close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10974

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
B 22F 9/00
B 22F 9/06
B 82B 1/00
B 82B 3/00
ЛАЗЕРНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ НАНОЧАСТИЦ
МЕТАЛЛА С ПОМОЩЬЮ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СЕПАРИРОВАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20061267
(22) 2006.12.13
(71) Заявитель: Научно-исследовательское
учреждение "Институт прикладных
физических проблем имени А.Н.Севченко" Белорусского государственного университета (BY)
(72) Авторы: Гончаров Виктор Константинович; Козадаев Константин Владимирович; Пузырев Михаил Валентинович (BY)
BY 10974 C1 2008.08.30
BY (11) 10974
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Научно-исследовательское учреждение "Институт прикладных физических проблем имени
А.Н.Севченко" Белорусского государственного университета (BY)
(56) RU 2255836 C1, 2005.
RU 2242532 C1, 2004.
UA 50353 A, 2002.
JP 4063203 A, 1992.
US 5585020 А, 1996.
Симакин А.В. и др. Труды института
общей физики им. А.М.Прохорова. М.: Наука, 2004. Т. 60. - С. 83-107.
Гончаров В.К. и др. Квантовая электроника. - 1997. - Т. 24. - № 4. - С. 329-332.
(57)
Способ получения суспензии наночастиц металла, включающий воздействие импульсного лазерного излучения на металлическую мишень через жидкую среду внедрения, формирование наночастиц металла путем лазерной эрозии металлической мишени,
отличающийся тем, что воздействуют импульсным лазерным излучением интенсивностью от 105 Вт/см2 до 106 Вт/см2, лазерную эрозию осуществляют в газовой атмосфере,
при осаждении жидкокапельной фазы металла в жидкую среду внедрения осуществляют
диафрагмирование потока частиц конденсированной фазы эрозионного лазерного факела
металлической мишени.
BY 10974 C1 2008.08.30
Изобретение относится к обработке металлов с целью получения суспензий наноразмерных объектов (< 100 нм), состоящих из данного металла. Представленный способ может найти широкое применение в следующих отраслях реального сектора экономики:
1) оптическая промышленность - изготовление нанокомпозитных оптических сред;
2) фармакологическая промышленность - получение биологически активных суспензий наночастиц металлов самого широкого спектра действия;
3) химическая промышленность - получение суспензий наночастиц металлов, обладающих высокой химической чистотой и повышенной химической активностью.
В настоящее время известны несколько методов получения суспензий наночастиц:
электрический разряд в жидкости [1, 2] и лазерная эрозия в жидкости [3].
При производстве суспензий наночастиц металлов методом электрического разряда
[1] используют металлические электроды, погруженные в жидкую среду. При протекании
электрического разряда (дугового [1] или искрового [2]) электроды частично разрушаются, и образуется большое количество нано- и микрочастиц из всевозможных химических
соединений материалов электродов и жидкой среды.
Наиболее близким к предлагаемому является способ, представленный в изобретении
RU 2255836 С1, 2005 - "Способ изготовления суспензий металлических порошков", имеющий следующую совокупность признаков: "транспортировка импульсного лазерного
излучения к металлической мишени через жидкую среду внедрения, формирование наночастиц металла путем лазерной эрозии металлической мишени" [4].
Однако данный прототип имеет следующие недостатки: процессы, протекающие при
воздействии на металлы импульсов лазерного излучения малой длительности (10-100 нм)
и высоких плотностей мощности (108-109 Вт/см2), достаточно плохо изучены, что не позволяет эффективно управлять формированием наночастиц. Также отсутствует сепарация
получаемых нанообъектов по размерам.
Задачей изобретения является эффективное получение химически однородных наночастиц металлов, внедренных в жидкую среду (т.е. суспензий наночастиц металлов различных концентраций).
Поставленная задача решается следующим способом. При воздействии в атмосфере на
поверхность металлической мишени импульсного лазерного излучения умеренной интенсивности 105-106 Вт/см2 образуется эрозионный лазерный факел, который состоит из паров, плазмы и жидкокапельной фазы материала мишени. На начальных стадиях лазерного
воздействия в эрозионный факел поступают мелкие (10-100 нм) жидкокапельные частицы
[5, 6], сформированные объемным парообразованием; к концу импульса в эрозионный факел поступают более крупные частицы (1-100 мкм) за счет гидродинамического механизма [7, 8]. При больших пятнах облучения, когда диаметр эрозионной лунки значительно
больше ее глубины, представляющая практический интерес мелкодисперсная жидкокапельная фаза, увлекаемая движением плазмы, движется перпендикулярно поверхности
мишени. Более крупные жидкие капли из-за краевых эффектов на стенках лунки вылетают
в виде конуса под небольшим углом к поверхности мишени, составляя своеобразную динамическую корону. Следовательно, более мелкие и более крупные частицы имеют различные предпочтительные направления разлета. Этот эффект делает возможным применение
пространственной сепарации частиц за счет диафрагмирования потока мелких частиц и
экранирования зоны разлета крупных частиц. Таким образом, согласно представленному
изобретению, располагая диафрагму на пути потока жидкокапельной фазы эрозионного
лазерного факела, производится отделение более мелких частиц, которые затем собираются колбой с жидкой средой. Конфигурация и характеристики диафрагмы определяются параметрами воздействующего излучения (интенсивность и диаметр пятна фокусировки).
Использованием многократного повторения воздействующих лазерных импульсов достигается требуемый уровень концентрации суспензий.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на схеме.
2
BY 10974 C1 2008.08.30
Импульс лазерного излучения умеренной плотности мощности (1-2 МВт/см2) 1 воздействует на поверхность металлической мишени 4. Для генерации таких импульсов
излучения наиболее целесообразно использовать неодимовые лазеры (длина волны излучения 1,064 мкм) в режиме модуляции добротности. При этом поток излучения проходит
через среду внедрения, которая находится в колбе 6 с прозрачным дном. Металлическая
мишень фиксируется на расстоянии 3-5 мм от поверхности жидкой среды параллельно ей.
Система фокусировки лазерного излучения обеспечивает диаметр воздействующего пятна
на поверхности мишени 10 мм, таким образом удовлетворяется требование значительного
превышения диаметра эрозионной лунки над ее глубиной. Капли конденсированной фазы
материала мишени 3, сформированные за счет механизма объемного парообразования,
движутся при этом в конус воздействующего излучения, доиспаряясь и разрушаясь на пути к жидкой среде внедрения, формируя тем самым наночастицы материала мишени. Более крупные частицы 2, образовавшиеся за счет гидродинамического механизма,
вылетают под небольшим углом (15-20°) к поверхности мишени. Диафрагма 5 устанавливается на расстоянии, определяемом конфигурацией лазерного воздействия на мишень,
параллельно ей. Размеры диафрагмирующего отверстия и его положение также зависят от
диаметра пятна лазерного излучения. В данном случае диаметр отверстия диафрагмы составлял 12 мм, расстояние от мишени до диафрагмы - 3 мм, центры пятна излучения и отверстия диафрагмы лежали на оси симметрии воздействующего излучения. Диафрагма
экранирует зону разлета более крупных частиц 2 и беспрепятственно пропускает более
мелкие 3. В результате реализации данного метода были получены водные суспензии наночастиц никеля, свинца и серебра, причем наноразмерный характер и химическая чистота
были подтверждены данными атомно-силовой и электронной микроскопии, лазерным зондированием и рентгеноструктурным анализом. Преимуществами данного способа являются:
1) техническая простота принципиальных модулей;
2) химическая чистота получаемых наночастиц металлов (плазма и пары выталкивают
атмосферу из зоны формирования);
3) процесс получения суспензий наноразмерных частиц практически не зависит от типа
улавливающей среды и ее физико-химических свойств, т.е. возможно получение суспензий
наночастиц металлов в совершенно разных средах, за исключением агрессивных к материалу наночастиц.
Источники информации:
1. Parkansky N., Alterkop В., Boxman R.L., Goldsmith S., Barkay Z., Lereah Y. Powder
Technology. - Vol. 150. - № 36, 2005.
2. Бураков B.C., Савастенко Н.А., Мисаков П.Я., Тарасенко Н.В. Труды ИМАФ НАНБ. С. 435-437. 2005.
3. Симакин А.В., Воронов В.В., Шафеев Г.А. Труды института общей физики им. Прохорова. Т. 60. - С. 83-107, 2004.
4. RU 2255836, 2005.
5. Жиряков Б.М., Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Фанибо А.К. Журнал технической физики. - Т. 41, 1971. - С. 1037.
6. Гончаров В.К., Карабань В.И., Остромецкий В.А. Квантовая электроника. Т. 13. С. 1235, 1986.
7. Уляков П.И. ЖЭТФ, Т. 52. - С. 820, 1967.
8. Путренко О.И., Янковский А.А. ЖПС. Т. 15. - С. 596, 1971.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
145 Кб
Теги
by10974, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа