В КемГУ разработана модель нагревания наночастиц металлов импульсным лазерным излучением в инертной матрице

Под руководством доктора физико-математических наук, профессора института фундаментальных наук Кемеровского государственного университета Александра Андреевича Звекова в вузе реализуется проект «Экспериментальное и теоретическое исследование механизмов нелинейного поглощения лазерного импульсного излучения и механического разрушения композитов на основе прозрачной матрицы и светопоглощающих наночастиц», вошедший в число обладателей грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских учёных – докторов наук.  

Проект рассчитан на два года и направлен на исследование закономерностей взаимодействия мощного импульсного лазерного излучения с системами «прозрачная матрица – наночастицы металлов», выяснение механизма которого на уровне, позволяющем прогнозировать поведение материалов в практически важных условиях, является актуальной проблемой современной лазерной физики. В качестве материала исследования использовались экспериментальные образцы, которые были получены абляцией никеля, цинка и алюминия в диметилсульфоксиде.

В ходе работы разработана модель нагревания наночастиц металлов импульсным лазерным излучением в инертной матрице, включающая процессы испарения веществ матрицы и наночастицы после достижения их температурами соответствующей точки кипения, теплопередачи в системе «наночастица-матрица» или «наночастица-оболочка пара-матрица», поглощение излучения наночастицей с учетом влияния размера оболочки пара, быстрой релаксации давления в области воздействия, рассматриваемой в приближении механического квазиравновесия. В настоящее время в рамках проекта продолжаются исследования в области поглощения энергии лазерного излучения наночастицами и возникающими эффектами.

Прямая речь

Актуальность исследования определяется необходимостью разработки подходов к прогнозированию порога механического разрушения материалов, содержащих поглощающие излучение наночастицы, в поле лазерного воздействия, потому что процессы взаимодействия излучения с системами типа «прозрачная матрица – наночастицы металлов» составляют основу функционирования ряда устройств нелинейной оптики. Помимо требований к эффективности функционирования данных устройств, важным критерием их применимости является широкий диапазон плотности мощности излучения, в котором не возникает повреждения материала. Таким образом, для создания новых сверхэффективных переключающих оптических элементов, основанных на нелинейном поглощении света и достоверном определении области мощностей, в которых могут функционировать оптические материалы типа «прозрачная матрица – наночастицы металлов», необходимо комплексное исследование эффектов, инициируемых в данных системах импульсным лазерным излучением.

Александр Андреевич Звеков, доктор физико-математических наук, профессор ИФН КемГУ