Диссертация (1145499), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Еще одной немаловажной проблемойявляетсятермическаяприродапроцессалазерно-индуцированногоосаждения. Локальный нагрев обеспечивает формирование каталитическихцентров на поверхности подложки за счет создания локальных дефектов в41областилазерноговоздействия,ускоряетпротеканиеокислительно-восстановительных реакций и обеспечивает более эффективное осаждениеметалла на поверхности подложки. Однако контролируемая инициацияокислительно-восстановительныхпроцессовпривысокихмощностяхлазерного воздействия, а значит и высоких температурах, требует проведениядополнительных исследований.Отметим, что в настоящее время в мире данная тематика привлекаетвнимание большого количества исследователей, поскольку изучение физикохимических аспектов развития лазерно-индуцированных процессов награнице раздела фаз позволяет предложить современные концепцииформированияновыхматериалов[129,130].Однако,несмотрянапроводимые активные исследования по локализованному осаждениюметаллов под воздействием лазерного излучения из жидкой фазы, до сих порсуществуютзначительныепроблемы,негативновлияющиенафункциональные свойства формируемых структур.Наиболее серьезным недостатком является упомянутая достаточновысокая структурная неоднородность осаждаемого металла, что приводит квысоким значениям удельного сопротивления полученных структур (в 10-100раз превышающим удельное сопротивление объемного металла).
Кроме того,разработанная к настоящему времени методика для создания непрерывныхпроводящихструктуртребуетиспользованиярежимамногократныхсканирований (до 25 последовательных сканирований), что малоэффективнос технологической точки зрения.Кроме того, работы по изучению лазерно-индуцированных процессов награнице раздела фаз ограничиваются, как правило, попытками осажденияметаллических элементов на различные типы подложек (например, керамика,пористыйкремний,тефлон,полиимид),использованиемразличныхисточников лазерного излучения (с целью изменения длины волны лазерногоизлучения и режима генерации – непрерывное либо импульсное лазерноеизлучение). При этом в качестве жидкой фазы используются химические42составы, разработанные ранее для создания сплошных покрытий методомхимической металлизации.
Результатами таких исследований являютсятехнологические рекомендации для осаждения различного типа металлов наразличныеповерхности,приэтомкачествополученныхструктур(проводимость, адгезия, морфология), как правило, не соответствуетсовременным требованиям.Таким образом, оказывается, что целый кластер проблем, определяющихсвойства осаждаемых структур, остается без рассмотрения. Сюда следуетотнестиихимическиевосстановленияаспектыметаллов,процессаопределяющиелазерно-индуцированногоэффективностьобразованиякаталитических центров и адгезию осаждаемого металла к подложке; иуправление динамикой процессов лазерно-индуцированного восстановленияза счет изменения химического состава жидкой фазы, что позволитконтролироватьплотностьиморфологиюосаждаемыхструктур;ирасширение области решаемых задач за счет разработки новых химическихкомплексов, содержащих как ион/набор ионов осаждаемых металлов, так иагенты-восстановители;фотоиндуцированногоипопыткамеханизмареализациивосстановленияисключительнометалловдляминимизации термических эффектов, приводящих к увеличению размеровметаллизированных областей и высокой нерегулярности их структуры.1.5Лазерно-индуцированныепроцессывгомогенныхигетерогенных средахТаким образом, на основе изложенного анализа работ можно суверенностью сказать, что к настоящему времени накоплен значительныйэкспериментальный материал по лазерно-индуцированным процессам вхимии, при этом продемонстрирована возможность не только инициацииспецифических каналов химических реакций, получения новых продуктовреакции, но и структурирования получаемых веществ на микро- и43наноуровне,чтопридаетлазерно-индуцированнымпроцессамновуюзначимость в связи с интенсивным развитием нанотехнологий.
Кроме того,лазерно-индуцированныеперспективныйспособпроцессыполучениямогутрассматриватьсятвердофазныхвеществскакхорошоконтролируемыми характеристиками. Вследствие разнообразия лазерноиндуцированных процессов, наиболее наглядно их систематизация можетбыть проведена по типу среды, на которую воздействует лазерное излучение.Например, можно выделить класс лазерно-индуцированных процессов,относящихся к гомогенным средам. Здесь речь идет о процессах,развивающихсяврезультатевоздействиялазерногоизлучениянагазообразные, жидкие среды, либо твердое тело. Результатом таких реакцийявляется, как правило, получение вещества, состав и морфология которогоопределяется параметрами среды, в которой происходит инициация реакциии условиями лазерного воздействия.
При этом следует помнить, чтогомогенноезародышеобразованиетребуетотносительновысокогопересыщения по сравнению с гетерогенными процессами. Как правило,основной интерес подобные процессы вызывают с точки зрения изучениякинетики и динамики физико-химических превращений.К другому классу процессов следует отнести различные типы лазерноиндуцированных химических реакций на границе раздела фаз: газ/жидкость,газ/твердое тело, жидкость/твердое тело. Подобные гетерогенные процессы,развивающиеся на границе раздела фаз, являются значительно болеесложными по сравнению с гомогенными реакциями в силу возникновениябольшого количества межфазовых эффектов (различные типы сорбции,диффузия, каталитические реакции, взаимная растворимость компонентов,испарение и т.
д.), взаимного влияния контактирующих сред, инициируемыхпроцессов и различных условий на границе раздела фаз.С другой стороны считается, что активация реакций, развивающихся вгетерогенных условиях, требует меньших энергий по сравнению с энергиейактивации гомогенных химических реакций. Это приводит к значительной44чувствительностигетерофазныхреакцийквнешнему,вчастностиоптическому, воздействию.Следует отметить, что гетерогенные реакции сами по себе играютбольшую роль в химических процессах, воздействие же лазерного излучениянаграницуразделасредпредоставляетдополнительныеспособыконтролируемого управления этими процессами: изменение химическойактивностикаждойизконтактирующихсред,влияниенапроцесссорбирования химических реагентов либо продуктов химической реакции вобласти лазерного воздействия.Возможность управления гетерогенными химическими реакциями засчетвоздействиялазерногоизлученияобсуждаетсявцеломрядетеоретических работ, например, рассматриваются вопросы резонансноговозбуждения адсорбированных атомов и молекул и их последующий переходв десорбированное состояние, поверхностная селективная диффузия иизменение каталитических свойств адсорбентов, управление потенциаломвзаимодействия адсорбата с поверхностью за счет лазерного воздействия вУФ либо ИК диапазонах [131–133].
Кроме того, лазерное излучение можетоказывать значительное влияние на процессы гетерогенного катализа за счетизмененияконцентрацииреагирующихвеществпутемселективнойдесорбции либо изменения количества активных центров на поверхностиадсорбента. Вместе с тем химическая реакция на границе раздела фаз можетбытьстимулированалиботепловым,либофотоиндуцированнымвоздействием лазерного излучения.Таким образом, исследование лазерно-индуцированных гетерогенныхреакций представляет собой сложную как экспериментальную, так итеоретическую проблему. Однако исследование таких процессов имеетбольшое значение с точки зрения получения представлений о кинетикенеравновесных химической процессов на границе раздела двух сред, а такжеспецифике лазерно-инициируемых химических превращений в различных45условиях (фотоиндуцированные, термические, спектрально селективныепроцессы).Кроме вышеперечисленных особенностей, лазерно-индуцированныепроцессыпозволяютобеспечиватьпространственнуюивременнуюлокализацию инициируемых химических реакций, что предопределяетусловия для формирования веществ и материалов структурированных намикро- и наноуровне.
Таким образом, роль лазерного излучения можетзаключаться в «лазерной подготовке реагентов», например в результатенагрева до любых температур, задаваемых энергией лазерного возбуждения,либоионизациирассматриватьсявещества,каккромехимическийтого,реактор,лазерныйвфокускоторомможетдостигаютсяпрактически любые условия с широким диапазоном параметров, чтоопределяет возможность гибкого управления как химическими процессами,так и продуктами реакций.Перечисленные выше особенности процессов, развивающихся награнице раздела фаз под воздействием лазерного излучения определиливыбор направления исследований, представленных в данной работе, аименно: процессы формирования твердофазных веществ в результатехимических реакций, инициированных лазерным излучением в термическоми фотоиндуцированном режимах. Основное внимание будет уделятьсяисследованию лазерно-индуцированных процессов в случае гетерогенныхсистем.46ГЛАВА 2 Лазерно-индуцированное осаждение металлов из растворовэлектролитов.2.1 Лазерно-индуцированное осаждение из раствора электролита –термоиндуцированный синтез в гетерогенной системе.Вероятно, нет необходимости говорить о той роли, которую играютпроцессы восстановления различных металлов из растворов и значение этихпроцессов для решения огромного количества практических задач.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
