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研究人员开发出用于生产等离子设备的新技术

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
研究实验室正在不断开发新材料,这些新材料有望展现出新颖的性能,必将彻底改变该技术。但是仅仅创建这些材料是不够的。科学家们还需要找到有效的方法进行处理和微调。此外,复合材料通常是通过将纳米颗粒添加到基础基质中而制成的,这就是为什么有必要找到一种方法来操纵这些颗粒的位置,大小和浓缩率,甚至排除最小的不可见偏差。人眼。
 
ITMO大学的研究人员对基于纳米孔玻璃并添加银和铜的复合材料的局部加工技术进行了改进。现在,可以高精度地预测等离激元组件在其处理过程中的光学特性。这项研究发表在纳米材料上。
 
几千年来,人类不得不适应其可使用的材料:金属,木材,石材,矿物等。如今,人类已经学会了根据自己的需要对材料进行适应,从而由多种成分制成复合材料。这些材料具有新特性,并开辟了新机遇。它们在光学设备(如激光器,激光雷达,传感器,透镜,波导和其他处理光信号的设备)中具有巨大的潜力。尤其是,研究人员对用金属纳米颗粒增强玻璃有很大的希望。
 
“这类材料可以用作滤光片,”激光光子学和光电子学系的研究工程师Pavel Varlamov解释说。“众所周知,白光包含大量波长,例如,您可能需要突出显示或排除某些光谱带,例如蓝色或黄色。这就是光学滤镜的用途,它们可以用于激光,折射镜,透镜或波导。”
 
根据将哪种金属离子添加到玻璃中,所得的复合材料可用于操纵光谱的各个部分。例如,如果要将银和铜的纳米颗粒添加到玻璃中,它将吸收蓝绿色波段中的辐射。但是,将银和铜纳米颗粒添加到普通玻璃中(例如用于制造窗户或厨具的玻璃)将是一个复杂而昂贵的过程,涉及许多化学反应。这就是为什么科学家更喜欢将特殊的纳米多孔玻璃用于这些目的的原因。
 
一旦纳米颗粒已经“适合”到孔隙中,就可以通过激光辐射改变材料,以增强其新的光学性能,例如,可以通过透射或吸收特定光束来精确控制光谱带。
 
 
 
但是有一个问题:在旨在“粘合”新材料的成分的处理过程中,金属纳米粒子会改变其形状,甚至改变其化学成分。在整个过程中,材料会改变其与激光辐射相互作用的方式。从本质上讲,它开始更好地吸收特定光谱范围内的辐射。这对治疗过程提出了一些挑战。不能简单地将激光调谐到特定值,然后从头到尾处理材料。必须根据材料内发生的变化对其进行连续调整。
 
“我们建议的方法可以创建具有等离激元共振峰的大量微尺度元素,可以实时进行控制,”激光光子学和光电子学系的研究员Roman Zakoldaev说。“该方法旨在通过反馈优化激光改变的参数。”
 
为了在整个治疗过程中调整激光器的性能,科学家需要立即对已经发生的变化以及需要对激光器设置进行的变化进行复杂的计算。为此,他们需要一个灵活的物理数学模型。这样的模型已经成为设计用于管理这些材料处理的算法的基础。
 
ITMO大学的研究人员提出了一种数学模型,该模型应考虑辐射强度及其在材料中引起的变化。这使研究人员可以生产具有最初被计算在内的具有精确光学特性的材料。
 
Maksim Sergeev说:“我们能够提出一种计算算法,以纳米粒子的电子结构,尺寸和浓度以及材料的光学特性作为一种有效的环境(?)。” “将算法与扩散控制的颗粒生长模型一起使用,使我们能够实时跟踪激光处理中的光学变化。”
 
建议的方法将使独特的光学等离激元组件的创建便宜且易于处理,从而为将其集成到工业生产中开辟了新的机会。

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