Физики научились контролировать «непредсказуемые» наноструктуры

Источник: nanonewsnet.ru

Создание наноструктур на различных поверхностях — весьма важное направление развития техники. Объекты с такими поверхностями обладают улучшенными физическими, химическими и оптическими параметрами. Они могут использоваться в самых различных областях — в архитектуре, электронике, промышленности и экологии. Но наиболее перспективно применение наноструктурированных поверхностей в медицине, а именно в стоматологии и ортопедии. Организм человека часто отвергает имплантаты с гладкими поверхностями, так как считает их чужеродными и вредными. Объекты с наноразмерными «шероховатостями» приживаются намного лучше. В настоящее время для получения наноструктурных поверхностей применяется метод атомарно-молекулярной сборки. Процесс подразумевает перемещение отдельных атомов и молекул, с использованием туннельных и атомно-силовых микроскопов.

Это сложная, долгая, трудоемкая и дорогая технология. Куда более дешевым и простым является способ лазерного плавления. Поверхность материала обрабатывается высокоэнергетическим излучением и под его действием проплавляется до определенной глубины. Затем излучение выключается, поверхность охлаждается, и на ней появляются центры кристаллизации атомов из расплава. В итоге поверхность покрывается наноразмерным рельефом. Проблема в том, что параметры наноструктур, получаемых таким образом, невозможно предугадать заранее. Ученым из Института общей физики им. А. М. Прохорова и их коллегам из Института электрофизики и электроэнергетики удалось решить эту проблему. Они разработали модель, позволяющую определить размеры наноструктур, исходя из значения мощности лазера и времени обработки.

Теоретические расчеты были доказаны во время экспериментов с титаном. Поверхность металла обрабатывали аргон-фторным лазером, длина волны излучения которого составляет 193 нм. Ученые варьировали длительность световых импульсов, общее время воздействия, а также регулировали плотность энергии излучения. Затем оценивали полученные рельефы (а именно характерные перепады высоты) с помощью атомно-силовых микроскопов. В полном соответствии с расчетной моделью, при облучении титана в течение 10-6 секунд, были получены наноструктуры с перепадом высоты в 60 нм. При уменьшении времени воздействия кристаллический рельеф не возникал, поверхность переходила в аморфную метастабильную фазу. Таким образом, зависимость параметров наноструктур от времени воздействия и плотности энергии падающего пучка была подтверждена.