Лазерный метод получения водных суспензий наночастиц металлов (стр. 2 из 2)

Авторами в работе

в общем виде и безотносительно к конкретным размерам системы сделан вывод о существовании оптимальных порядков осевой симметрии магнитных систем, обеспечивающих наибольшее силовое действие. В работе при помощи метода конечных элементов проведены расчёты с целью определения оптимальных порядков осевой симметрии для трёх магнитных систем, имеющих порядки 2, 3 и 4 для двумерного случая, т.е. когда d (размер магнита вдоль оси симметрии z) имеет бесконечную длину.

Настоящая работа посвящена решению трёхмерной задачи: определение влияния длины магнитных блоков на оптимальный порядок магнитной системы кольцевого магнита. Рассмотрена магнитная система в виде кольцевого пояса, состоящего из 2n идентичных по геометрии постоянных магнитов, расположенных на одинаковых расстояниях от оси системы (оси z). Система имеет цилиндрическую форму и обладает осью симметрии некоторого порядка n, т.е. совпадает сама с собой при повороте на угол

. Каждый магнит имеет форму параллелепипеда со сторонами l, h и d. Намагниченность каждого магнита параллельна его ребру h и направлена как от оси, так и к оси системы (знаки постоянных магнитов в кольце чередуются). Сечение системы порядка n плоскостью представляет собой прямоугольников со сторонами h и l, вписанных в окружность радиуса RK таким образом, что они касаются её двумя крайними точками сторон, имеющих длину l.

Учитывая, что современные магнитожёсткие материалы обладают большой коэрцитивной силой, можно положить относительную магнитную проницаемость

, тем самым считать материал магнитов абсолютно жестким магнетиком. В этом приближении наиболее приемлемым методом расчета следует считать метод граничных интегральных уравнений . Для расчёта поля по этому методу необходимо проинтегрировать магнитные заряды по всей поверхности каждого из магнитов, входящих в кольцевой пояс. Так как эти магниты идентичны по геометрии, но занимают разное положение в пространстве, было получено общее выражение для численного расчёта поля от любого магнита, разработан алгоритм и написана программа на алгоритмическом языке FORTRAN для его реализации.

Расчеты проводились для трёх магнитных систем, имеющих порядки 2, 3 и 4. При этом все три системы имели одинаковые размеры RK, h (RK = 44,5 см, h = 12 см) и одинаковую суммарную площадь сечения всех магнитов, составляющих кольцевой пояс. Последнее требование вводилось с целью уравнивания всех трёх магнитных систем по количеству магнитожесткого материала, идущего на их изготовление. Различались эти системы только порядком симметрии n (количеством магнитов в кольцевом поясе) и длиной магнитов l: для системы второго порядка (n =2) l = 42 см, третьего (n =3) - l =28 см, четвёртого (n =4) - l =21 см. Оценка силового действия магнитной системы проводилась по величине равной произведению модуля поля Н на его градиент. Модуль поля Н вычислялся на двух разных расстояниях от оси системы:

и при . При этом величина силы приписывалась среднему значению радиуса .

Рисунок 2 - угловая зависимость силового действия магнитных систем первого, второго и третьего порядка симметрии

Поскольку силовое действие рассмотренных нами магнитных систем характеризуется ярко выраженной угловой зависимостью (см. рисунок 1), то для всех трёх магнитных систем проводился расчет по дуге с шагом 1°

для всего периода повторяемости, который для магнитной системы, имеющей порядок симметрии n, равен . Все рассчитанные значения силы суммировались, полученная сумма делилась на количество точек счёта. Тем самым для каждого порядка симметрии получалась оценка средней по углу силы.

Рисунок 3 - Влияние длины магнитных блоков на оптимальный порядок магнитной системы кольцевого магнита

Результаты численных расчетов, полученных с учетом вышеназванного приближения, представлены на рисунке 2. Кривая 1 разделяет области оптимальности третьего и второго порядков, кривая 3 – третьего и четвертого порядков. Пунктирные прямые 2 и 4 представляют собой асимптоты, к которым приближаются зависимости 1 и 3 при бесконечно большой длине стороны d магнита (d→∞). Видно, что по мере уменьшения размера d магнитной системы в осевом направлении обе границы сдвигаются в сторону больших значений отношения RT/RK. Таким образом, из рисунка 2 следует, что для каждого значения отношения радиуса очищаемой трубы к радиусу источника поля существует свой оптимальный порядок осевой симметрии источника, обеспечивающий наибольшее его силовое действие. При этом получено, что чем больше величина отношения RT/RK, тем меньшим должен быть порядок системы. Следовательно, источники высоких порядков отличаются близкодействием, а источники низких порядков – дальнодействием.

Сигнал от центров А1 и А2 регистрировался в области температур фазовых переходов парафаза – несоразмерная фаза (107 К) и несоразмерная – соразмерная фаза (120 К) [9]. В области перехода величины, используемые при анализе данных, могли изменяться [10]. Определенное значение эффективного сечения захвата для А2 имеет необычно большую величину, в то время как термостимулированная проводимость вблизи 120 К [4,11] регистрирует сигнал от ГЦ с чрезвычайно малым St. Объяснение этому следует искать в сопоставлении методов анализа данных.

Таким образом, впервые, проведенное методом фотоэлектрической нестационарной спектроскопии исследование монокристаллов TlGaSe2 позволило обнаружить пять глубоких центров и определить энергии их термоактивации, эффективные сечения захвата и знак захватываемых носителей заряда.

Результаты

Для получения водных суспензий наночастиц серебра применялся частотный лазер LS 2137 (Lotis- TII) на YAG:Nd. Параметры излучения: Еимп=120 мДж, tимп=20 нс, νследования имп= 5 Гц, dфокусировки= 1мм. Наработка серебряных наночастиц производилась длительным воздействием (30 мин) импульсного лазерного излучения на поверхность слитка серебра (проба 999,9) в воздухе, с последующим осаждением полученных нанообъектов в водную среду. В результате образовалась бледно-желтая оптически однородная жидкость.

В последующее время было произведено лазерное зондирование полученной суспензии, которое дало следующие результаты: средний размер частиц серебра в суспензии <d> ~ 40 нм, количественная концентрация N~ 5 1011 см-3.

Параллельно во времени была произведена регистрация спектра поглощения данной суспензии в диапазоне 200-900 нм (спектр приведен на рис. 1). Позже эта процедура была неоднократно повторена через определенные промежутки времени, что позволило судить о эволюции спектра поглощения суспензии (см. рис. 2). На приведенном рисунке отчетливо видно, что с течением времени пик в районе 400 нм испытывает «красный сдвиг» (401 нм → 406 нм). Аналогичный эффект неоднократно наблюдался и другими авторами [1,3], что свидетельствует об общем характере поведения суспензий наночастиц серебра, сформированных разными методами (как химическими, так и физическими). В указанных работах авторы связывали «красный сдвиг» с постепенным укрупнением частиц, за счет их агрегации (под воздействием сил Ван-дер-Ваальса и др.).

В частности, в работе [3], наряду со спектром поглощения суспензии наночастиц серебра, приведено изображение данных нанообъектов, полученное с помощью электронной микроскопии. Из этих данных можно заключить, что пику поглощения суспензии в районе 400 нм соответствуют наночастицы с размерами 40-50 нм. Это с высокой степенью достоверности согласуется с данными, полученными в процессе выполнения данной работы.

Литература

1. Б.Г. Ершов. Рос. Хим. Ж. XLV №3,20 (2001).

2. N. Parkansky, B. Alterkop, R.L. Boxman. Powder Technology 150 № 36, 256 (2005).

3. А.В. Симакин, В.В. Воронов, Г.А. Шафеев. Труды института общей физики им. Прохорова РАН 60, 83 (2004).

4. В.К. Гончаров, К.В. Козадаев, М.И. Маркевич, А.М. Чапланов. Сборник научных статей «Лазерная и оптико-электронная техника» 10, 217 (2006).

5. Ю.В. Афанасьев, О.Н. Крохин Квантовая радиофизика, труды ФИ АН СССР 52, 118 (1970).

6. В.К. Гончаров, В.И. Карабань, А.В. Колесник. Квантовая электроника 12 № 4, 762 (1985).