ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ НАНОСТРУКТУР ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА, СИНТЕЗИРОВАННЫХ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ

Представлены результаты исследования состава и морфологии наноструктур оксидов переходных металлов: циркония, молибдена и вольфрама, полученных методом лазерной абляции чистых металлов в воде.

Высокие температура и давление в зоне взаимодействия импульсного лазерного луча с поверхностью металла в воде способствуют интенсивному синтезу оксидов в виде кластеров частиц размером около 1−2 нанометра, что характерно для металлов с высоким потенциалом ионизации. Как следует из данных рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии, кластеры являются аморфным строительным материалом для наноструктур оксидов вышеперечисленных металлов. Продемонстрирована общность картины их строения, а именно, слоистость материала, из которого сложены пенистые образования, тонкостенные полые округлые частицы, пластины, нити и другие формы наноструктур. Проведённые исследования морфологических свойств полученных в данной работе наноструктур оксидов циркония, молибдена и вольфрама указывают на то, что эти наноструктуры в качестве субстратов позволят достичь высоких значений коэффициента усиления комбинационного рассеяния ~ 10⁴ - 10⁸. В этом диапазоне находятся данные по коэффициенту усиления, ранее полученные авторами в экспериментах по синтезу нанооксидов циркония при использовании их в качестве субстрата. Это указывает на то, что подобные наноструктуры оксидов молибдена и вольфрама также могут служить эффективными субстратами и применяться в качестве высокочувствительных сенсоров в анализаторах состава веществ на основе гигантского комбинационного рассеяния.

1. Koeber, R. Determination of benzo[a]pyrene diones in air particulate matter with liquid chromatography mass spectrometry / R. Koeber, J.M. Bayona, R. Niessner // Environ. Sci. Technol. ‒ 1999. ‒ Vol. 33. – No. 10. ‒ P. 1522–1558.

2. Hilmi, A. Micromachined electrophoresis chips with electrochemical detectors for analysis of explosive compounds in soil and groundwater / A. Hilmi, J.H.T. Luong // Environ. Sci. Technol. ‒ 2000. ‒ Vol. 34. – No. 14. ‒ Р. 3046–3050.

3. Li, Da-Wei. Recent progress in surface enhanced Raman spectroscopy for the detection of environmental pollutants / Da-Wei Li [et al.] // Microchim Acta. ‒ 2013. DOI 10.1007/s00604‒013‒1115‒3.

4. Зуев, В.С. Поверхностные поляритоны и плазмоны: спонтанное излучение атома вблизи тела малого размера / В.С. Зуев // ФИАН. – 2006. ‒ препринт ‒ № 3. ‒ С. 16.

5. Емельянов, В.И. Эффект гигантского комбинационного рассеяния света молекулами / В.И. Емельянов, Н.И. Коротеев // УФН. ‒ 1981. ‒ T. 135. − С. 345−361.

6. Lombardi, J.R. Theory of Surface-Enhanced RAMAN Scattering in Semiconductors / J.R. Lombardi, R.L. Birke // J. Phys. Chem. C. ‒ 2014 .‒ Vol. 118. – No. 20. ‒ P. 11120‒11130.

7. Мамичев, Д.А. Оптические сенсоры на основе поверхностного плазмонного резонанса для высокочувствительного биохимического анализа / Д.А. Мамичев [и др.] // Молекулярная медицина. ‒ 2012. ‒ № 6. – P. 56‒61

8. Нобиев, И.Р. Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к изучению биологических молекул / И.Р. Нобиев, Р.Г. Ефремов, Г.Д. Чуманов // УФН. ‒ 1988. ‒Т. 154.− С. 459−496.

9. Wei, Ji. Semiconductor materials in analitical applications of surface-enhanced Raman scattering / Ji Wei, Zhao Bing, Ozaki Yukihiro // J. Raman Spectroscopy. ‒ 2016. ‒ Vol. 47. – Р. 51‒58.

10. Aroca, R . Surface enhanced Vibrational Spectroscopy / R. Aroca. ‒ Wiley, Chichester, 2006.

11. Yuko S. Yamamoto. Why and how do the shapes of surface enhanced Raman scattering spectra change Recent progress from mechanistic studies / Yuko S. Yamamoto and Tamitake Itoh // J. Raman Spectroscopy. ‒ 2016. ‒ Vol. 47. ‒ Р. 78‒88.

12. LienDeng, Yu. Black silicon SERS substrate: Effect of surface morphology on SERS detection and application of single algal cell analysis / Yu. LienDeng, Yi . JeJuang // Biosensors and Bioelectronics. ‒ 15 march 2014. ‒ Vol. 53. ‒ Р. 37‒42.

13. Rigo, I. Comparative analysis of SERS substrates of different morphology / I. Rigo [et al.] // Procedia Engineering. – 2016. ‒ 30th Eurosensors Conference, EUROSENSORS 2016.

14. Li, W.Q. Geometrical and morphological optimizations of plasmonic nanoarrats for high ‒ performance SERS detection / W.Q. Li [et all.] // Nanoscale. ‒ 2015. ‒ Vol. 7. ‒ P. 15487.

15. Yang, G.W. Laser ablation in liquids: Application in synthesis of nanocrystalls / G.W. Yang // Progress in Material Science. ‒ 2007. ‒ Vol. 52. – No. 4. ‒ P. 648‒698.

16. Simakin, A.V. Nanoparticle formation during laser ablation of solids in liquids / A.V. Simakin, V.V. Voronov, G.A. Shafeev // Phys. of Wave Phenomena. ‒ 2007. ‒ Vol. 15. ‒ P. 218.

17. Батенин, В.М. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов / В.М. Батенин [и др.]. ‒ М.: Физматлит, 2011. ‒ Т. 2. ‒ С. 608.

18. Novogenov, V.A. Introduction into inorganic chemistry / V.A. Novogenov. ‒ Publ. into Altai state university, Barnaul, 2001.

19. Бурцева, К.Г. Об изополисоединениях молибдена и вольфрама / К.Г. Бурцева, Л.А. Воропанова, Л.А. Кочубей // ЖНХ. ‒ 1984. ‒ Т. 29. ‒ № 6. ‒ С. 1463−1467.

20. Karpukhin, V.Т. Structural Morphological and Optical Properties of Nanoproducts of Zirconium Target Laser Ablation in Water and Aqueous SDS Solutions / V.Т. Karpukhin [et al.]. ‒ Chemical and Structure Modification of Polymers. Edited by K. Pyrzynski. G. Nyszko and G.E, Zaikov. Apple Academic Press. ‒ 2015. ‒ P. 187‒204.

21. Karpukhin, V.T. An investigation of the effect of surface-enhanced Raman scattering on zirconium and molybdenum nanostructures synthesized by laser ablation in a liquid environment in book “Laser Ablation: Advances in Research and Applications” / V.T. Karpukhin [et al.] // Nova Science Publishers, Hauppauge, New York 2017. ‒ Р. 179‒192. ISBN: 978‒1‒53612‒405‒7.

22. Varaksin, A.Yu. Controlling the Behavior of Air Tornados /A.Yu. Varaksin, M.E. Romash, V.N. Kopeitsev // High Temperature. − 2009. − Vol. 47. − № 6. − P. 836–842.

23. Varaksin, A.Yu. Simulation of Free Heat Vortexes: Generation, Stability, Control / A.Yu. Varaksin [et al.] // High Temperature. − 2010. − Vol. 48. − № 6.− P. 918–925.