Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВЗАЄМОДІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЕННЯ З наноструктурними системами РІЗНОЇ ПРИРОДИ НА ГРАНИЦІ РОЗДІЛУ ФАЗ

01.04.07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

КУНИЦЬКА ЛЮБОВ ЮРІЇВНА

УДК 535:537:539

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України

Науковий керівник

Офіційні опоненти доктор фізико-математичних наук, професор,

Гречко Леонід Григорович,

провідний науковий співробітник Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України

доктор фізико-математичних наук, професор,

Репецький Станіслав Петрович,

професор кафедри фізики функціональних матеріалів Київського національного університету імені Тараса Шевченка

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник,

Татаренко Валентин Андрійович,

провідний науковий співробітник відділу

теорії твердого тіла Інституту металофізики

НАН України ім. Г.В.Курдюмова

Захист відбудеться 23 лютого 2009 року об 1130 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23 в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м. Київ,

просп. Акад. Глушкова, 2, корпус 1, фізичний факультет, ауд. № 200

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розісланий 30 грудня 2009 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.23,

доктор фізико-математичних наук, професор Поперенко Л.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сьогодні в науці та техніці сформулювалися нові перспективні напрямки з префіксом нано- (нанофізика, нанохімія, наноелектроніка, нанотехнології, тощо). Розвиток цих напрямів стимулює прогрес експериментальних і теоретичних досліджень як для пояснення вже відомих фактів, так і для прогнозування нових. При цьому особливий інтерес викликають ефекти взаємодії електромагнітного випромінення (ЕМВ) з нанорозмірними об'єктами. Ансамблі наночастинок (НЧ), кластери, плівки та шаруваті структури нанометрової товщини є “гарячими” об'єктами сучасної фізики. У порівнянні з масивними тілами в наносистемах ідентичного хімічного складу змінюються електродинамічні та структурні параметри, теплові, оптичні, електричні та магнітні властивості.

Дослідження властивостей нанооб'єктів розширюють фундаментальні уявлення про конденсований стан речовин та відкривають принципово нові перспективи у фізиці, матеріалознавстві, хімії та біофізиці. Це вимагає розвитку як експериментальних методів, що дозволяють визначати особливості взаємодії з ЕМВ нанооб'єктів, так і створення нових теоретичних моделей, придатних для опису різноманітних процесів, що відбуваються в цих об'єктах. Проте, сучасні теорії не досить адекватно описують просторово-неоднорідні системи, зокрема, системи НЧ різних розмірів, форми та будови. Особливо це стосується НЧ, розташованих поблизу поверхні поділу фаз. Так, в теорії відсутнє задовільне пояснення розщепленню і зсуву піків екстинкції, що спостерігаються в експериментальних оптичних спектрах систем НЧ на підкладці, існують певні суперечності в оцінках впливу мультипольної взаємодії на формування електродинамічного відгуку системи НЧ. Практично відсутні методи розв'язання обернених електродинамічних задач, розв'язки яких дозволили б закласти основи конструювання та створення наноматеріалів з наперед заданими електродинамічними властивостями. Значний науковий та практичний інтерес викликають фізичні ефекти, які спостерігаються у приповерхневих шарах матеріалів, що знаходяться в полі інтенсивного лазерного випромінення.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Робота виконана в рамках держбюджетних тем „Розробка науково-методичних засад застосування сучасних методів дослідження структури і властивостей атомних кластерів, наночастинок, фрактальних агрегатів, наноматеріалів та наноструктурованих поверхневих шарів з унікальними властивостями” (держреєстрація № 0104U004483); „Дослідження самоорганізації кластерних та фрактальних агрегатів наноструктурних матеріалів, вивчення процесів фазоутворення в евтектичних системах на основі інтерметалідів та отримання жаростійких покриттів з них” (держреєстрація № 0107U000134); „Дослідження структури і властивостей наноструктурованих поверхневих шарів, організованих за допомогою темплатів” (держреєстрація № 0107U005515); „Моделювання процесів взаємодії електромагнітного випромінення з регулярними, стохастичними та фрактальними поверхневими наноструктурами” (держреєстрація № 0107U008579).

Метою роботи є розробка методів розрахунку перерізів розсіяння та поглинання ЕМВ в матричних дисперсних системах (МДС) з кульовими включеннями НЧ різних розмірів та фізико-хімічної природи; розрахунок електродинамічного відгуку системи НЧ, розташованих поблизу підкладки у зовнішньому електричному полі; створення упорядкованих наносистем на основі полімерних електретних темплатів, дослідження особливостей формування полімерних нанокомпозитів та нанокристалічних і періодичних лазер-індукованих поверхневих структур.

Задачі дослідження

1. Аналіз впливу підкладки на оптичні властивості НЧ кульової форми із урахуванням мультипольних внесків від міжчастинкової взаємодії та взаємодії з підкладкою; встановлення умов виникнення поверхневих мод в системах НЧ поблизу підкладки та вивчення особливостей взаємодії кульових НЧ різної природи та розмірів з ЕМВ.

2. Розрахунок частотних залежностей ефективної діелектричної проникності (ДП) та коефіцієнта поглинання ЕМВ в МДС з кульовими включеннями різної фізико - хімічної природи та будови з врахуванням мультипольної взаємодії між ними.

3. Дослідження структури, закономірностей фрактальної агрегації гібридних полімервмісних органо-неорганічних нанокомпозитів, розробка методик виготовлення електретних полімерів, тонкоплівкових електрофотографічних реєструвальних середовищ для формування темплатів та дослідження їх властивостей.

4. Аналіз процесів утворення лазер-індукованих поверхневих нанокристалічних та періодичних структур, дослідження механізмів їх формування та розрахунок теплових ефектів, викликаних впливом лазерного випромінення на поверхневі шари твердих тіл.

Предметом дослідження є закономірності електродинамічного відгуку системи НЧ поблизу поверхні твердих тіл та МДС на їх основі на зовнішнє ЕМВ; особливості фізичних процесів у наноструктурних системах, полімерних нанокомпозитах та поверхневих шарах матеріалів різної природи при взаємодії з ЕМВ.

Об'єктом дослідження є фізичні ефекти, що виникають при взаємодії ЕМВ з нанорозмірними структурами та поверхневими шарами матеріалів різної природи.

Методи дослідження: чисельно - аналітичні розрахунки електродинамічного відгуку в електростатичному наближенні, широко- та малокутова рентгенівська дифрактометрія, просвічуюча електронна мікроскопія, Оже-спектроскопія, скануюча атомно-силова мікроскопія.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Для системи «кульова НЧ над підкладкою» встановлено, що у зовнішньому полі Е має місце зміщення і розщеплення резонансної частоти поверхневого збудження НЧ, які залежать від напрямку дії Е. При малих затуханнях в наближенні лоренцівських частотних залежностей діелектричних функцій кульової НЧ та підкладки отримано вирази для поверхневих мод кулі радіуса Rі, що розташована поблизу підкладки на відстані hi. Встановлено частотні залежності поляризовності кульових НЧ, що знаходяться поблизу підкладки. Знайдено вираз для “сил осциляторів” резонансних мод НЧ. Проведена оцінка ступеню трансформації спектра оптичного поглинання D(л) при зміні розмірів НЧ, що знаходяться на різних відстанях від підкладки. Показано, що моношар кульових НЧ на підкладці володіє анізотропними діелектричними властивостями.

2. Показано, що дипольна взаємодія НЧ з підкладкою призводить до розщеплення та зсуву довгохвильового одночастинкового резонансу. За довільної орієнтації поля Е виникають чотири нові резонансні поверхневі моди, які відрізняються одна від іншої як за частотою, так і за оптичною активністю (величиною “сил осциляторів”). Для окремої золотої НЧ (R=20 нм) на золотій підкладці (з урахуванням вищих мультиполів) показано, що довгохвильовий зсув довжини хвилі поверхневого плазмону НЧ (510 нм) складає 80-100 нм.

3. Проведено розрахунок частотних залежностей ефективної діелектричної проникності (ДП) для МДС з кульовими включеннями різної природи в наближенні Максвелла-Гарнетта. Для випадку металевих включень знайдено частоту поверхневого плазмону, яка суттєво залежить від ступеню заповнення (f=v/vo, v ? об'єм, зайнятий включеннями, vo - повний об'єм системи). Розраховано поправку до формули Максвелла-Гарнетта з урахуванням парної дипольної взаємодії між включеннями. В електростатичному наближенні розраховано переріз екстинкції Qext(л,q) світла невзаємодіючими НЧ срібла з оболонкою оксиду срібла Ag2O, які знаходились в мезопористій кремнеземній матриці.

4. Розроблено методику формування електретних темплатів на основі фоточутливих нанокомпозиційних матеріалів, що містять 1,5 мас.% CdSe та 2,4,7-тринітро-9-флуоренону, в електрофотографічному процесі. Показано, що розташування та симетрія осаджених на поверхню електретного темплату кластерів Au, одержаних напиленням у вакуумі, задаються топологією світлового поля голограми, яке використане для формування темплату. Запропоновано механізм самовпорядкування кластерів під час напилення Аu на поверхню темплату, що полягає у електрокінетичному русі атомів у локальному електричному полі Е=120 МВ/м поблизу поверхні та їх адсорбції на поверхні з утворенням наноострівців.

5. Проаналізовано процес утворення лазер-індукованих поверхневих періодичних структур при накладанні на поверхню твердого тіла інтерференційних картин, що утворюється кількома лазерними пучками. Розроблено метод розв'язку нестаціонарної задачі теплопровідності для періодичної системи джерел і розраховані теплові поля та швидкість зміни температури у часі в приповерхневих шарах різної природи. Розроблено фізичну модель формування гартівних напружень та визначено середні значення компонентів тензора напружень для нанокристалічних сплавів, отриманих різними методами (гартування розтопу, газотермічне напилення).

Практичне значення одержаних результатів визначається можливістю використання одержаних результатів при розробці принципів створення нових багатофункціональних матеріалів з наперед заданими електродинамічними властивостями. Такі матеріали можуть знайти і вже знаходять застосування в наноелектрониці, динамічній голографії, технології напівпровідникового виробництва, проектуванні оптичних елементів (фільтрів, поляризаторів тощо), сонячних батареях, фотоніці, медицині та біології. Так, НЧ золота можуть бути використані в якості сенсорів у живих клітинах, на їх основі можуть бути створені ефективні методики ранньої діагностики онкологічних захворювань. Теоретичне вивчення різноманітних процесів взаємодії НЧ між собою та з поверхнею розділу фаз відіграє важливу роль при поясненні процесів зсідання колоїдів, адсорбції НЧ поверхнею твердого тіла або мембраною клітини і відкриває можливість керування цими процесами.

Розроблено методику одержання носія лікарських засобів (Патент України на винахід № 81734 від 25.01.08.), що включає модифікацію шляхом обробки та полімеризації поверхні носія з ультрадисперсного магнетиту карболанцюговими полімерами (поліакриламідом), які відрізняються тим, що полімеризацію здійснювали у плазмі ВЧ- розряду в атмосфері аргону протягом 1,5-2,0 хв., та виготовлення резистивних сенсорів вологості на основі силікофосфатного нанокомпозиту, у яких значення провідності змінного струму зростають на 2-3 порядки при варіюванні значень відносної вологості середовища від 23 до 96 %. Деякі матеріали дисертації використано у навчальному посібнику В.Ю. Первак, А.П.Шпак, Ю.О. Первак, Л.Ю. Куницька. Фізика фотонних кристалів. - К. Академперіодика, 2007. - 304 с.

Особистий внесок здобувача. Формулювання задач та вибір об'єктів дослідження, обговорення одержаних результатів здійснювалося разом із науковим керівником професором Л.Г. Гречко. Підбір, систематизація та аналіз літературних даних проведено особисто здобувачем. Пошукачка приймала участь у плануванні та проведенні експерименту [1, 6, 8, 11, 12], чисельно аналітичних розрахунках [2-6, 8-10], обговоренні результатів, формуванні висновків та оформленні публікацій [1-18]. Робота [18] виконана самостійно. Обговорення всіх результатів та формулювання висновків проведено із науковим керівником та співавторами опублікованих праць. Здобувач брав участь у написанні публікацій, представленні результатів на конференціях та семінарах різного рівня.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на International meeting “Clusters and Nanostructured Materials CNM'2006”, October 9-12, 2006, Uzgorod; 5th International Conference “Metals, Welding and Powder Metallurgy MET-2007”, September 13-14, 2007, Jurmala, Latvia; міжнародній конференції “Нанорозмірні системи /будова-властивості-технології/ НАНСИС 2007”, 21-23 листопада 2007, Київ; международной конференции HighMatTech 15-19 октября 2007г., Киев; XI Міжнародній конференції „Фізика і технологія тонких плівок та наносистем МКФТТПН-ХІ” 7-12 травня 2007, Івано-Франківськ; Всеукраїнській з міжнародною участю конференції молодих вчених “Наноматеріали в хімії, біології та медицині”, 15-17 травня 2007, Київ; Первой международной научной конференции “Наноструктурные материалы-2008: Беларусь-Россия-Украина”, Минск, 22-25 апреля 2008; Всеукраїнській конференції з міжнародною участю “Хімія, фізика та технологія поверхні наноматеріалів”, 28-30 травня 2008, Київ; Міжнародній конференції “Наноструктурні системи: технологія - структура - властивості - застосування НСС - 2008”, 13-16 жовтня, Ужгород; Міжнародній. IV науковій конференції “Фізика невпорядкованих систем”, 14-16 жовтня 2008, Львів.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 18 наукових праць, з них 11 статей у фахових виданнях, патент України на винахід і 6 тез доповідей на міжнародних наукових конференціях.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел, що містить 184 посилання. Робота викладена на 148 сторінках, включаючи 59 рисунки та 2 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено мету, завдання, предмет і об'єкт дослідження, відображено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, подано відомості про апробації результатів, публікації та структуру і обсяг дисертації.

У першому розділі зроблено критичний огляд літературних джерел, які присвячені дослідженню процесів взаємодії ЕМВ з системою НЧ, що знаходиться поблизу границі розділу фаз. Розглянуто методи розрахунку коефіцієнтів розсіяння та поглинання в МДС з включеннями різної природи. Проаналізовані процеси самоорганізації та утворення кластерів під дією зовнішніх чинників, формування електретних темплатів та особливості взаємодії лазерного опромінення з поверхневими шарами різних матеріалів.

У другому розділі в електростатичному наближенні досліджено особливості електродинамічного відгуку системи НЧ різної природи та розмірів, які знаходяться на поверхні твердих тіл або поблизу границі поділу фаз у зовнішньому електричному полі Е з урахуванням мультипольної взаємодії НЧ між собою та з підкладкою. Вперше розраховано поляризовність двох кульових НЧ різної природи та розмірів, що знаходяться у зовнішньому електричному полі. Досліджено вплив розміру НЧ, відстані їх від поверхні підкладки та природи НЧ на характер частотної залежності поляризовності. Показано, що для модельної системи “діелектрична куля на діелектричній підкладці” у зовнішньому полі Е має місце зміщення і розщеплення резонансної частоти поверхневого збудження, яке залежить від напряму Е. Моношар НЧ на підкладці володіє анізотропними діелектричними властивостями. Дипольна взаємодія НЧ з підкладкою призводить до виникнення чотирьох резонансних поверхневих мод, які відрізняються за частотою та оптичною активністю. Знайдено вираз для поляризовності б окремої кулі поблизу підкладки, який використовується для дослідження впливу підкладки на оптичні властивості кульових НЧ (резонансні частоти, ефективності розсіяння і поглинання та оптична активність - “сили осциляторів” резонансних мод). Значення діелектричних проникностей матеріалу НЧ та підкладки задаються у вигляді:

(1)

де , і _ відповідно плазмонна частота, власна частота та коефіцієнт затухання для матеріалу НЧ, а індексом позначені ті ж величини для матеріалу підкладки. В якості оточення розглядається вакуум або розрідженні гази ().

Резонансні частоти поверхневих мод для кулі поблизу підкладки отримували з умови нескінченого зростання поляризовності кулі при резонансі. Підставляючи значення проникності (1) у вираз для полярізовності кулі б в системі “куля + підкладка”, отримуємо:

. (2)

Після прирівнювання знаменника виразу (2) нулю і деяких перетворень отримуємо алгебраїчне рівняння

, (3)

де _ відстань між центром кулі радіусу і підкладкою, а коефіцієнти а0, а1, а2, а3 визначаються за формулами

, , ,

,

, , .

Розв'язки рівняння (3) являють резонансні частоти та є комплексними величинами. Дійсні розв'язки рівняння (3) знаходили у наближенні нульового затухання ()

. (4)

Вираз (4) передбачає існування чотирьох позитивних значень резонансної частоти. Так, при кожному фіксованому значенні ( або, еквівалентно, ) маємо дві резонансні частоти , які відповідають різним знакам перед квадратним коренем у виразі (4). Отже, маємо два поздовжніх резонанси і два поперечних (m=1). У загальному випадку зовнішнє поле Е, яке орієнтоване довільним чином по відношенню до підкладки і має як поздовжні, так і поперечні компоненти, може збуджувати дипольні моменти кулі при чотирьох різних частотах. Поява чотирьох резонансів пов'язана з розщепленням резонансу поодинокої кулі внаслідок її дипольної взаємодії з підкладкою. Аналіз рівняння (4) дозволяє встановити закономірності і картину розщеплення резонансу кульової НЧ поблизу підкладки (рис. 1). Різні резонансні моди у загальному випадку мають різну оптичну активність: деякі з них можуть спостерігатися експериментально, в той час як інші майже не проявляються. Для аналізу оптичної активності мод використано вирази для сили їх осциляторів. Ці вирази в наближенні нульового затухання отримані з частотної залежності поляризовності кулі поблизу підкладки, зведеної до лоренцевої форми

, (5)

де

 , . (6)

З огляду на тотожність величини та можна інтерпретувати як сили осциляторів мод та відповідно. Згідно виразу (5) оптична активність мод (чисельники в (5)) визначається їх розташуванням відносно власної моди підкладки . Ті з резонансних мод, які розташовані поблизу , виявляються оптично неактивними.

Мультипольна взаємодія у випадку металевих НЧ на металевій підкладці (0=s=0) призводить до зміни електродинамічних властивостей як НЧ, так і поверхонь - перерозподілу зарядів, зсуву положення піків та зміни інтенсивності поглинання. Характер поглинання залежить від ефективних діелектричних проникностей НЧ, середовища, підкладки та фізико-хімічного стану поверхонь. На рис. 2 та рис. 3 приведені розрахунки зміни форми спектрів оптичного поглинання у залежності від ступеню мультипольної взаємодії.

Показано, що наявність діелектричної оболонки на кульовій металевій НЧ призводить до зсуву частоти поверхневого плазмону (ПП). Коли ДП оболонки більше за діелектричну проникність середовища, резонансна частота зменшується. У протилежному випадку відбувається зсув резонансної частоти в бік збільшення. У випадку тонких оболонок (плівок) зсув частоти ПП прямо пропорційний її товщині. Розраховано перетини екстинції Qext(,q) світла НЧ срібла радіусом 530 нм з оболонкою з оксиду срібла Ag2O. Показано, що зменшення товщини оксидного шару призводить до зростання поглинання ЕМВ (довжина хвилі ~ 410 нм) поверхневими плазмонами НЧ срібла та зсуву піку в короткохвильову область.

У третьому роздіді в електростатичному наближенні отримано вирази для поляризуємості двох НЧ з урахуванням мультипольної взаємодії між ними, розраховано частоти поверхневих мод для двошарової металевої кульової НЧ та двох кульових НЧ (R1?R2), які розміщенні на відстані d. Розраховано поляризовність багатошарової НЧ, спектральні залежності та ? для НЧ з ядром Ag та золотою оболонкою та показано, що наявність оболонки призводить до появи двох максимумів . Для МДС з кульовими включеннями в наближенні Максвелла-Гарнетта знайдено частотні залежності ефективної ДП (табл.) для різних видів діелектричних функцій включень. Визначені частоти ПП для випадку МДС з кульовими включеннями.

Встановлено, що при наявності структури (шаруватості) в НЧ або міжчастинкової взаємодії відбувається розщеплення одночастинкового резонансу ПП, величина якого пропорційна значенню відповідного параметру розв'язку для конкретної задачі: у випадку двошарової НЧ таким параметром є f - відношення об'ємів ядра кулі до її повного об'єму, а у випадку двох НЧ - відстань між їх центрами d. Для двошарової біметалевої кулі спостерігаються дві частоти ПП: частота ПП на границі куля в оболонці - оточуюче середовище та гібридна частота щ12 на границі ядро - оболонка. Для випадку двох НЧ внаслідок взаємодії між собою відбувається розщеплення частоти ПП окремої НЧ на чотири частоти, з яких не всі є оптично активними. Величина кожної з цих частот залежить від напряму зовнішнього поля E0 по відношенню до прямої, яка з'єднує центри куль, та від взаємодії НЧ між собою. Для випадку R1 = R2 частот ПП дві. У випадку МДС з кульовими металевими НЧ частоти ПП в такій системі залежать від ступеню заповнення f, із збільшенням якого частота ПП зменшується. Це має місце лише при малих значеннях f<0,1. При значних концентраціях включень f>0,1 потрібно враховувати мультипольну взаємодію між включеннями.

Розроблено методику розрахунку мультипольної поляризовності б багатошарової кулі. Для біметалевої НЧ із срібним ядром і золотої оболонки знайдені спектральні залежності б(щ) та ефективної ДП (щ) МДС з такими включеннями у наближенні Максвелла-Гарнетта. Показано, що наявність металевої оболонки приводить до розщеплення резонансних довжин хвиль, які відповідають ПП. Проведено узагальнення методики розрахунку на МДС з двошаровими кульовими включеннями з врахуванням парної мультипольної взаємодії між включеннями та розподілу їх за розмірами. Показано, що формула для знаходження має вигляд, аналогічний до випадку МДС з однорідними кульовими включеннями із заміною поляризовності суцільної кулі на поляризовність двошарової кулі. З урахуванням лише диполь-дипольної взаємодії це має місце і для МДС з багатошаровими кульовими включеннями. Знайдено, що у випадку металевого ядра внаслідок взаємодії пік ПП поглинання розщеплюється на два піки.

У четвертому розділі наведені результати комплексних досліджень структури, закономірностей фрактальної агрегації гібридних полімервмісних органо-неорганічних нанокомпозитів, методи виготовлення електретних полімерів, тонкоплівкових електрофотографічних реєструвальних середовищ для формування як рельєфних, так і електретних темплатів та дослідження їх властивостей.

На основі електронно-мікроскопічних досліджень та аналізу кривих мало- кутового рентгенівського розсіяння встановлено закономірності зміни фрактальної розмірності D, розмірів та морфології фрактальних агрегатів в залежності від хімічного складу, режимів отримання та обробки гібридних нанокомпозитів. Показано, що формування органо-неорганічних полійонвмістких золь-гель нанокомпозитів призводить до багаторівневих фрактально-агрегованих структур, параметри яких залежать від складу вихідного золя, режимів його отримання та обробки. Це дало змогу розробити модельні уявлення багаторівневої фрактальної впорядкованості досліджуваних нанокомпозитів. На основі силікофосфатного нанокомпозиту запропоновано виготовлення резистивних сенсорів вологості, у яких значення провідності змінного струму зростають на 2-3 порядки при варіюванні значень відносної вологості середовища від 23 до 96%.

Досліджено можливість упорядкування кластерів Аu на поверхні фотопровідних карбазольвмістних органічних нанокомпозитів. Фотопровідний шар одержували спільною конденсацією на скляній підкладці з шаром електропровідного оксиду олова молекулярних пучків CdSe, 2,4,7-тринітро-9-флуоренону та продуктів мономеру N-вінілкарбазолу. Зразок з плівкою нанокомпозиту розміщували поблизу аноду коронуючого пристрою у повітряній атмосфері. В результаті осадження іонів на поверхні плівки формували однорідно розподілений поверхневий заряд. Формування локалізованого заряду в плівці нанокомпозиту здійснювали електрофотографічним методом при експозиції зразка голограмою за трипроменевою схемою. Автоматична реєстрація голограм на плівці нанокомпозиту включала три основні стадії (рис. 4). При експозиції світлом плівки нанокомпозиту в електричному полі Е плоского конденсатора відбувається фотогенерація носіїв струму та виникає фотопровідність, густина зарядів якої є модульованою інтенсивністю світлового поля. Після завершення експозиції на поверхні плівки формувався неоднорідний розподіл поверхневого заряду. На поверхню сформованого електретного темплату термічним методом напилювали золото, що конденсувалось у вигляді кластерів виключно в областях максимальної напруженості локального поля захопленого заряду в фотопровідній плівці (рис. 5, 6). Механізмом самовпорядкування Аu під час термічного напилення на поверхню електретного темплату є рух атомів пучка у локальному електричному полі Е=150 МВ/м. В області градієнту електричного поля темплату у атомів Аu виникає дипольний момент, що спричинює їх транспорт до областей поверхні плівки, де локалізовано заряд. Направленний транспорт поляризованих частинок Аu відбувається у напряму градієнта електричного поля Е. Розміри та об`єм осаджених кластерів Аu визначається інтенсивністю пучка та часом напилення.

Розташування та симетрію осаджених кластерів можна змінювати шляхом варіювання топологією світлового поля голограми, що використовується для формування електретного темплату. У випадку використання лазерів, що випромінюють у короткохвильовій області, можливо формувати структури кластерів з періодом 80-120 нм. На поверхні таких темплатів можливе осадження не лише металів, а й широкого кола органічних та неорганічних сполук шляхом напилення у вакуумі або осадження з газової та рідкої фаз.

У п'ятому розділі аналізуються механізми формування просторово-періодичних структур різної природи на поверхні твердих тіл під дією лазерного випромінення. Викладено методику визначення просторово-часового розподілу температурних полів та швидкостей нагріву твердих тіл під дією періодичної системи джерел, створених лазерним випроміненням. Приведено результати розрахунків теплових полів та швидкості нагріву-охолодження для тривалого і короткочасного імпульсів. Описано фізичну модель формування гартівних напружень та методику дослідження теплопровідності шаруватих покриттів.

Для з'ясування впливу параметрів імпульсного лазерного випромінення та теплофізичних характеристик матеріалів на просторово-часовий розподіл температур методом кінцевих різниць проведено розрахунки кривих нагрів-охолодження поверхневих шарів металевих сплавів при опроміненні лазерними імпульсами прямокутної, трикутної та трапецеїдальної форми. Встановлено, що максимальні швидкості охолодження досягаються при опроміненні поверхні матеріалів лазерними імпульсами трикутної форми. ТТТ- діаграми бінарних та багатокомпонентних металевих сплавів евтектичного типу дозволили здійснити оптимізацію параметрів лазерного опромінення для отримання аморфних та нанокристалічних поверхневих шарів максимальної товщини. На прикладі системи Fe-B, Ni-Nb, Fe-Ni-B досліджено закономірності структуроутворення в залежності від параметрів лазерного опромінення. Встановлено, що для аморфізації поверхневих шарів сплавів евтектичного складу при лазерному опроміненні необхідні швидкості охолодження на один-два порядки більші, ніж при методі гартування розтопу на швидкообертаючий диск. Це пов'язано з необхідністю пригнічення епітаксійного росту кристалічних зародків.

Розроблено модель виникнення напружень в аморфних структурах. Показано, що неоднорідний характер розподілу напружень визначається умовами формування сплавів, а розкид значень і в різних мікрооб'ємах поверхневих шарів досягає десятки МПа.

Наявність неоднорідного розподілу напружень призводить до виникнення концентраційних неоднорідностей у різних мікрооб'ємах, а за ізотермічних відпалів внаслідок дифузійної рухливості на поверхні загартованих шарів виникають кластерні утворення. Доведено, що в нанокристалічних сплавах, отриманих швидким гартуванням з розтопу, величини пружної енергії матриці та енергії поверхневого натягу структурної неоднорідності ?Н близькі за значеннями та залежно від складу, режимів одержання становлять 5...20 кДж/моль. Дефекти будови, характер зміни пружної енергії та поля напружень у значній мірі визначають кінетику та механізм структурної релаксації та кристалізації аморфних сплавів. Для бінарних та багатокомпонентних нанокристалічних сплавів типу MeI-MeII-ХI-ХII, що сформовані за оптимальних режимів плазмово-дугового напилення, середні значення гартівних напружень i та дисперсії I нижчі, ніж для сплавів ідентичного хімічного складу, отриманих швидким гартуванням з розтопу. Різний характер просторового розподілу деформаційних полів в значній мірі визначають кінетику процесів структурної релаксації та кристалізації, а також механізми атомних упорядкувань та фазових перетворень.

Доведено, що при взаємодії потужних лазерних імпульсів різної тривалості (с) з поверхнею різних матеріалів спостерігається утворення специфічних деформаційно-лазер-індукованих періодичних структур, які зберігаються і після закінчення дії імпульсу. На процес формування періодичних індукованих поверхневих структур істотно впливають дифузійні процеси, які відбуваються у полях неоднорідних напружень.

Досліджено процес розігріву поверхневих шарів матеріалів кількома лазерними пучками. Для довільної часової залежності лазерного імпульсу отримано розв'язки початково-крайових задач нестаціонарного рівняння теплопровідності, які дозволяють визначати просторово-часовий розподіл температури та швидкості її зміни у приповерхневих шарах матеріалів різної природи (рис. 7-8). Для двовимірної періодичної структури з джерелами, що діють в межах кола, радіусу r = 0,2а з гаусовим розподілом інтенсивності пучка отримано розв'язок початково-крайових задач для нестаціонарного рівняння теплопровідності у вигляді збіжних рядів і невласного інтегралу. Для ступінчатого імпульсу тривалої дії та миттєвого імпульсу знайдено просторово-часовий розподіл температури на поверхні матеріалів. Показано, що стаціонарний режим встановлюється досить швидко (для безрозмірного часу це становить приблизно t0,25). Розроблена методика розрахунку теплових полів може бути використана у процесі визначення та вдосконалення режимів лазерної обробки матеріалів різної природи з метою створення заданих просторово-періодичних поверхневих структур з подальшим їх застосуванням у нанотехнологіях.

Показано, що під дією лазерних пучків за відповідних режимів опромінення на поверхні Cu2S формуються просторово-періодичні структури, властивості яких залежать від інтенсивності лазерного випромінення і абляційних характеристик напівпровідника. Виявлено, що за певних режимах лазерного випромінення на поверхні Cu2S утворюються кластери міді.

Основні результати та висновки

Встановлено закономірності впливу підкладки на ступінь поляризовності та оптичні властивості наночастинки кульової форми. Отримано вираз для тензору поляризованості для випадку знаходження однієї і двох кульових наночастинок різних розмірів (R1 і R2) над підкладкою. У відсутності затухання в наближенні лоренцевих частотних залежностей діелектричних функцій кулі та підкладки отримано вирази для поверхневих мод кулі радіусу Ri, розташованої поблизу підкладки на відстані Hі. Встановлено частотні залежності поляризованості кульових наночастинок, які знаходяться поблизу підкладки. Знайдено вираз для сил осциляторів резонансних мод кулі.

В електростатичному наближенні досліджено вплив різних чинників на зсув частот поверхневого плазмонного резонансу в системах суцільних кульових наночастинок Ag і наночастинок з оболонкою з оксиду срібла. Встановлено, що врахування розмірної поправки у поверхневе розсіяння при відомій частотній залежності діелектричної функції срібла стає істотним, коли радіус наночастинок Ri 30 нм. При довжинах хвиль близьких до плазмонного резонансу (срібло у склі 355 нм) уявна частина діелектричної проникності для наночастинок з Ri5 нм може збільшуватись у декілька разів, що призводить до зростання поглинання. Наявність діелектричної оболонки на кульовій металевій наночастинці приводить до зсуву частоти поверхневого плазмону. Якщо діелектрична проникність оболонки більше за діелектричну проникність середовища, резонансна частота зменшується. У випадку тонких оболонок зсув частоти поверхневого плазмону прямо пропорційний її товщині.

3. Доведено, що дипольна взаємодія наночастинки з підкладкою призводить до розщеплення та зсуву одночасткового резонансу. При цьому виникають чотири резонансні поверхневі моди, які різняться одна від одної як за частотою, так і за оптичною активністю. Встановлено, що врахування вищих мультиполів призводить як до подальшого зсуву піку поглинання, так і зміни його величини.

4. При наявності структури (шаруватості) в наночастинках або міжчастинкової взаємодії, відбувається розщеплення одночастинкового резонансу, величина якого пропорційна значенню відповідного параметру задачі: у випадку двошарової наночастинки таким параметром є f - відношення об'єму ядра кулі до її повного об'єму, а у випадку двох частинок - відстань між їх центрами d. Для двошарової біметалевої кулі спостерігаються дві частоти поверхневого плазмону: частота поверхневого плазмону на границі куля в оболонці оточуюче середовище та гібридна частота щ12 на границі ядро оболонка. Для випадку двох наночастинок внаслідок взаємодії між собою відбувається розщеплення частоти поверхневого плазмону окремої наночастинки на чотири частоти. Величина кожної з цих частот залежить від напрямку зовнішнього поля Е0 по відношенню до прямої, яка з'єднує центри куль та від взаємодії наночастинок між ними. У цьому випадку виникає чотири частоти, однак, не всі вони є оптично активними. Для випадку R1=R2 частот поверхневого плазмону дві. У випадку матричних дисперсних систем з кульовими металевими наночастинками частоти поверхневого плазмону залежать від ступеню заповнення f, із збільшенням якого частота поверхневого плазмону зменшується. Це має місце лише при значеннях f<0,1. При значних концентраціях включень f>0,1 потрібно враховувати мультипольну взаємодію між включеннями.

5. Розроблено методику формування електретних темплатів на основі 1,5 мас.% CdSe та 2,4,7-тринітро-9-флуоренону в електрофотографічному процесі. Встановлено, що розташування та симетрія осаджених на поверхню електретного темплату кластерів Au, задаються топологією світлового поля голограми, яке використане для формування темплату. Зміна топології поля голограми дозволяє формувати кластери Au з певним просторовим упорядкуванням та розмірами. Механізм самовпорядкування кластерів Аu на поверхні темплату полягає у електрокінетичному русі атомів Аu у локальному електричному полі Е=120 МВ/м поблизу поверхні та їх адсорбції з утворенням наноострівців.

6. Досліджено процес розігріву поверхневих шарів матеріалів кількома лазерними пучками, що утворюють просторово-періодичні лазер-індуковані поверхневі структури. Отримано нестаціонарне рівняння теплопровідності, що описує цей процес. Для довільної часової залежності лазерного імпульсу отримано розв'язки початково-крайових задач нестаціонарного рівняння теплопровідності, які дозволяють визначати просторово-часовий розподіл полів температури, швидкості розігріву поверхневих шарів матеріалів різної природи та оптимізувати параметри лазерного опромінення (потужність, форму та тривалість лазерного імпульсу). Розроблено фізичну модель формування гартівних напружень та визначено середні значення компонентів тензора напружень для нанокристалічних сплавів, отриманих різними методами (гартування розтопу, газотермічне напилення).

7. Запропоновано спосіб одержання носія лікарських препаратів, що включає модифікацію шляхом обробки та полімеризації поверхні носія з ультрадисперсного магнетиту карболанцюговими полімерами (поліакриламідом), які відрізняються тим, що полімеризацію здійснювали у плазмі ВЧ- розряду в атмосфері аргону протягом 1,5-2,0 хв., та виготовлення резистивних сенсорів вологості на основі силікофосфатного нанокомпозиту, у яких значення провідності змінного струму зростають на 2-3 порядки при варіюванні значень відносної вологості середовища від 23 до 96 %.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Бурмистр М.В. Синтез, структура и физико-механические свойства полимерных нанокомпозитов на основе термопластичных полимеров и слоистых силикатов, модифицированных полимерными четвертичными аммониевыми солями / Бурмистр М.В., Сухой К.М., Гомза Ю.П., Куницкая Л.Ю., Томило В.И., Несин С.Д., Сперкач С.А., Леонов Д.С. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. ? 2006. ? Т.4, № 2. ?С. 301-310.

2. Гоженко В.В. Поверхневі моди малих частинок на межі розділу фаз / Гоженко В.В., Гончарук Ю.С., Гречко Л.Г., Куницька Л.Ю. // Вісник Київського університету, сер. фіз.-мат. наук. ? 2006. ? № 4. ? С.406-415.

3. Гречко Л.Г. Оптические свойства наночастиц на границе раздела фаз. / Гречко Л.Г., Горбик П.П., Водопьянов Д.Л., Гоженко В.В., Куницкая Л.Ю., Шпак А.П. [под ред. Шпака А.П., Горбика П.П.] // Физико-химия наноматериалов и супрамолекулярных структур: в 2 томах, том 2 /- Киев: Наук. думка, 2007. - с.9-30.

4. Гречко Л.Г. Індуковані лазерними пучками поверхневі періодичні структури / Гречко Л.Г., Лерман Л.Б., Семчук О.Ю., Лющенко М.О., Куницька Л.Ю. // Вісник Київського університету, сер. фіз.-мат. наук ? 2007. ? № 3. ? С.282-289.

5. Гречко Л.Г. Поверхностные моды в ансамблях малых частиц (МЧ) / Гречко Л.Г., Горбик П.П., Гончарук Ю.С., Куницкая Л.Ю. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. - 2007. ? Т. 5, № 1. ? С.1-16.

6. Шпак А.П. Періодичні структури, індуковані на поверхні твердих тіл інтерференцією лазерних жмутів. Теплові ефекти / Шпак А.П., Гречко Л.Г., Куницька Л.Ю., Лерман Л.Б., Семчук О.Ю. //Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. ?2007. ? Т. 5, № 3. ? С. 683-718.

7. Гринько Д.О. Темплат як інструмент групової нанотехнології / Гринько Д.О., Барабаш Ю.М., Борщагівський Є.Г., Заболотний М.А., Куницька Л.Ю., Литвин О.С., Сперкач С.О., Барабаш М.Ю. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. ? 2008. ? Т. 6, № 1. ? С. 91-103.

8. Шпак А. П. Напруження в аморфних та нанокристалічних матеріалах / Шпак А.П., Нечитайло А.Я., Куницька Л.Ю., Леонов Д.С., Дзюба Л. Г., Барабаш М.Ю. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. ? 2008. ? Т. 6, № 1. ? С. 211-230.

9. Гречко Л.Г. Поверхневі моди малих частинок (НЧ) та матричних дисперсних систем (МДС) на їх основі / Гречко Л.Г., Грищук О.Ю., Куницька Л.Ю. // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. ? 2008. ? Т. 6, № 3. ? С.775-784.

10. Гречко Л.Г. Поглинання електромагнетного випромінення в матрично-дисперсних системах з багатошаровими кулястими включеннями / Гречко Л.Г., Грищук О.Ю., Куницька Л.Ю., Лерман Л.Б., Лющенко М.О. // Металлофиз. новейшие технол. ? 2008. ? Т.30, № 6. ? C. 789-804.

11. Барабаш М.Ю. Измерение теплопроводности теплозащитных покрытий / Барабаш М.Ю., Белоусов И.В., Куницкая Л.Ю., Мартынчук Э.Л. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. ? 2008. ? Т. 74, № 5. ? С.35-39.

12. Патент України на винахід №81734. Спосіб одержання носія лікарських засобів / Горбик П.П., Петрановська А.Л., Горобець С.В., Куницька Л.Ю., Васильєва О.А.; власник Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України. - заявл. 28.12.2006; опубл. 25.01.2008, Бюл. № 2.

13. Структурно-неоднорідні кульові частинки в електричному полі / Лерман Л.Б., Куницька Л.Ю., Водоп'янов Д.Л. // матер. Международн. конф. молод. ученых „Наноматериалы в химии, биологии и медицине”, 15-17.05. 2007. ? Київ. ? С.84-85.

14. Періодичні структури, індуковані на поверхні твердих тіл інтерференцією лазерних пучків / Гречко Л.Г., Куницька Л.Ю., Лерман Л.Б., Лющенко М.О., Семчук О.Ю. // матер. конф. „Нанорозмірні системи /будова-властивості-технології /НАНСИС 2007”, 21-23.11, 2007. ? Київ. ? С.80.

15. Theory of laser irradiation interaction with condensed matter / Semchuk O.Yu., Kunitskaja L.Yu., Grechko L.G. // матер. Первой международн. науч. конф. «Наноструктурные материалы-2008: Беларусь-Россия-Украина», 22-25 апреля 2008. ? Минск. ? С.78.

16. Поверхностные моды в ансамбле малых частиц / Гречко Л.Г., Куницкая Л.Ю. // матер. Первой международн. науч. конф. «Наноструктурные материалы-2008: Беларусь-Россия-Украина», 22-25 апреля 2008. ? Минск. ? С. 166.

17. Поглинання електромагнітного випромінення наноструктурними системами / Гречко Л.Г., Куницкая Л.Ю., Грищук О.Ю., Шкода Н.Г. // матер. Всеукр. конф. з міжнародн. участю «Хімія, фізика та технологія поверхні наноматеріалів», 28-30 травня 2008. ? Київ. ? С.45.

18. Взаємодія електромагнітного випромінення з кластерами різної природи на границі розділу фаз / Куницкая Л.Ю. // матер. Міжнародн. IV наук. конф. «Фізика невпорядкованих систем», 14-16 жовтня 2008. ? Львів. ? С.124.

розсіяння поглинання наночастинка електромагнітний

АНОТАЦІЯ

Куницька Л.Ю. Взаємодія електромагнітного випромінення з наноструктурними системами різної природи на границі розділу фаз. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07- фізика твердого тіла.- Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна, 2008.

Вдосконалено чисельно-аналітичні методи розрахунку перерізів розсіяння та поглинання електромагнітного випромінення на багатошарових наночастинках, що знаходяться поблизу підкладки. Досліджено кульові наночастинки, що складаються з довільної кількості шарів з різними діелектричними проникностями еі, наночастинки зі змінною діелектричною проникністю вздовж радіальної координати. Досліджено вплив різних чинників на зсув частот поверхневого плазмового резонансу в суцільних наночастинках Au, Ag та наночастинках з оксидною оболонкою. Розроблено метод знаходження ефективної діелектричної проникності матричних дисперсних систем з двошаровим включеннями кульової форми.

Розроблено методику формування електретних темплатів на основі фоточутливих нанокомпозиційних матеріалів, що містять 1,5 мас.% CdSe та 2,4,7-тринітро-9-флуоренону, в електрофотографічному процесі. Показано, що розташування та симетрія осаджених на поверхню електретного темплату кластерів Au, одержаних напиленням у вакуумі, задаються топологією світлового поля голограми, яке використане для формування темплату. Запропоновано механізм самовпорядкування кластерів під час напилення Аu на поверхню темплату, що полягає у електрокінетичному русі атомів у локальному електричному полі Е=120 МВ/м поблизу поверхні та їх адсорбції на поверхні з утворенням наноострівців.

Проаналізовано процес утворення лазер-індукованих поверхневих періодичних структур при накладанні на поверхню твердого тіла інтерференційних картин, що утворюється кількома лазерними пучками. Розроблено метод розв'язку нестаціонарної задачі теплопровідності для періодичної системи джерел і розраховані теплові поля та швидкість зміни температури у часі у приповерхневих шарах різної природи. Розроблено фізичну модель формування гартівних напружень та визначено середні значення компонентів тензора напружень для нанокристалічних сплавів, отриманих різними методами (гартування розтопу, газотермічне напилення).

Ключові слова: наночастинки, наносистеми, межі поділу фаз, електромагнітне випромінення, поверхневі плазмони, темплати, лазер-індуковані періодичні структури.

АННОТАЦИЯ

Куницкая Л.Ю. Взаимодействие электромагнитного излучения с наноструктурными системами разной природы на границе раздела фаз. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07- физика твердого тела.- Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина, 2008.

Исследовано влияние разных факторов на сдвиг частот поверхностного плазмонного резонанса в системах сплошных сферических наночастиц (НЧ) и НЧ с оболочкой. Установлено, что учет размерной поправки поверхностного рассеяния при известной частотной зависимости диэлектрической функции становится существенным, когда радиус НЧ Ri<30 нм. При длинах волн, близких к плазмонному резонансу (серебро в стекле 355 нм) мнимая часть диэлектрической проницаемости для НЧ с радиусом Ri<5 нм увеличивается в несколько раз, что приводит к увеличению поглощения. Наличие диэлектрической оболочки на сферической металлической НЧ приводит к сдвигу частот поверхностных плазмонов (ПП). Если диэлектрическая проницаемость (ДП) оболочки больше ДП среды, резонансная частота уменьшается. В случае тонких оболочек сдвиг частот ПП прямо пропорционален ее толщине.

В электростатическом приближении установлены закономерности влияния подложки на степень поляризованости и оптические свойства сферических НЧ. Получено выражение для тензора поляризованости при расположении одной и двух сферических НЧ разных размеров (R1 і R2) над подложкой. В отсутствии затухания в приближении лоренцевых частотных зависимостей диэлектрических функций НЧ и подложки получены выражения для поверхностных мод НЧ радиуса Rі, расположенной вблизи подложки на расстоянии Hі. Установлены частотные зависимости поляризуемости () сферических НЧ, которые находятся вблизи подложки. Найдено выражение для “сил осцилляторов” резонансных мод НЧ.

Показано, что дипольное взаимодействие НЧ с подложкой приводит к расщеплению и сдвигу одночастичного резонанса. При этом возникают четыре резонансных поверхностных моды, которые отличаются одна от другой как частотой, так и оптической активностью. Установлено, что учет высших мультипольных взаимодействий приводит как к сдвигу пика поглощения, так и изменения его величины. В случае МДС со сферическими металлическими НЧ частоты ПП зависят от степени заполнения f, с увеличением которого частота ПП уменьшается. Это имеет место только при значениях f<0,1, а при f>0,1 необходимо учитывать мультипольное взаимодействие между включениями.

Разработана методика формирования электретных темлатов на основе 1,5 мас.% CdSe и 2,4,7-тринитро-9-флуоренона в электрофотографическом процессе. Установлено, что расположение и симметрия осажденных на поверхность электретного темплата кластеров Au, задаются топологией светового поля голограммы, которое использовано для его формирования. Изменение топологии поля голограммы дает возможность формирования кластеров Au с определенным пространственным упорядочением и размерами. Механизм самоорганизации кластеров Аu на поверхности темплата заключается в электрокинетическом движении атомов пучка в локальном электрическом поле Е=120 МВ/м вблизи поверхности и их адсорбции с образованием наноостровков.

Исследован процесс разогрева поверхности различных материалов несколькими лазерными пучками. Получено нестационарное уравнение теплопроводимости, которое описывает этот процесс. Для произвольной временной зависимости лазерного импульса получены решения этого уравнения, которые позволили установить пространственно-временное распределение температуры и скорости разогрева в приповерхностных слоев различных материалов. Разработана физическая модель формирования закалочных напряжений и определены средние значения компонентов тензора напряжений для сплавов, полученных разными методами (быстрой закалкой из расплава, плазменно-дуговым напылением).

Предложен способ получения носителя лекарственных препаратов, который включает модификацию путем обработки и полимеризации поверхности носителя из ультрадисперсного магнетита карбоцепными полимерами (полиакриламидом), который отличается тем, что полимеризацию осуществляют в плазме ВЧ- разряда в атмосфере аргона в течение 1,5-2,0 мин. и изготовления резистивных сенсоров влажности на основе силикофосфатного нанокомпозита, в которых значения проводимости переменного тока растут на 2-3 порядка при варьировании значений относительной влажности среды от 23 до 96 %.

Ключевые слова: наночастицы, наносистемы, граница раздела фаз, электромагнитное излучение, поверхностные плазмоны, темплаты, лазер-индуцированные периодические структуры.

SUMMARY

Кunitska L.Yu. Interaction of electromagnetic radiation with nanostructured systems of various nature on the phases boundaries.

The thesis for Candidate degree on Physic and Mathematic Sciences, speciality 01.04.07 - Solid State Physics. - Kyiv Taras Shevchenko national University, Kyiv, 2008.

The numerical and analytical methods for the calculation of the scattering and absorption sections of electromagnetic radiation on the multilayer nanoparticles located near the substrate are improved. The spherical nanoparticles consisted of an arbitrary number of layers with different dielectric capacity еі, nanoparticles with variable dielectric capacity along the radial coordinate are investigated. The influence of different factors on the frequencies shift of surface plasmon resonance in the continuous Au, Ag nanoparticles and nanoparticles with oxide shell is investigated. The method for obtaining the effective dielectric capacity of the matrix dispersion systems with spherical two-layer inclusions is developed.

Technique for the formation of electric templates on the basis of photosensitive nanocomposite materials containing in electrophotographic process is developed. There templates contain 1,5 wt.% of CdSe and 2,4,7-trinitro-9-fluorenon. The arrangement and symmetry of Au clusters deposited on electret template by the vacuum deposition, are shown to govern by the topology of the hologram light field, which is used for the template formation. Mechanism of the cluster self-ordering during Au deposition on a template is proposed. This mechanism consists in electrokinetic motion of atoms in the local electric field Е?120 МV/m near the surface and their adsorption with nanoislands' formation.

...