УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛОИДНОГО РАСТВОРА НАНОЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ

Полезная модель относится к технике лабораторных исследований процессов получения наночастиц металлов в жидкости. Полученные растворы могут быть применены в химических, физических экспериментах и в медицине. В реферате диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Казакевич П.В. (Образование наночастиц при лазерной абляции металлов в жидкостях) лазерное излучение фокусировалось на металлическую мишень толщиной 1-2 мм находящуюся под слоем выбранной жидкости. Ввод излучения производился вертикально сверху. При этом кювета с жидкостью находилась на управляемом от компьютера столе, который осуществлял перемещение мишени под лазерным пучком. В ряде случаев для уменьшения оптической толщины, образующегося над мишенью коллоидного раствора, абляция осуществлялась в протоке тонкого слоя жидкости над мишенью. Типичная скорость прокачки составляла несколько сантиметров в секунду. Последующая за образцом камера останавливала движение пузырьков воздуха, нарушающих однородность воздействия лазерного излучения на поверхность образца.
Недостатком данного аналога является ввод излучения сверху, что приводит к разбрызгиванию раствора в процессе эксперимента и, как следствие, загрязнение и повреждение оптических элементов, например фокусирующей линзы, а также возникновению неоднородностей на поверхности жидкости. В данной системе отсутствует анализ концентрации частиц.
Известно устройство для подсчета частиц по размерам, содержащее проточную кювету, источник излучения, фотоприемник, формирователь опорных световых сигналов и электронный блок, подключенный к выходу фотоприемника (Патент на изобретение SU974141, МПК G01N 15/06). Принцип действия прибора основан на преобразовании фотодиодом величины изменения светового потока в величину электрических импульсов, амплитуды которых пропорциональны размерам частиц загрязнений. Усиленные электрические импульсы распределяются по каналам, соответствующим размерным диапазонам, и подсчитываются счетчиками.
Недостаток. Анализаторы не имеет обратной связи с механизмом изменения скорости протока частиц. Результатом является измерение после которого оператор должен сам изменить критерии работы оборудования.
Известна оптическая система, состоящая из призмы Глана (Гл) для плавного изменения интенсивности излучения. Далее следует оптическая система расширения пучка (Л1) и короткофокусная линза для фокусировки излучения (Л2) на поверхность мишени. Мишень (О), конец которой погружен в раствор, закреплена в специальном держателе, установленном на трех координатной платформе. Это позволяет проводить точное позиционирование мишени по отношению к лазерному лучу, изменять фокусировку и осуществлять сканирование образца в процессе синтеза наночастиц. В эксперименте жидкость наливается в обычную прямоугольную кювету (К). Возможно оборудование установки специальным реактором, включающим систему перемешивания (механическую или магнитную мешалки) и продувку среды газом (например, для обескислороживания раствора).Излучение вводится через стенку кюветы, что обеспечивает минимальное искажение луча и достаточно стабильную фокусировку. При вводе излучения сверху дополнительное влияние на фокусировку оказывает мениск и уровень жидкости в кювете, кроме того возможно разбрызгивание раствора в процессе эксперимента и, как следствие, загрязнение и повреждение оптических элементов, например фокусирующей линзы. (Статья: Синтез наночастиц металлов при лазерной абляции твердых тел в жидкостях наносекундным излучением 2-й гармоники Nd-YAG лазера. Светличный В.А., Изаак Т.И., Бабкина О.В., Шабалина А.В. Известия ВУЗов. Физика. 2009 г., №12/2)
Недостатком данной установки является ограниченный объем раствора наночастиц. Для получения большего объема необходимо часто менять раствор в кювете. Отсутствует контроль за концентрацией наработанных частиц. Для определения концентрации необходимо остановить процесс получения частиц, сделать забор пробы из кюветы, провести анализ пробы.
Задачей настоящей полезной модели является разработка устройства для получения коллоидного раствора наночастиц, получение установки для проведения непрерывного процесса получения наночастиц метала с заданной концентрации частиц автоматическим поддержание заданной концентрации.
Поставленная задача решается тем, что устройство для получения коллоидного раствора наночастиц в жидкости методом лазерной абляции, состоящее из кюветы для абляции, металлического образца с возможностью сканирования по образцу, магнитной мешалки отличается от прототипа тем, что кювета для получения раствора является проточной, в систему добавлены два резервуара для исходной жидкости и для раствора наночастиц, также в системе присутствует анализатор концентрации частиц основанный на системе излучатель-приемник и установлена обратная связь регулирующая скорость потока исходной жидкости от концентрации частиц на выходе системы. Полезная модель поясняется чертежом, где представлено устройство непрерывного получения наночастиц метала в жидкости, где
1 - резервуар с исходным раствором (вода, этанол), 2 - резервуар с готовым раствором (коллоидный раствор наночастиц), 3 - прозрачная кювета для абляции, 4 - твердотельный материал для абляции (металлическое серебро), 5 - падение лазерного излучения на образец, 6 - перистальтический насос (насос для жидкости с регулировкой скорости), 7 - магнитная мешалка для получения однородного раствора в кювете, 8 - проточная кювета с двумя прозрачными противоположными стенками для контроля концентрации раствора, 9 - светодиод с длиной волны излучения подобранной в максимум длины поглощения раствора (максимум поглощения 400 нм), 10 -кремниевый фотодиод регистрирующий прохождение излучения через раствор от светодиода, 11 - блок управления скорости насоса в зависимости от показаний фотодиода
Устройство для получения коллоидного раствора наночастиц в жидкости методом лазерной абляции включает в себя блок питания, источник излучения, проточную кювету, оснащенную окнами для светопропускания, устройство регистрации прошедшего излучения, насос. В качестве источника лазерного излучения для абляции может быть использован импульсный лазер с подходящими параметрами. В качестве источника излучения используется полупроводниковый диод с длиной полны излучения подобранный максимально близко к максимуму поглощения раствора, что позволяет инспектировать изменение интенсивности поглощения раствора. Устройство регистрации прошедшего излучения от светодиода, состоящее из фотоприемника и усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, подключено к насосу с возможностью настройки порога срабатывания на заданную концентрацию раствора путем изменения регулировочного резистора. Во время работы установки происходит медленное движение раствора через кювету регистрации для определения реальной концентрации раствора. Раствор вытекает из кюветы синтеза самотеком. При достижении заданного порога концентрации устройство подает сигнал на включение перистальтического насоса и увеличивает скорость потока исходного раствора в кювету синтеза. При регистрации уменьшения концентрации растворенных частиц происходит отключение насоса. Изобретение позволяет автоматизировать процесс получения коллоидного раствора наночастиц серебра в заданном диапазоне концентрации.