Влияние агрегации углеродных наночастиц на эффективность оптического ограничения в CBS

В ряде работ экспериментально показано, что в видимом и ближнем ИК-диапазоне суспензии содержащие частицы большего размера ограничивают эффективнее [14, 16]. Очевидно, что для чистоты эксперимента меняться должен только размер частиц, - прочие же параметры (теплофизические свойства растворителя и самих частиц) должны быть по возможности одинаковы. Однако в [14] большие частицы соответствовали нестабильному flock состоянию. В [16] экспериментальное исследование влияния размера частиц на эффективность ограничения проведено наиболее аккуратно. Исследовались суспензии углеродных частиц в воде и в воде с добавлением соли NaCl. Теплофизические свойства воды и солевых водных растворов различаются незначительно. И в водных и в солевых растворах имеет место агрегация частиц. Эксперименты по светорассеянию показали, что в солевых растворах размер агрегатов больше. В [16] было измерено нелинейное оптическое ограничение для водных суспензий углеродных частиц с различным содержанием соли. Использовалось излучение Nd:YAG лазера (длина волны 532 нм, длительность импульса 15 нс, частота повторения 0.5 Гц). Измерения проводились в сфокусированных пучках (размер перетяжки около 100 mм). В качестве растворителя использовалась чистая вода, раствор вода+0.68 M NaCl, раствор вода+ 2.04 M NaCl. Линейное пропускание было приблизительно одинаковое для всех трех образцов и составляло около 65 %. Был измерен средний диаметр частиц. Он увеличивается с увеличением концентрации соли. Результаты измерений представлены на рисунке 5 и в таблице 6.

Таблица 6. Влияние размера углеродных наночастиц на порог нелинейно-оптического ограничения.

Концентрация соли	Средний диаметр частиц, нм	Порог (интенсивность, при которой пропускание падает в два раза по сравнению с линейной), Дж/см^2
0 М NaCl 0.68 M NaCl 2.04 M NaCl		0.9 0.75 0.5

Рис.5. Изменение выходной плотности энергии от входной при различных растоврителях. Треугольники – чистая вода, квадраты – вода+0.68 M NaCL, круги – вода + 2.04 M NaCL. Пунктирная линия – линейное пропускание.

Видно, что с увеличением концентрации соли эффективность нелинейного ограничения возрастает. Поскольку теплофизические свойства воды и солевых растворов приблизительно одинаковы, то увеличение оптического ограничения является, по-видимому, прямым следствием увеличения размера частиц. Однако с ростом размера частиц требуется большее время для прогрева частицы, и вскипание наступает позже. Поэтому, по-видимому, для каждых экспериментальных условий должен существовать какой-то оптимальный размер.

Дата добавления: 2015-06-28