснили феномен, который наблюдают по всему миру
Как оказалось, оптическая аномалия скрывалась внутри мозга, и механизм ее действия достаточно прост...
Забудьте о философии и математике: 2200 лет назад эти греческие учителя зарабатывали больше всех
Новое исследование рассказывает об уникальном древнегреческом феномене, когда музыканты были на вершине общества...
Горбатые киты растут гораздо быстрее в одних океанах, чем в других: что скрывается за этой аномалией?
Но, может быть, разгадка феномена проще, чем думают ученые. И она вовсе не в китах...
Выяснилось, что ии-медики отлично лечат, но есть большое но: почему визиты к нейродоктору выходят в три раза дороже, чем у живых врачей?
Средние цифры говорят сами за себя: 97$ у доктора человека и 314$ у ИИ. При этом нейрочек иногда достигал грабительских 599$...
Синдром призрачных людей: что узнали ученые, изучив семью, которую 10 лет посещали призраки
Самое интересное: исследователи не смогли поставить точку в своей научной работе. Что им помешало?...