激光技术科学新应用,利用激光制造纳米材料,质量好最有发展前途

作者:jcmp      发布时间:2021-04-03      浏览量:0
直径小于100纳米的颗粒材料(通常义称纳

直径小于100纳米的颗粒材料(通常义称纳米材料)在光学,热学、电学、磁学、声学、化学等各方面的特性、都显示出和块材料明显不同,利用这种材料可以制造出比过去用块状材料性能更为优异的元件。比如,用纳米材料制成的磁记录器,记录信息密度可以提高10倍;用纳米材料制成的催化剂,催化效率可以提高100倍制备纳米材料的方法现在已经不少,常用的有液相沉淀法、加热蒸发法等,不过,使用激光技术发展起来的制造技术产生出来的纳米材料质量最好,是最有发展前途的制造技术。

制备材料的过程中,都会涉及到加热或者化学反应过程,激光的单色性好,亮度高,我们有选择地选出属于物质原子分子吸收系数最大的光波长照射它们,就能有效地加热物质,加热升温的速率会很高,而移走激光束后,物质温度下降速率又会很高,快速升温和快速冷却生长纳米材料的条件,用其他制造方法是很难达到的。选择属于原子、分子吸收峰值波长的激光,也能引起它们有效地发生光化学分解反应,同样地利用光分解办法生长纳米材料也就很有效。现在利用激光做光源发展起来的纳米材料制造技术主要有激光加热蒸发淀积法、激光气相法和光子解离法。

激光加热蒸发淀积法是利用高功率激光束照射在真空室内的固体靶材料,它吸收了激光能量之后迅速升高温度,蒸发泪原子蒸气这蒸气急剧冷却后便凝固成纳米颗粒得到颗粒直径尺寸可以通过改变往真空室充入的陪性气体气压,或改变对靶材料加热的温度来控制,用这个方法制出来的颗粒尺寸一般为10-100纳米,激光气相生长法是利用激光与气相材料互相作用,使它发生分解反应,反应生成的原子聚集成核、长大而成纳米材料,比如生产硅纳米材料,可选用甲硅烷,气体,用二氧化碳,激光照射它时,它强烈吸收激光的光子,发生光化学反应,分解出硅原子,它再聚集便形成硅纳米材料。

当然,如果气体原料本身对照射它的激光波长不吸收则可以在气体原料中加入能吸收这种激光能量的附加气体来进行用这个方法生产出来的颗粒尺寸比较小,一般是1纳米左右。激光光子解离法的做法和前面的激光气相法相类似,主要区別是前者利用激光能量使气体分子发生热离解,这里是利用光子的能量打断分子键,使它发生离解。如果使用的是在红外波段的激光,它的光子能量比较小,不能达到使分子离解所需要的能量,在这个时候,就需要用到非线性光学中的“多光子吸收”过程,分子一次同时吸收多个红外光子,总的能量可以达到分子的离解能。在气体中实现多光子吸收,入射的激光束光子密度要达到一定数量,亦即,激光功率密度要达到一定水平。所以、需要使用高功率激光器。

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