Введение к работе
Актуальноегь темы, Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью решения задач теоретического описания спектральных и колористических свойств систем малых металлических частиц и использованием полученных результатов при решении практических задач создания, оптимизации и прогнозирования новых композиционных материалов на основе удьфадисперсных сред (Свиридов и др., 1987, Артемьев, 1988).
Существует целый ряд теоретических работ, в которых анализ влияния параметров микроструктуры на цвет металлических коллоидов выполнен в приближении однократного рассеяния света (см., например, Кегкег, 1985). Вместе с тем, учет многократного рассеяния света в таких средах становится весьма существенным при описании спектральных и колористических свойств образцов с достаточно высокой объемной концентрацией частиц, которая необходима для получения насыщенных (ярких) цветов.
Оптические свойства ультрадисперсных металлических частиц (УМЧ) таковы, что вклад рассеяния в общее ослабление излучения при увеличении размеров частиц в области от 10 до ІООїш оказывается довольно значительным (например, до 70% в максимуме ослабления света, соответствующем возбуждению первой поверхностной моды в частицах серебра с размерами 50нм). При этом существенное влияние на формирование спектральных и колористических характеристик систем малых металлических частиц при вариации параметров микроструктуры в условиях многократного рассеяния излучения может оказывать зависимость соотношеция рассеянного и поглощенного чаешцами света от их размера (Kerker, 1985)
Задача, связанная с изучением влияния на рассматриваемые характеристики размерного эффекта (то есть зависимости комплексного показателя преломления частиц от их размера) так же представляет интерес с точки зрения оптимизации спектральных и колористических свойств дисперсных систем типа коллоидов малых металлических частиц.
При исследованиях различных физических явлений, реализующихся в дисперсных средах, а так же путей оптимизации спектральных и колористических свойств металлических коллоидов всегда возникает проблема определения микроструктуры. Особенно важное значение, однако, она приобретает при изучении размерного эффекта.
В этом случае, параметры, характеризующие взаимодействие между частицами и электромагнитным излучением (оптические постоянные) для частиц с различающимися размерами различны. Поэтому, наличие распределения по размерам приводит к статистическому усреднению физических параметров, результат которого зависит от вида функции распределения частиц по размерам. При этом изменение параметров функции распределения может приводить не только к количественному, но и качественному изменению свойств ультрадисперсних сред (Морохов, Трусов и Лаповок, 1982).
Обычно при изучении размерного эффекта, определение спектра размеров частиц производится независимыми методами электронной микроскопии или методами, использующимися в физике твердого тела (например, рентгеноструктурный анализ). Представляет также интерес получище информации о функции распределения частиц по размерам (ФРЧ) методами светорассеяния или спектрального поглощения, в том числе на основе тех измерений, которые используются при изучении оптических проявлений размерного эффекта. С одной стороны, это позволило бы сократить объем необходимых измерений, а с другой - расширить диапазон подходов к исследованию оптических свойств ультрадисперсных металлических частиц.
Возможности применения методов оптической диагностики для определения параметров микроструктуры ультрадисперсных сред и перспективы их использования для изучения явления размерного эффекта в настоящее время практически не изучены. Это делает весьма актуальным исследование указанных возможностей и перспектив применимости оптических методов к системам УМЧ.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью решения отмеченных задач, которые наряду с общетеоретическим имеют важное научно-практическое значение в оптике УМЧ.
Цель работы состояла в выяснении закономерностей формирования спектральных и колористических характеристик систем УМЧ и расширении диапазона применимости методов оптической диагностики для определения параметров микроструктуры ультрадисперспых металлических сред, а также в использовании этих методов для исследования явления размерного эффекта.
В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы следующие задачи.
1. Исследование закономерностей изменения спектральных и колористических
свойств систем УМЧ под влиянием вариаций параметров их микроструктуры в услови
ях многократного рассеяния света.
-
Анализ информативности спектров показателя ослабления в УФ- и видимом диапазонах спектра относительно параметров микроструктуры систем УМЧ.
-
Разработка программного обеспечения для решения обратной задачи восстановления размерного состава систем УМЧ из оптических измерений.
-
Модификация модели оіраиичсния средней длины свободною пробега электронов проводимости для описания размерного эффекта в системах УМЧ с различной степенью взаимодействия частиц с веществом матрицы.
-
Исследование возможности определения фепомеполопіческих параметров модели, описывающей размерпьш эффект, и функции распределения частиц по размерам из оптических измерений.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Определены закономерности изменения колористических и спектральных характеристик систем УМЧ, связанные с явлениями размерного эффекта и многократного рассеяния света, а также с изменением размеров и концентрации частиц.
-
Впервые установлена возможность использования методов оптической диагностики для определения параметров дисперсного состава систем УМЧ и определены ірани-цы их применимости.
-
Проанализирована точность решения обратной задачи восстановления размерного состава систем УМЧ из спектральных измерений показателя ослабления света.
-
Предложена модификация модели ограничения средней длины свободного пробега электронов проводимости, позволяющая учесть сдвиг максимума плазмонного поглощения спета системами УМЧ.
-
Впервые показана возможность восстановления феноменологических параметров модели, описывающей размерный эффект, в системах УМЧ по спектрам показателя ослабления.
Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что примененная в работе методика расчетов и использованный методологический подход анализа спектральных и колористических свойств коллоидных систем могут найти широкое применение для оптимизации и прогнозирования колористических характеристик систем малых металлических частиц. Разработанная в работе методика определения пара-
метров микроструктуры УМЧ из оптических измерений открывает возможности использования методов оптической диагностики как для оперативного и бесконтактного контроля дисперсного состава сред, образованных УМЧ, так и для исследования явления размерного эффекта.
На защиту выносятся следующие положения.
-
Вариация размеров УМЧ позволяет управлять изменением координат цвета ультрадисперсных металлических коллоидов в относительно ограниченном диапазоне, что обусловлено одновременным возбуждением светом в УМЧ поверхностных мод различного порядка.
-
Размерный эффект в УМЧ и его учет обеспечивает возможность решения обратной задачи восстановления функции распределения по размерам ультрадисперсных металлических частиц из измерений показателя ослабления в ближней УФ - и видимой областях спектра.
-
Предложенная в работе модификация модели ограничения средней длины свободного пробега электронов проводимости позволяет учесть сдвиг максимума плазмонного поглощения света системами УМЧ при описании их оптических свойств и интерпретации результатов измерений спектрального ослабления света.
Личный вклад соискателя. Результаты диссертационной работы, сформулированные в защищаемых положениях и выводах, отражают личный вклад соискателя в проведенные исследования. Научные руководители А. П. Пршпивалко и С. Л. Ощепков принимали участие в выборе темы, постановке конкретных задач исследования и в обсуждении полученных результатов.
Апробация работы. Результаты по теме диссертации были представлены на Международной конференции "Nanomeeting-95" (Минск, 1995), десятой Европейской Аэрозольной конференции (Делфт, Нидерланды, 1996).
Опублнковашюсть результатов. Основные материалы диссертации опубликованы в пяти статьях и одном препринте.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав и выводов и содержит 101 страницу машинописного текста, включая 22 рисунка. Основной текст диссертации дополняется списком цитированной литературы, включающим 120 наименований.
![Получение и исследование фото- и электролюминесцентных свойств оксидных люминофоров в системе [(Ca,Mg)O(Al,Ga)2O3SiO2]:Eu](/i/i/4245/495299.png "Получение и исследование фото- и электролюминесцентных свойств оксидных люминофоров в системе [(Ca,Mg)O(Al,Ga)2O3SiO2]:Eu Терентьев, Михаил Александрович")
