Технология
   
НАЗАД ДОМОЙ

gh ОПАЛЫ ИЗ ПЕСКА

Черноголовка Московской области , Институт физики твердого тела РАН
11.12.2007
Российские ученые разработали технологию, позволяющую получать высококачественные синтетические опалы. В виде объемных структур такие опалы могут быть настоящим украшением, а в виде пленок – стать основой для создания фотонных кристаллов.
Послать почту Автор исследования: Емельченко Геннадий Анатольевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией кристаллизации из высокотемпературных растворов , Черноголовка Московской области

Дополнительную информацию можно узнать здесь: тел/факс (496) 522-46-93 или emelch@issp.ac.ru
Фотографии и рисунки:
Ключевые слова:

Ученые из Института физики твердого тела РАН, расположенного в подмосковном наукограде Черноголовка, разработали уникальную технологию получения синтетических опалов. С ее помощью можно не просто синтезировать опалы, пусть и очень красивые – ювелирного качества, но и создавать опаловые матрицы с заранее заданной наноструктурой, открывая путь к материfлам для оптоэлектроники, систем магнитной записи и других областей науки и техники.

Основа новой технологии – это получение крошечных, размером от десятков нанометров до нескольких тысяч нанометров, шариков из диоксида кремния. Из того самого, из которого состоит обычный песок, руками людей преображаемый в кирпичи, стекло и ... различные полупроводниковые материалы. Только их структура – это правильно чередующиеся атомы кремния и кислорода,. В новых же материалах отдельные атомы расположены, можно сказать, без строгой системы – это аморфный диоксид кремния. Зато сами аморфные сферы, заметим – все практически одинакового диаметра, плотно упакованы так же, как и отдельные атомы в кристалле, образуя периодическую гранецентрированную кубическую решетку.

Разумеется, ученым пришлось сначала разрабатывать метод, который позволял бы получать «кирпичи» – шарики аморфного диоксида кремния заданного диаметра. Тут химики использовали подход, в принципе известный – так называемую золь-гель технологию. В ходе синтеза раствор кремнийорганического соединения, выливают в другой раствор, из которого при определенных условиях в присутствии катализатора диоксид кремния образует суспензию шариков.

Хитрость в том, чтобы все шарики получились нужного, заранее известного размера, потому что в противном случае разделить их между собой на отдельные фракции по диаметру очень трудно. С этой задачей химики справились, причем весьма успешно. Подобрав условия синтеза, они научились проводить реакцию таким образом, что все шарики получаются одинаковые – монодисперсные, если использовать принятую терминологию. Причем диаметр их можно варьировать в очень широких пределах – от десяти до двух тысяч нанометров.

После того, как «кирпичики» получены, их можно «укладывать» в структуры практически любого размера и формы, от однослойных и многослойных пленок до полновесных объемных структур. Для этого достаточно дать шарикам опуститься на дно сосуда под действием силы тяжести, и они самостоятельно выстроятся в плотно упакованную структуру (самоорганизация). Это объясняется тем, что, во-первых, шарики все одинаковые, а во-вторых – каждый из них несет небольшой отрицательный заряд, тоже у всех одинаковый. Вот эти две силы и приводят к образованию плотноупакованной структуры из монодисперсных шаров аморфного диоксида кремния. А между ними есть совершенно одинаковые незаполненные поры одного и того же диаметра. Которые можно оставить пустыми при дальyейшей сушке и отжиге, и тогда получится отличный сорбент для хроматографии, а можно – заполнить чем-нибудь, например, каким-нибудь металлом (тогда получится система для магнитной записи) или вообще другим соединением. Благодаря чему материал приобретает совершенно уникальные свойства, исключительно разнообразные, позволяющие создавать на его основе целое семейство приборов для оптоэлектроники.

Например, один из вариантов использования технологии, помимо синтеза ювелирных опалов, сияющих едва ли не всеми цветами радуги – это получение наноструктур для лазеров с распределенной обратной связью. Если не вдаваться в тонкости, то это плоские «сэндвичи», состоящие из трех разных слоев. Нижний – это плотно упакованные шарики диоксида кремния, на которые нанесен второй слой – тот же диоксид, но аморфный. Это позволяет сгладить неровности, неизбежные на поверхности, созданной отдельными шариками. А третий, верхний слой – это уже другой оксид, на этот раз – цинка.

Так вот, если посветить на поверхность такой структуры лучом лазера (лазерная накачка), то он, образно говоря, попадет в ловушку (волновод), вернее, приведет к образованию экситонного излучения, но уже горизонтально направленного в слое оксида цинка. Это излучение, благодаря резонансному усилению, будет многократно умножено, поскольку выбраться из этого слоя луч не в силах – он практически полностью отразятся от внутренних границ слоя. В результате можно получить более мощные, чем делают до сих пор, лазеры при меньших энергозатратах.

Меняя размер шариков, можно влиять на то, свет какой длины волны опал будет поглощать, а какой – отражать, в том числе – в видимой области спектра. При этом длина волны отраженного света еще и зависит от угла его падения на поверхность грани! А значит, поворачивая на свету опал, можно увидеть, как он вспыхивает то красным, то зеленым, то синим светом – играет гранями.

***

"Журнал 'Химия и жизнь - XXI век' "
Пустая строка
НАЗАД ДОМОЙ
 



WebMaster:  webmaster@InformNauka.ru
  Адрес редакции журнала 'Химия и жизнь - XXI век': 105005, Москва, Лефортовский пер., д.8
(7-095) 267-54-18, (7-095)267-54-18

Copyright © 2003 Издательство "Химия и жизнь".

return_links(); ?>