Процессы образования нанопорошков Al2O3 и AlN при воздействии на алюминий сериями сдвоенных лазерных импульсов в атмосфере воздуха

Abstract

Изучено влияние межимпульсного интервала и количества сдвоенных лазерных импульсов на целенаправленное формирование компонентного и зарядового состава лазерной плазмы при воз- действии сдвоенных лазерных импульсов на мишень из алюминиевого сплава АД1 (спектрометр LSS-1). Показано, что при использовании межимпульсного интервала 7—16 мкс увеличивается концентра- ция ионов Al и продуктов их взаимодействия с кислородом и азотом воздуха на несколько порядков по сравнению с нулевым интервалом. Наибольшая интенсивность полос субоксида AlO и молекул AlN наблюдается при 40—50 последовательных сдвоенных импульсах в серии. С увеличением количества импульсов в серии интенсивность полос уменьшается, что связано с ухудшением взаимодействия атомов и ионов Al с молекулами и атомами воздуха на выходе из микросопла при изменении глубины и формы микроканала. Оценена температура в области плазмы с максимальным содержанием Al III ~22000—30000 К. Для определения температуры в области образования AlO использовано от- ношение интенсивностей полос AlO 486.9/484.12 нм. Получено выражение для определения темпера- туры области, соответствующей максимумам образования AlO. Установленный диапазон темпе- ратур 4700—7000 К несколько превышает оптимальную температуру диссоциации для AlO (4400 К). Для получения аэрозолей Al и продуктов, образующихся при взаимодействии ионов алю- миния с кислородом и азотом воздуха, использовалась закрытая стеклянная кювета, куда поме- щалась мишень из алюминия. Размер первичных частиц оксида алюминия Al 2 O 3 , полученных при энергии импульсов 53 мДж, оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно 30—40 нм, частицы собраны в агломераты. Рассмотрена возможность практи- ческого получения активированных нанопорошков Al 2 O 3 облучением мишени последовательными сериями из 50 сдвоенных импульсов на точку в течение 10 мин в закрытом бюксе. С использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света показана возможность получения активных форм оксидов алюминия и продуктов взаимодействия их с кислородом и азотом воздуха в лазерной плазме, осаждаемых на стеклянную поверхность в закрытой кювете.