Изучение структуры тонких пленок воды в порах фрактальной поверхности методом малоуглового рассеяния света

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение структуры тонких пленок воды в порах фрактальной поверхности методом малоуглового рассеяния света

А.М.Иванов, Д.В. Васильев, Н.А. Мыслицкая

Экспериментально изучалась методом упругого рассеяния света структура пленок алюминия погруженных в водный раствор наночастиц серебра. Регистрировалась последовательность угловых зависимостей интенсивности рассеянного света. Структура пленок при описывалась в терминах их фрактальной размерности D_s. Экспериментальные зависимости сопоставлялись с результатами исследований поверхностей пленок анодированного алюминия методами АСМ микроскопии.

рассеяние света, фрактальная размерность, анодированный алюминий, атомно-силовая микроскопия, вода, наночастицы серебра

рассеяние свет серебро алюминий

ВВЕДЕНИЕ

Изучение структуры воды является одной из актуальных задач современной физики. В последнее время вода рассматривается как среда, имеющая кластерное строение, причем некоторые современные исследования доказывают фрактальное строение водных и водно-органических кластеров. Ранее были получены результаты, подтверждающие структурирование воды вблизи фрактальной поверхности[1]. Однако осталась невыясненной структура воды в порах поверхности анодированного алюминия.

Для исследований в данной области применяются различные методы. Наряду с методами атомно-силовой (АСМ) и сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), простым и доступным является метод исследования структуры поверхности и объема с помощью малоуглового рассеяния света.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В работе исследовалась структура пограничного слоя водных растворов наночастиц коллоидного серебра Ag₂Ag⁺ (радиус частиц 20 нм) в порах тонких пленок анодированного алюминия (Al₂O₃). Предварительно образцы подвергались электролизу в 15%-ном растворе серной кислоты с различным временем выдержки. Число пор на единицу площади зависит от плотности тока анодирования как

где составляет 176Ч10⁹ см^-2 и б = 0,335 [2]. Плотность тока анодирования составляла 2А/дм², что позволило создать регулярную ячеистую структуру, перпендикулярную поверхности со средним диаметром пор 43 нм.

Оптическая схема установки для регистрации угловых зависимостей упругого рассеяния света при анодировании пленок, собранная на базе гониометра «ЛОМО», приведена на рис. 1. Луч гелий-неонового лазера (0,63 мкм) мощностью около 1 мВт с контролируемой ориентацией поляризации света использовался в качестве зонда при измерениях в отраженном свете. Диаметр светового пятна на поверхности образца составлял около 1 мм. Рассеянный свет регистрировался фотоэлектронным умножителем, работающим в режиме счета фотонов. Интенсивность рассеянного света рассчитывалась с использованием 32-битного 282-канального коррелятора «Photocor-FC», подключенного к компьютеру. Измерения интенсивности рассеянного света производились с шагом 1^о.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Зависимость интенсивности света, рассеянного на фрактальной поверхности, от вектора рассеяния описывается формулой:

~ , (2)

где q = 4p/ л sin ( /2) - вектор рассеяния, л - длина волны света, - угол рассеяния[3]. При рассеянии на «массовых» фракталах параметр m равен фрактальной размерности D, при рассеянии на фрактальной поверхности m=6-D, где D - фрактальная размерность поверхности. Строя зависимость I(q) в логарифмических координатах, по углу наклона полученной прямой находим фрактальную размерность:

В первой серии экспериментов исследовалась структура сухой поверхности анодированного алюминия методом малоуглового рассеяния света и АСМ микроскопии.

Результаты эксперимента приведены на (рис. 2, 3).

Во второй серии экспериментов исследовалась структура тонких пленок воды методом малоуглового рассеяния света. Луч гелий-неонового лазера распространялся вдоль поверхности образца анодированного алюминия, на который была нанесена тонкая пленка раствора наночастиц коллоидного серебра. Температура раствора составляла 19єС.

Рассчитанная фрактальная размерность молекулярной системы составила 2,49, что свидетельствует о влиянии поверхности на структуру приграничного слоя жидкости. Фрактальная размерность гомогенного раствора составляет 3,00. Полученные результаты носят предварительный характер и требуют дальнейших исследований в широком диапазоне температур и поверхностей с различными параметрами пор.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С помощью экспериментов по измерению угловых зависимостей рассеяния света с поверхности анодированного алюминия показано, что с увеличением времени анодирования увеличивается фрактальная размерность поверхности. Результаты эксперимента совпадают с измеренными значениями D методом АСМ-микроскопии. Следует отметить, что разработанный метод исследования структуры поверхностей в сочетании с предложенной математической обработкой результатов измерения света - прост в реализации и универсален.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Брюханов В.В. Исследование фрактальных наноструктур в объеме и на поверхности конденсированных сред /В.В.Брюханов, И.Г Самусев, А.М. Иванов //Известия КГТУ. - 2003. - № 4. - С. 126-134.

2. Бодунов Е.Н. Связь эффективной размерности пространства с глубиной проникновения люминофоров в поры твердых тел / Е.Н. Бодунов, C. Берберан-Сантос // Хим. физ. - 2002. - Т.21, №3. - С.32-46.

3. Шур В.Я. Эволюция фрактальной поверхности аморфных пленок цирконата - титана свинца при кристаллизации/ В.Я. Шур, С.А. Негашев // ФТТ. - 1999. - Т.41, вып.2.

Размещено на Allbest.ru