WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

расчета поля вблизи микрошариков по данной схеме, тогда как другие известные автору программные реализации данного метода могут применятьКРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ся только для расчета углового распределения дальнего поля.

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность диссертации, формулиВ разделе 1.2 рассмотрен метод трассировки гауссовых пучков, адаптируются ее цели, научная новизна и практическая значимость, кратко изларованный автором для расчета лазерного поля в массивах диэлектрических гается основное содержание, а также приводятся положения, выносимые на шариков с большим параметром Ми.

защиту.

В разделе 1.3 с помощью расчетов показано, что при фокусировке лаОсновным принципом лазерного структурирования является зерного излучения плотноупакованным монослоем диэлектрических шаривоздействие излучения на вещество. При этом неизбежным этапом ков взаимовлияние соседей за счет перерассеяния лазерного излучения внопроцесса является создание тех или иных распределений сит существенный вклад в результирующие картины поля, хотя в известных автору работах данным явлением пренебрегается.

7 Для того, чтобы продемонстрировать такое взаимовлияние производится моделирование распределений лазерного поля в фрагменте плотноупако(а) (б) ванного монослоя, состоящего из 7 и 19 диэлектрических шариков. Результаты расчета распределения интенсивности электромагнитного поля на плоскости наблюдения (рис. 1) за средней сферой приведены на рис. 2.

x y y падающая волна (в) плоскость наблюдения плоскость Рис. 1. Расположение микрошариков в фрагменте плотноупакованного монослоя, для которого производилось моделирование. Приведено расположение микрошариков в кластерах из 7 (только темных) и 19 (темных и светлых) микрошариков, расположение осей, плоскости наблюдения и плоскости равной фазы падающей волны.

На рисунке произведено сравнение результатов многочастичного Мирасчета для 7 и 19 шариков с суперпозицией одночастичных решений Ми для 7 шариков. Видно, что учет перерассеяния может вносить поправку на порядок для максимального значения интенсивности поля в распределении.

Дальнейшее увеличение количества шариков в моделируемом кластере с 7 Рис. 2. Распределения интенсивности электромагнитного поля на плоскости, расположенной непосредственно за кластером из шариков (см. рис. 1) при облудо 19 не дает столь значительных изменений в картине поля.

чении его плоской монохроматической волной. (а) – когерентная суперпозиция Далее с помощью рассчитанных распределений лазерного поля объясодночастичных решений Ми для 7 микрошариков; (б) – поле, рассчитанное меняются некоторые нетипичные экспериментальные результаты по структутодом многочастичного Ми-расчета для тех же 7 микрошариков; (в) – поле, расрированию поверхности.

считанное методом многочастичного Ми-расчета для 19 шариков. Параметр Ми В ГЛАВЕ 2 рассматривается нелокальные эффекты, связанные с дифkrsp = 26.311, показатель преломления шариков n = 1.39. Распределения нормирофузией реагирующих молекул в процессе радикальной полимеризации. Во ваны на значение интенсивности в падающей волне. Падающая волна поляризовведении к главе приведены основные сведения о фотополимеризации, вана по координате x.

включая типы протекающих химических реакций. Простейшие точечные математические модели, описывающие кинетику полимеризации приведеБлагодаря большой реакционной способности, присутствие кислорода ны в разделе 2.1. Здесь же сделаны оценки характерных времен протекаюдаже в небольших количествах делает полимеризацию практически невозщих процессов для нескольких известных мономеров.

можной. Так как при уничтожении радикала молекулы кислорода также Кислород, проникающий в облучаемый образец за счет растворения из теряют реакционную способность, то появляется возможность управлять окружающей среды, играет значительную роль в процессе полимеризации.

концентрацией кислорода посредством генерации радикалов лазерным изКислород уничтожает радикальные центры, создаваемые лазерным излучелучением. Данный механизм работает как положительная обратная связь, нием и осуществляющие рост полимерной цепи.

9 позволяющая улучшить избирательность лазерного воздействия при нано- где D1 – коэффициент диффузии полимерной цепи в начале процесса роста, структурировании. kp – кинетическая константа роста цепи, а M0 – концентрация молекул моВ разделе 2.2 разработана модель радикальной полимеризации в при- номера в исходной композиции.

сутствии кислорода при учете диффузии последнего. В данном разделе В разделе 2.6 показано, что масштабом Ldiff задается минимальное распроанализирован режим инициирования полимеризации кратковременным стояние, на котором можно создать две отдельные наноструктуры. Оценки импульсным лазерным воздействием. Показано, что в этом случае полиме- данного критического масштаба для двух реальных полимеризационноризация, проводимая на субмикронных масштабах, подавляется за счет способных систем на основе мономеров PEG600DMA и TRGDMA составдиффузии кислорода в зону лазерного воздействия из необлученных облас- ляют соответственно 30 нм и 70 нм.

тей. Наоборот, при длительном лазерном воздействии, рассмотренном в Тогда как в главе 1 рассмотрены вопросы, связанные с созданием расразделе 2.3, продемонстрирован стационарный режим, в котором генерация пределений электромагнитного поля для задач лазерного наноструктурироновых радикалов сбалансирована уничтожением их кислородом, диффун- вания, а глава 2 посвящена процессу полимеризации в заданном лазерном дирующим из необлученных областей образца. По сравнению с полимери- поле, В ГЛАВЕ 3 предложена модель полимеризации, учитывающая обратзацией в отсутствие кислорода, в таком режиме можно добиться значитель- ное влияние полимеризующейся композиции на лазерное излучение. Дейного обострения стационарного распределения активных центров, осущест- ствительно, в ряде случаев полимеризация может сопровождаться значивляющих рост цепи (радикалов) и доли молекул мономера, превращенных в тельными изменениями диэлектрической проницаемости. В данной главе полимер. В разделе 2.4 сделана оценка для минимальной ширины распреде- рассмотрена задача о лазерной полимеризации акрилатов при сопутствуюления радикалов: щем просветлении среды под воздействием УФ лазерного облучения (рис. 3).

ktNN DQ 12L w =, (1) ktQ Qгде L - характерная ширина распределения лазерного поля, Q0 - равновесная концентрация кислорода в образце, DQ - его коэффициент диффузии, ktQ - кинетическая константа обрыва цепи кислородом, ktNN - константа квадратичного обрыва. Для мономера PEGDMA данная ширина составляет 65 нм при ширине лазерного пучка 400 нм.

УФ лазер Далее, в разделе 2.5, рассмотрена задача о диффузии растущих полимерных цепей. Ввиду уменьшения подвижности макромолекулы по мере Рис. 3. Схема полимеризации, сопровождаемой просветлением среды при воздейувеличения ее размера, диффузия растущих полимерных цепей наиболее ствии УФ лазерным излучением. Вначале мономер преобразуется в полимер в существенна на стадии коротких длин. Принимая это во внимание, развита тонком внешнем слое, при этом слой просветляется, затем излучение проникает модель, учитывающая диффузию только нескольких видов коротких расглубже, инициируя полимеризацию в следующем слое, и так далее.

тущих цепей. Предельный размер (количество присоединенных мономеров), разделяющий диффундирующие и недиффундирующие частицы, стаПри этом продемонстрировано наличие решения в виде недеформирующеновится при этом параметром модели, изменяя который, можно получить гося фронта конверсии, распространяющегося с переменной во времени систему последовательных приближений. В рамках такой модели диффузия скоростью в глубь образца. Для качественного описания эксперимента по полимерных цепей может быть учтена путем применения к распределению УФ лазерной полимеризации этиленгликольметакрилата (EGM), сделанноинициирующего лазерного поля пространственного низкочастотного лиго в научном коллективе, где работает автор, в предложенную модель нейного фильтра, подавляющего частоты, соответствующие масштабам включено простейшее феноменологическое описание гель-эффекта.

меньше характерного:

В ГЛАВЕ 4 рассмотрены ограничения предельных способностей наноDполимеризации, связанные с флуктуационными неоднородностями в форLdiff =, (2) kpM мирующемся полимерном геле.

Наиболее универсальный способ создания трехмерных наноструктур подразумевает последовательную обработку полимеризационно-способной 11 среды хорошо сфокусированным лазерным излучением. Применение фем- для сферически-симметричного вокселя, связывающая критический радиус тосекундных лазеров позволяет эффективно использовать двухфотонное rcr надпороговой области (то есть области где p > pth) с максимальным препоглощение при инициировании полимеризации. За счет нелинейного ха- вышением порогового значения конверсии A – pth в распределении. Критирактера поглощения и наличия порога при гелеобразовании за один акт об- ческий радиус определяет масштаб, при котором размер неоднородностей лучения процесс протекает лишь в небольшой прифокальной области. Об- геля становится сравним с размером самого вокселя. В формуле (4) b – это разующийся при этом сгусток полимерного геля, который принято назы- параметр, характеризующий полимерную систему и соответствующий по вать вокселем, может иметь размеры менее 100 нм. Перемещая образец отпорядку величины размеру мономерной молекулы. Kn = n-1(n-1, +1), где носительно пучка при помощи высокоточных подвижек, можно создавать B() – это бета-функция, а n – это номер первой ненулевой производной объемные растровые изображения, составленные из таких вокселей.

распределения конверсии по радиусу в центре сферической симметрии.

Минимально возможный размер вокселя является важнейшим фактоВ разделе 4.2 наличие критического масштаба проверено с помощью ром, определяющим разрешающую способность при создании микро- и моделирования полимерного геля методом Монте-Карло. Для этого испольнаноструктур. Как показано в главе 4 диссертации, одним из возможных зованы простейшие градиентно-перколяционные модели, в которых конограничений здесь являются флуктуации в структуре полимерного геля, версия соответствует преколяционныму параметру, а химически связанные ввиду того, что процесс образования макроскопической сетки зацепления образования – кластерам.

из отдельных полимерных цепей является стохастическим. Хорошо известно, что на больших масштабах полимерный гель представляет собой макро1 скопически однородное вещество, то есть обладает такими параметрами, D[xcmass] wcr A = 0.как плотность и механические модули. Фрактальная размерность макроскопически однородной структуры равна трем, так как при увеличении линейных размеров l ее масса растет как l3. Напротив, при попытке создания полимерных структур на масштабах отдельных макромолекул свойство макроскопической однородности исчезает, так как хорошо известно, что фрак0,тальная размерность отдельной полимерной цепи отлична от трех.

0,01 D[xcmass]/wВ четвертой главе диссертации показано существование и сделаны оценки критического масштаба, при уменьшении размеров вокселя меньше 1E-которого он теряет макроскопическую однородность.

1E-Известно, что при полимеризации проводимой в макроскопических 0,масштабах существует ярко выраженная точка гелеобразования, соответстm2/m 0,вующая пороговому значению pth конверсии p – степени превращения мономера в полимер. Масштаб неоднородностей полимерного геля в этом 0,случае задается скейлинговым соотношением 0,- ( p) p - pth, (3) m ~wкоторое также справедливо для широкого класса критических явления, в том числе перколяционного перехода.

При инициировании полимеризации сфокусированным лазерным излуwcr чением необходимо учитывать пространственную неоднородность распреr 1 w деления конверсии p(r ). В разделе 4.1 в результате феноменологического Рис 4. Полученные в результате моделирования зависимости (сверху вниз) дисобобщения соотношения (3) на пространственно-неоднородный случай персии координаты центра масс наибольшего кластера, нормированной дисперполучена формула сии координаты центра масс наибольшего кластера, отношения масс второго по bKn-величине и наибольшего кластера и массы наибольшего кластера от ширины расrcr = (4) пределения конверсии при амплитуде распределения A = 0.(A - pth) 13 На рис. 4 для гауссова распределения конверсии Для всех трех моделей полимерного геля демонстрируется хорошее совпадение аналитических результатов и численного эксперимента, что p = Aexp(-r2 2w2) (5) говорит о широкой применимости представленного феноменологического приведена зависимость средних по реализациям параметров от ширины подхода. Полученные результаты позволяют делать оценки предельных распределения (в периодах перколяционной решетки), включая массу наивозможностей наноструктурирования методом лазерной полимеризации.

большего кластера m, дисперсию положения центра масс наибольшего клаБез учета влияния диффундирующего кислорода при фокусировке фемтостера D[xcmass] и отношение масс двух наибольших кластеров m2/m. Легко секундного излучения с длиной волны = 800 нм объективом с числовой видеть, что на всех графиках существует единый масштаб wcr, при превыNA = 1,4 минимально возможный размер вокселя составляет 150 нм. В шении которого, масса наибольшего кластера растет как w3, что говорит о присутствии кислорода размер вокселя может быть уменьшен до 70 нм, что его макроскопической однородности. Переход в данную область также сосоответствует современным экспериментальным результатам.

провождается уменьшением раздробленности больших кластеров и переходом к другой степенной зависимости спадания нормированной дисперсии положения центра масс. Максимум D[xcmass] является удобной точкой для ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ определения данного критического масштаба по результатам моделирования. На рис. 5 приведено сравнение аналитически рассчитанной критиче1) Показано, что перерассеяние лазерного поля в коллоидных массиской ширины гауссова распределения, полученной с помощью формулы вах микрошариков может приводить к уменьшению на порядок усиления (4), и результатов численного эксперимента для максимума D[xcmass].

лазерного поля вблизи микрошариков при использовании их в качестве фокусирующей системы для задач лазерного нано- и микроструктурирования.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.