Научные разработки РХТУ им. Д. И. Менделеева

16. Нанотехнологии и наноматериалы

НОВЫЙ МЕТОД УПРАВЛЯЕМОГО МИКРО- И НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ СТЕКЛА

Область применения и назначение. Создание активных компонентов интегральной и нелинейной оптики методом локальной кристаллизации стекла лазерным излучением.

1 - лазерный излучатель - активный элемент с неустойчивым телескопическим резонатором, образованным сферическим вогнутым зеркалом 2 и выпуклым зеркалом 3, наклеенным на просветленную пластинку 4. Накачка лазера выполнялась от источника питания 5 с каналом высокоскоростной импульсной модуляции 6, управляемого персональным компьютером 7. Расходящийся фон обрезался диафрагмами 8 и 9. 10 - поворотное зеркало11- зелёный или желтый светофильтр. 13 - образец стекла, установленный в миниатюрную печь 14 и предварительно нагретый до ~ 600°С. 15 - координатный стол для перемещения образца, 16 – фотоприемник, 17 - осциллограф. 18 - термоэлектрическим преобразователь для регистрации средней мощности излучения.

Микрофотографии нелинейно-оптических кристаллов, выделившихся в объеме стекла под действием облучения лазером на парах меди, для различных режимов обработки.

Краткое описание и основные технические характеристики. Предложен метод локальной кристаллизации стекла под действием лазерного излучения, позволяющий в течение долей секунды зародить и вырастить микро- и нанокристаллы, в том числе нелинейно-оптические с фазовым синхронизмом (LiNbO3, KNbO3, LaBGeO5, β-BaB2O4, KTiOPO4 и др.), с близким к монодисперсному распределением по размеру в любом заранее выбранном участке в объеме стекла.

На примере ряда стеклообразующих систем показано, что под действием излучения лазера на парах меди, работающего в режиме высокоскоростной импульсной модуляции, в стеклах определенных составов наблюдается кристаллизация нелинейно-оптических фаз. Полученные на заданной глубине от поверхности стекла полосы шириной до ~ 300 мкм содержат протяженные области, состоящие из равномерно распределенных кристаллов практически одинакового размера, которые идентифицируются рентгенографически и методом генерации второй гармоники. Размер и количество кристаллов можно варьировать в широких пределах условиями лазерной обработки, что открывает пути к созданию нового типа стеклокристаллических материалов, в которых локализация кристаллической фазы в объеме стекла программируется разработчиком.

Преимущества.

В течение последних нескольких лет учеными Японии и США предложен ряд способов создания гибридных структур кристалл/стекло на поверхности стекла, основанных на локальном разогреве стекла лазером. Предложенный метод локальной кристаллизации стекла под действием излучения лазера на парах меди - перспективный способ интенсификации объемного гомогенного зародышеообразования и получения тонкой стеклокерамики, встроенной в стеклообразную матрицу в соответствие с замыслом разработчика, в частности, для создания регулярных решеток НЛО кристаллов в матрице стекла, одномерных и двумерных стеклокристаллических образований в объеме стекла, и других искусственных микроструктур, перспективных для использования в интегральной оптике.

Размеры кристаллов в пределах от ~50 нм до ~20 мкм и их количество на единицу объема зависят от состава стекла, параметров, характеризующих пучок (мощность и длительность импульса излучения, профиль интенсивности выходного импульса и т.д.), времени воздействия лазерного излучения, температуры в печи.

Повышенные скорости гомогенного нуклеирования стекла обеспечивают возможность широкого промышленного применения предложенного метода.

Степень освоения: лабораторная модель.

Правовая защита: патент в стадии оформления.

Формы сотрудничества: любые.

Представитель для контактов: д.х.н., профессор Сигаев Владимир Николаевич.

Телефон: (495) 496-92-66.

E-mail: vlad.sigaev@gmail.com.