ОБРАТИМАЯ ФОТОДЕСТРУКЦИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНЫХ СТЕКЛАХ
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ .
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
BRIEF PAPERS
УДК 535.21; 681.7.03 ОБРАТИМАЯ ФОТОДЕСТРУКЦИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНЫХ СТЕКЛАХ
Д.А. Игнатьев a, А.И. Игнатьев a, Н.В. Никоноров a, Д.С. Стародубовb
a Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия, ignatiev_d_a@mail.ru b Университет Южной Калифорнии, Лос-Анжелес, США, dstarodubov@gmail.ru
Исследован процесс фотодеструкции наночастиц серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах. Показано, что при облучении импульсным лазером в фото-термо-рефрактивных стеклах происходит фотофрагментация и фотоионизация наночастиц серебра. Последующая термообработка приводит к росту наночастиц серебра, что говорит об обратимости процесса фотодеструкции наночастиц серебра. Ключевые слова: фотодеструкция, фото-термо-рефрактивные стекла, серебряные наночастицы.
REVERSIBLE PHOTO DESTRUCTION OF SILVER NANOPARTICLES IN PHOTO-THERMO-REFRACTIVE GLASS
D. Ignatievс, A. Ignatievс, N. Nikonorovс, D. Starodubovd
с Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev_d_a@mail.ru d University of Southern California, CA, USA, dstarodubov@gmail.ru
The paper deals with research of silver nanoparticles photo destruction process in photo-thermo-refractive glass. It is shown, that photo fragmentation and photo ionization of silver nanoparticles in photo-thermo-refractive glass takes place under pulsed laser radiation. Additional thermal treatment results in the growth of silver nanoparticles, which indicates photo destruction process reversibility for silver nanoparticles. Keywords: photo destruction, photo-thermo-refractive glass, silver nanoparticles.
Процесс исследования обратимости фотодеструкции наночастиц серебра (НЧС) в фото-терморефрактивных (ФТР) стеклах состоит из трех этапов. На первом этапе образец ФТР стекла (рисунок, кривая 1) облучался УФ излучением ртутной лампы с последующей термообработкой (ТО) (при 530оС в течение 10 ч). В результате этого происходил рост НЧС с возникновением полосы поглощения с максимумом 450 нм (рисунок, кривая 2).
2 1,8 1,6 2
Оптическая плотность, отн. ед.
1,4 1,2 4
1
0,8
0,6
0,4 1 0,2
3
0 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Длина волны, нм
Рисунок. Спектры поглощения ФТР стекла при разных видах обработки
На втором этапе производилось «обесцвечивание» образца под действием импульсного лазерного излучения с длиной волны 532 нм (энергия импульса составляла 68 мДж/см2, длительность импульса – 13 нс, частота следования импульсов – 10 Гц). В результате этого процесса полоса поглощения уменьшалась, вплоть до ее полного исчезновения (рисунок, кривая 3). Механизмы этого эффекта были предложены в работе [Л]. На третьем этапе образец подвергался дополнительной ТО, в результате чего наблюдалось возникновение полосы поглощения НЧС (рисунок, кривая 4), что говорит об обратимости фотодеструкции НЧС.
Схематично процесс обесцвечивания можно выразить следующим образом. При облучении импульсным лазерным излучением происходят: 1. фотофрагментация (Agn0+h=mAgx0+kAg0); 2. фотоионизация, включающая генерацию фотоэлектронов (Agn0+h=Ag++e–+Agn–10) и захват фотоэлек-
тронов сурьмой (e+Sb5+[Sb5+]–).
206
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics
2014, №1 (89)
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Этот факт вполне согласуется с предложенным нами механизмом: при вторичной термообработке происходит «сброс» электрона от сурьмяного комплекса, захват его ионом серебра с образованием нейтрального атома и присоединение атомов к оставшимся фрагментам (мелким наночастицам, необладающим плазмонным резонансом), что приводит вновь к росту наночастиц. Однако из-за «потерь» электронов количество НЧС несколько меньше, чем в первоначальном облученном состоянии. Схематично процесс образования НЧС при повторной ТО можно выразить следующим образом: 1. «сброс» электрона с сурьмы ([Sb5+]–+kTe–+Sb5+);
2. захват освободившихся термоэлектронов (e–+Ag+Ago) и 3) рост НЧС (Agn0+kAg0=Agn+k0).
[Л]. Игнатьев Д.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В. Фотодеструкция наночастиц серебра в фото-терморефрактивных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 3 (85). С. 158–159.
Игнатьев Дмитрий Александрович – инженер, Санкт-Петербургский национальный исследовательский
университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-
Петербург, Россия, ignatiev_d_a@mail.ru
Игнатьев Александр Иванович
– зав. лабораторией, Санкт-Петербургский национальный исследова-
тельский университет информационных технологий, механики и оп-
тики, Санкт-Петербург, Россия, ignatiev@oi.ifmo.ru
Никоноров Николай Валентинович – доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, Санкт-
Петербургский национальный исследовательский университет ин-
формационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург,
Россия, Nikonorov@oi.ifmo.ru
Стародубов Дмитрий Сергеевич
– кандидат физ.-мат. наук, научный сотрудник, Университет Южной
Калифорнии, Лос-Анджелес, США, dstarodubov@gmail.ru
Dmitry Ignatiev Alexander Ignatiev Nicolai Nikonorov Dmitry Starodubov
– engineer, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev_d_a@mail.ru
– Head of laboratory, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev@oi.ifmo.ru
– D.Sc., Professor, Department head, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, Nikonorov@oi.ifmo.ru
– PhD, research scientist, University of Southern California, CA, USA,dstarodubov@gmail.ru
УДК 535.3+519.642.7 УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ТОМОГРАФИИ В СЛУЧАЕ АКТИВНО-ПАССИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ВЕЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ1 А.А. Макароваa
a Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия, alena.etalon@gmail.com
Сформулирована схема веерного сканирования горячего газа в задаче инфракрасной томографии. Использованы два режима диагностики: активный (ON) – с включенным источником, пассивный (OFF) – без источника. Выведены два интегральных уравнения относительно коэффициента абсорбции k и функции Планка B среды (по которой можно рассчитать температурный профиль среды T). Ключевые слова: ИК томография, интегральные уравнения переноса излучения, активный и пассивный режимы диагностики, веерное сканирование, коэффициент абсорбции, температурный профиль.
EQUATIONS OF RADIATION TRANSFER IN INFRARED TOMOGRAPHY IN THE CASE OF ACTIVE-PASSIVE DIAGNOSIS AND SWEEPING SCANNING2
A. Makarovab
b Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, alena.etalon@gmail.com
Sweeping scanning scheme of a hot gas in the task of infrared tomography is formulated. Two diagnosis regimes are used: the active one (ON) – with included source and the passive one (OFF) – without it. Two integral equations are deduced concerning the absorption coefficient k and the Planck function B of a medium (by which it is possible to calculate the temperature profile of a medium T). Keywords: IR tomography, integral equations of radiation transfer, active and passive diagnosis regimes, sweeping scanning, absorption coefficient, temperature profile.
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 13-08-00442). 2 The work was done with support from the Russian Foundation for Basic Research (grant № 13-08-00442)
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics 2014, №1 (89)
207
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
BRIEF PAPERS
УДК 535.21; 681.7.03 ОБРАТИМАЯ ФОТОДЕСТРУКЦИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНЫХ СТЕКЛАХ
Д.А. Игнатьев a, А.И. Игнатьев a, Н.В. Никоноров a, Д.С. Стародубовb
a Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия, ignatiev_d_a@mail.ru b Университет Южной Калифорнии, Лос-Анжелес, США, dstarodubov@gmail.ru
Исследован процесс фотодеструкции наночастиц серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах. Показано, что при облучении импульсным лазером в фото-термо-рефрактивных стеклах происходит фотофрагментация и фотоионизация наночастиц серебра. Последующая термообработка приводит к росту наночастиц серебра, что говорит об обратимости процесса фотодеструкции наночастиц серебра. Ключевые слова: фотодеструкция, фото-термо-рефрактивные стекла, серебряные наночастицы.
REVERSIBLE PHOTO DESTRUCTION OF SILVER NANOPARTICLES IN PHOTO-THERMO-REFRACTIVE GLASS
D. Ignatievс, A. Ignatievс, N. Nikonorovс, D. Starodubovd
с Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev_d_a@mail.ru d University of Southern California, CA, USA, dstarodubov@gmail.ru
The paper deals with research of silver nanoparticles photo destruction process in photo-thermo-refractive glass. It is shown, that photo fragmentation and photo ionization of silver nanoparticles in photo-thermo-refractive glass takes place under pulsed laser radiation. Additional thermal treatment results in the growth of silver nanoparticles, which indicates photo destruction process reversibility for silver nanoparticles. Keywords: photo destruction, photo-thermo-refractive glass, silver nanoparticles.
Процесс исследования обратимости фотодеструкции наночастиц серебра (НЧС) в фото-терморефрактивных (ФТР) стеклах состоит из трех этапов. На первом этапе образец ФТР стекла (рисунок, кривая 1) облучался УФ излучением ртутной лампы с последующей термообработкой (ТО) (при 530оС в течение 10 ч). В результате этого происходил рост НЧС с возникновением полосы поглощения с максимумом 450 нм (рисунок, кривая 2).
2 1,8 1,6 2
Оптическая плотность, отн. ед.
1,4 1,2 4
1
0,8
0,6
0,4 1 0,2
3
0 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
Длина волны, нм
Рисунок. Спектры поглощения ФТР стекла при разных видах обработки
На втором этапе производилось «обесцвечивание» образца под действием импульсного лазерного излучения с длиной волны 532 нм (энергия импульса составляла 68 мДж/см2, длительность импульса – 13 нс, частота следования импульсов – 10 Гц). В результате этого процесса полоса поглощения уменьшалась, вплоть до ее полного исчезновения (рисунок, кривая 3). Механизмы этого эффекта были предложены в работе [Л]. На третьем этапе образец подвергался дополнительной ТО, в результате чего наблюдалось возникновение полосы поглощения НЧС (рисунок, кривая 4), что говорит об обратимости фотодеструкции НЧС.
Схематично процесс обесцвечивания можно выразить следующим образом. При облучении импульсным лазерным излучением происходят: 1. фотофрагментация (Agn0+h=mAgx0+kAg0); 2. фотоионизация, включающая генерацию фотоэлектронов (Agn0+h=Ag++e–+Agn–10) и захват фотоэлек-
тронов сурьмой (e+Sb5+[Sb5+]–).
206
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics
2014, №1 (89)
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
Этот факт вполне согласуется с предложенным нами механизмом: при вторичной термообработке происходит «сброс» электрона от сурьмяного комплекса, захват его ионом серебра с образованием нейтрального атома и присоединение атомов к оставшимся фрагментам (мелким наночастицам, необладающим плазмонным резонансом), что приводит вновь к росту наночастиц. Однако из-за «потерь» электронов количество НЧС несколько меньше, чем в первоначальном облученном состоянии. Схематично процесс образования НЧС при повторной ТО можно выразить следующим образом: 1. «сброс» электрона с сурьмы ([Sb5+]–+kTe–+Sb5+);
2. захват освободившихся термоэлектронов (e–+Ag+Ago) и 3) рост НЧС (Agn0+kAg0=Agn+k0).
[Л]. Игнатьев Д.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В. Фотодеструкция наночастиц серебра в фото-терморефрактивных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. № 3 (85). С. 158–159.
Игнатьев Дмитрий Александрович – инженер, Санкт-Петербургский национальный исследовательский
университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-
Петербург, Россия, ignatiev_d_a@mail.ru
Игнатьев Александр Иванович
– зав. лабораторией, Санкт-Петербургский национальный исследова-
тельский университет информационных технологий, механики и оп-
тики, Санкт-Петербург, Россия, ignatiev@oi.ifmo.ru
Никоноров Николай Валентинович – доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, Санкт-
Петербургский национальный исследовательский университет ин-
формационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург,
Россия, Nikonorov@oi.ifmo.ru
Стародубов Дмитрий Сергеевич
– кандидат физ.-мат. наук, научный сотрудник, Университет Южной
Калифорнии, Лос-Анджелес, США, dstarodubov@gmail.ru
Dmitry Ignatiev Alexander Ignatiev Nicolai Nikonorov Dmitry Starodubov
– engineer, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev_d_a@mail.ru
– Head of laboratory, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, ignatiev@oi.ifmo.ru
– D.Sc., Professor, Department head, Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, Nikonorov@oi.ifmo.ru
– PhD, research scientist, University of Southern California, CA, USA,dstarodubov@gmail.ru
УДК 535.3+519.642.7 УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ТОМОГРАФИИ В СЛУЧАЕ АКТИВНО-ПАССИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ВЕЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ1 А.А. Макароваa
a Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, Россия, alena.etalon@gmail.com
Сформулирована схема веерного сканирования горячего газа в задаче инфракрасной томографии. Использованы два режима диагностики: активный (ON) – с включенным источником, пассивный (OFF) – без источника. Выведены два интегральных уравнения относительно коэффициента абсорбции k и функции Планка B среды (по которой можно рассчитать температурный профиль среды T). Ключевые слова: ИК томография, интегральные уравнения переноса излучения, активный и пассивный режимы диагностики, веерное сканирование, коэффициент абсорбции, температурный профиль.
EQUATIONS OF RADIATION TRANSFER IN INFRARED TOMOGRAPHY IN THE CASE OF ACTIVE-PASSIVE DIAGNOSIS AND SWEEPING SCANNING2
A. Makarovab
b Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia, alena.etalon@gmail.com
Sweeping scanning scheme of a hot gas in the task of infrared tomography is formulated. Two diagnosis regimes are used: the active one (ON) – with included source and the passive one (OFF) – without it. Two integral equations are deduced concerning the absorption coefficient k and the Planck function B of a medium (by which it is possible to calculate the temperature profile of a medium T). Keywords: IR tomography, integral equations of radiation transfer, active and passive diagnosis regimes, sweeping scanning, absorption coefficient, temperature profile.
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 13-08-00442). 2 The work was done with support from the Russian Foundation for Basic Research (grant № 13-08-00442)
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics 2014, №1 (89)
207