Лазерно-индуцированные процессы в химии и науках о материалах

Тверьянович, Ю.С.; Столяров, А.В.

Авторы: Тверьянович Ю.С., Столяров А.В.
Журнал: Успехи химии
Том: 84
Номер: 10
Год издания: 2015
Издательство: АНО «Успехи химии»
Местоположение издательства: Москва
Аннотация: Значение лазерных источников света для развития химии получило свою оценку сразу же после их создания в начале 60-х годов прошлого века, когда нобелевский лауреат Артур Шавлов сформулировал основные принципы нового направления – лазерной химии, как науки о лазерно-индуцированных превращениях вещества. Такие особенности лазерного излучения, как монохроматичность, когерентность, высокая интенсивность и направленность, позволили поставить принципиально новые эксперименты в химии и науках о материалах. Переломным моментом в развитии лазерной химии считается 1972 год, когда появились мощные перестраиваемые лазеры, работающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне спектра. Первым важным этапом, показавшим принципиально новые возможности лазеров в химии, явилось развитие лазерных методов разделения изотопов. Важнейшей вехой в области лазерной химии можно считать появление в конце XX века фемтохимии, в рамках которой удалось перейти от наблюдения к управлению тончайшими механизмами химических реакций. Недавнее появление аттосекундных лазеров создало предпосылки для экспериментального изучения еще более быстрых процессов - перемещения уже не атомов, а электронов. Пионерские работы Ахмеда Зевайла в области фемтосекундной спектроскопии были отмечены в 1999 г. Нобелевской премией по химии. Обзор перспектив фемтохимии был дан в 2001 г. в журнале «Успехи химии» О.М.Саркисовым и С.Я.Уманским. В последнее время наблюдается экстенсивное развитие лазерной химии, которое выражается в появлении большого числа новых направлений. В 2007 году Беном Смитом в журнале “Analytical Chemistry” была опубликована статья, посвященная 25-летию лазерной аналитической химии. Автор указывает на то, что впечатляющие результаты, достигнутые в лазерных методах анализа, обусловлены не только успехами лазерной спектроскопии, но и оптимальным сочетанием инструментальных методов анализа с лазерным пробоотбором. Среди широкого круга методов, использующих лазеры для целей качественного и количественного анализа, особого внимания заслуживает лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия, которая, по-видимому, скоро станет одним из наиболее востребованных аналитических методов. Область лазерной модификации вещества, очевидно, гораздо шире ее аналитических приложений и относится к лазерному материаловедению, проистекающему отчасти из лазерной химии. Первые работы в области лазерного материаловедения сводились к различным методам обработки промышленных материалов, а сам лазер использовался скорее как обрабатывающий станок. Но со временем в лазерном материаловедении появились более наукоемкие направления. В основном они связаны с созданием новых материалов в результате взаимодействия лазерного излучения с веществом. Примером может служить получение наноматериалов в результате лазерной абляции вещества в вакууме или жидкости. Эти процессы не сводятся только к диспергированию, но и сопровождаются, в ряде случаев, химическими превращениями. В результате взаимодействия лазерного излучения с веществом получают широкий спектр углеродных материалов, включая нанотрубки, фуллерены, графен. Интересным направлением является получение тонких пленок с помощью лазерной абляции в вакууме. Этот метод позволяет напылять слои с точно регулируемой толщиной благодаря тому, что для нанесения слоя толщиной 1 нм требуется несколько сотен импульсов (в зависимости от параметров лазера). Переключение лазерного луча с одной мишени на другую позволяет мгновенно менять химический состав наносимого вещества. Лазерная плазма состоит не только из ионов, нейтральных атомов и свободных электронов, но и из достаточно крупных молекулярных фрагментов, что позволяет сохранить не только элементный состав, но и химическую структуру напыляемого вещества. Одним их новых направлений лазерной химии является лазерный синтез молекул путем фотоассоциации ультрахолодных атомов. Лишенные кинетической энергии атомы и молекулы представляют фундаментальный научный интерес для сверхточной спектроскопии и метрологии, для экспериментальной проверки постулатов квантовой электродинамики и других многочисленных приложений. Когерентным оптическим возбуждением кристаллического газа получают электронно-возбужденные атомы, которые реагируют с другими атомами, образуя эксимерные молекулы. Уже сделаны первые экспериментальные шаги в изучении особенностей протекания химических реакций при сверхнизких температурах. Как мы видим, лазерная химия охватывает очень широкий спектр современных направлений науки, находящихся на стыке химии, физики и материаловедения. В мире существует значительное количество кафедр и научных лабораторий, базирующихся на изучении и использовании лазерно-индуцированных процессов в химии и науках о материалах. В России есть кафедра лазерной химии в Московском государственном университете и кафедра лазерной химии и лазерного материаловедения в Санкт-Петербургском государственном университете. Настоящий тематический выпуск подготовлен сотрудниками этих двух кафедр. Его содержание охватывает магистральные направления ведущихся на них исследований, таких как лазерная синтез ульрахолодных молекулярных ансамблей, лазерная спектроскопическая диагностика объектов окружающей среды, лазерно-индуцированное осаждение металлов из водных и водно-органических растворов.
Добавил в систему: Столяров Андрей Владиславович

	ИСТИНА	Войти в систему Регистрация
	ФНКЦ РР
	Главная Поиск Статистика О проекте Помощь

ИСТИНА

ФНКЦ РР

Лазерно-индуцированные процессы в химии и науках о материалахстатья Научно-популярная статья

Прикрепленные файлы