limЛитье и металлургияLitiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY)1683-60652414-0406BNTU10.21122/1683-6065-2021-2-76-80lim-3335Research ArticleМатериаловедениеScience of materialsПолучение наночастиц кремния и алюминия в водном раствореPreparation of silicon and aluminum nanoparticles in an aqueous solutionАнисовичА. Г.AnisovichA. G.anna-anisovich@yandex.ruЛасковневА. П.LaskovnevA. P.МаркевичМ. И.MarkevichM. I.МалышкоА. Н.MalyshkoA. N.ЖуравлеваВ. И.ZhuravlevaV. I.Физико-технический институт НАН БеларусиБеларусьPhysical-Technical Institute of the NAS of BelarusBelarusВоенная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary Academy of the Republic of BelarusBelarus202108072021027680Copyright © Анисович А.Г., Ласковнев А.П., Маркевич М.И., Малышко А.Н., Журавлева В.И., 20212021Анисович А.Г., Ласковнев А.П., Маркевич М.И., Малышко А.Н., Журавлева В.И.Anisovich A.G., Laskovnev A.P., Markevich M.I., Malyshko A.N., Zhuravleva V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://lim.bntu.by/jour/article/view/3335

Интерес к наноматериалам обусловлен существенным изменением их физических свойств по сравнению с массивными материалами. Изменение физико-химических свойств частиц, содержащих несколько сот или тысяч атомов, определяется изменением плотности электронных состояний.

Методом лазерной абляции получены водные растворы наночастиц алюминия и кремния. Импульсная лазерная обработка проводилась в режиме сдвоенных импульсов в дистиллированной воде. Вложенная энергия составляла для алюминия 1000–1500 Дж, время воздействия – 10–25 мин, для кремния – 50–1000 Дж при временах экспозиции от 1 до 10 мин. Методом сканирующей электронной микроскопии установлены особенности морфологии полученных частиц, а также поверхности кратеров поликристаллического алюминия и кремния. Показано, что формируется ансамбль частиц разного размера от 20 нм до 2,0 мкм. Некоторые частицы алюминия имеют огранку, что позволяет говорить об их кристалличности. Показано, что структура поверхности мишени после лазерного воздействия состоит из зерен, отделенных друг от друга канавками термического травления, поскольку испарение материала происходит в первую очередь по границам зерен.

The interest in nanomaterials is due to a significant change in their physical properties compared to massive materials. Changes in the physical and chemical properties of particles containing several hundred or thousands of atoms are determined by changes in the density of electronic states.

Aqueous solutions of aluminum and silicon nanoparticles were obtained by laser ablation. Pulsed laser treatment was performed in the mode of double pulses in distilled water. The invested energy was: for aluminum 1000–1500 J, the exposure time is 10–25 min., for silicon-50–1000 J with exposure times from 1 to 10 min.

The features of the morphology of the obtained particles, as well as the surface of polycrystalline aluminum and silicon craters, were determined by scanning electron microscopy. It is shown that an ensemble of particles of different sizes from 20 nm to 2.0 microns is formed. Some aluminum particles are cut, which allows us to talk about their cristallinity. It is shown that the structure of the target surface after laser exposure consists of grains separated from each other by thermal etching grooves, since the evaporation of the material occurs primarily along the grain boundaries.

наночастицылазерная абляцияалюминийкремнийдвухимпульсный лазерный режимnanoparticleslaser ablationaluminumsilicontwo-pulse laser modeРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского Фонда фундаментальных исследований, грант № Т21ЭТ-001 «Структурные превращения и режимы получения наночастиц кремния импульсным лазерным воздействием для увеличения емкости Li-ion аккумуляторов».ReferencesАдуев, Б. П. Влияние начальной температуры на порог лазерного инициирования тетранитропентаэритрита с добавками наночастиц алюминия / Б. П. Адуев, Г. М. Белокуров, Д. Р. Нурмухаметов // Химическая физика. 2012. Т. 31. № 7.С.56–61.Aduyev B. P., Belokurov G. M., Nurmukhametov D. R. Vliyaniye nachal’noy temperatury na porog lazernogo initsiirovaniya tetranitropentaeritrita s dobavkami nanochastits alyuminiya. [Influence of the initial temperature on the threshold of laser initiation of tetranitropentaerythritol with additives of aluminum nanoparticles]. Khimicheskaya fizika= Chemical physics, 2012, vol. 31, no. 7, pp. 56–61.Адуев, Б. П. Температурная зависимость порога инициирования композита тетранитропентаэритрит‑алюминий второй гармоникой неодимового лазера / Б. П. Адуев, Д. Р. Нурмухаметов, И. Ю. Лисков, А. А. Звеков, А. В. Каленский // Химическая физика. 2015. Т. 34. № 7. С. 54–57.Aduyev B. P., Nurmukhametov D. R., Liskov I. Yu., Zvekov A.A., Kalenskiy A. V. Temperaturnaya zavisimost’ poroga initsiirovaniya kompozita tetranitropentaeritrit‑alyuminiy vtoroy garmonikoy neodimovogo lazera. [Temperature dependence of the initiation threshold of the tetranitropentaerythritol – aluminum composite by the second harmonic of a neodymium laser]. Khimicheskaya fizika=Chemical physics, 2015, vol. 34, no. 7, pp. 54–57.Risha, G.A. Combustion of frozer nanoaluminium and water mixtures/ G.A. Risha, T. L. Connel, R.A. Yetter, D. S. Sundaram, V. Yang // J. Propul. Power. 2014. Vol. 30. № 1. P. 133–142.Risha G.A., Connel T. L., Yetter R.A., Sundaram D. S., Yang V. Combustion of frozer nanoaluminium and water mixtures. J. Propul. Power, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 133–142.Risha, G.A., Tappan Combustion of nanoaluminium and liquid water / G.A. Risha, S. F. Son, R.A. Yetter, V. Yang, B. S. Tappan // Proc. Combust. Inst. 2007. Vol. 31. № 2. P. 2029–2036.Risha G.A., Son S. F., Yetter R.A., Yang V., Tappan B. S. Combustion of nanoaluminium and liquid water. Proc. Combust. Inst, 2007, vol. 31, no. 2, pp. 2029–2036.Маркевич, М. И. Структурные превращения в тонких металлических пленках при импульсном лазерном воздействии / М. И. Маркевич, А. М. Чапланов //Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.‑мат. навук. 2016. № 1. С. 28–35.Markevich M. I., Chaplanov A. М. Strukturnye prevrascheniya v tonkich metallikheskih plenrach pri impul'snom lazernom vozdeistvii [Structural transformations in thin metal films at pulse laser effect]. Vesti NAN Belarusi. Ser. fiz.-mat. nauk=Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-mathematical Series, 2016, no. 1, pp. 28–35.Markevich, M. I. In sulphurous liquids under action of chock waves / M. I. Markevich, F.A. Piskunov // High Power Laser Science and Engineering. 1995. Czech R. NATO Advanced study institute. Karlovy Vary. P. 49.Markevich M. I., Piskunov F.A. In sulphurous liquids under action of chock waves. High Power Laser Science and Engineering. 1995. Czech R. NATO Advanced study institute. Karlovy Vary. pp. 49.Chaplanov A. V., Goncharov V. K., Kozadaev K. V., Markevich M. I., Puzyrov M. V. The laser method of metal nanoparticle formation with the help of spatial separation // Publications of the astronomical observatory of Belgrade. Belgrade. 2007. № 82. P. 45–55.Chaplanov A. V., Goncharov V. K., Kozadaev K. V., Markevich M. I., Puzyrov M. V. The laser method of metal nanoparticle formation with the help of spatial separation.  Publications of the astronomical observatory of Belgrade, Belgrade,2007, no. 82, pp. 45–55.Казилин, Е. Е. Исследование коллоидных растворов селена, созданных по лазерной технологии /Е.Е. Казилин, М. И. Маркевич, С. В. Конкин и др. // Перспективные материалы. 2008. № 3. С. 60–63.Kazilin Ye. Ye., Markevich M. I., Konkin S. V. et al. Issledovaniye kolloidnykh rastvorov selena, sozdannykh po lazernoy tekhnologii [Investigation of colloidal solutions of selenium created by laser technology]. Perspektivnyye materialy =Advanced materials, 2008, no. 3, pp. 60–63.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.