Фотодеструкция наночастиц серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 535.21; 681.7.03

ФОТОДЕСТРУКЦИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНЫХ

СТЕКЛАХ

Д.А. Игнатьев, А.И. Игнатьев, Н.В. Никоноров

Исследованы процессы разрушения серебряных наночастиц в фото-термо-рефрактивных стеклах при облучении импульсным лазером (532 нм) наносекундной длительности в зависимости от дозы облучения. Показано, что под действием лазерного излучения происходит фотофрагментация наночастиц серебра с образованием серебряных кластеров, а также фотоионизация нейтральных атомов серебра c переходом их в ионное состояние. Ключевые слова: фотодеструкция, фото-термо-рефрактивные стекла, серебряные наночастицы.

Фото-термо-рефрактивные (ФТР) стекла представляют собой перспективный класс фоточувствительных материалов, разработанных для записи высокоэффективных объемных фазовых голограмм. ФТР стекла - это сложные гетерофазные структуры, в которых под действием света и последующей термической обработки выделяются наночастицы серебра, на которых вырастают нанокристаллы NaF-AgBr [Л]. На основе этих стекол создаются фазовые голограммы, используемые в качестве узкополосных селекторов, комбайнеров световых пучков, фильтров, повышающих спектральную яркость лазерных диодов. Однако полоса плазмонного резонанса серебряных наночастиц с максимумом 450-480 нм существенно ограничивает применение голограмм в видимом диапазоне спектра. По этой причине актуальной задачей при записи объемных фазовых голограмм в ФТР стекле является уменьшение поглощения серебряных наночастиц за счет их фотолитического разрушения (фотодеструкции).

Образцы в виде плоскопараллельных пластин ФТР стекол облучались ультрафиолетовым излучением ртутной лампы высокого давления и термически обрабатывались в муфельной печи. Измерение спектров поглощения осуществлялось на спектрофотометре Lambda 650. Фотодеструкция серебряных наночастиц производилась излучением импульсного YAG:Nd3+ лазера (Solar LQ-129) с длиной волны 532 нм. Энергия импульса составляла 68 мДж, длительность импульса 13 нс, частота следования импульсов 10 Гц.

Впервые обнаружено, что: при облучении ФТР стекол, содержащих наночастицы серебра, происходит существенное изменение спектров поглощения. Амплитуда полосы плазмонного резонанса серебряных частиц уменьшается в зависимости от дозы излучения, вплоть до полного ее исчезновения (рисунок);

фотолитическому разрушению подвержены наночастицы серебра, находящиеся как в окружении стеклообразующей матрицы, так и внутри оболочки из кристаллической фазы NaF-AgBr.

На основании анализа спектров поглощения сделан вывод, что под действием импульсного лазерного излучения происходит фотофрагментация наночастиц серебра с образованием серебряных кластеров, а также фотоионизация нейтральных атомов серебра c переходом их в ионное состояние. Эффект фотодеструкции может быть использован для создания высокоэффективных фазовых голограмм, работающих в видимом диапазоне спектра.

2

1.

2.

S 1,6

s к о

(? о н

1-е

о С

1,2

0,8

0,4

0 300

1

\

го \ \

ч \ \\

VS

i ч --

"—*-:—  —. . . -Т-Т- VÍ : —т-7-VT-.-J

400

0 Дж/см2

500 600 Длина волны, нм ,2

700

840 Дж/см2

800

- '210 Дж/см2 ---8000 Дж/см2

Рисунок. Спектры поглощения ФТР стекла при разных дозах излучения лазера [Л]. Никоноров Н.В., Панышева Е.И., Туниманова И.В., Харченко М.В. Особенности окрашивания муль-тихромных стекол под действием лазерного излучения // Физика и химия стекла. - 1993. - Т. 19. - № 3. -С. 442-448.

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики,

2013, № 3

Игнатьев Дмитрий Александрович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, инженер, ignatiev_d_a@mail.ru

Игнатьев Александр Иванович — Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, зав. лабораторией, ignatiev@oi.ifmo.ru

Никоноров Николай Валентинович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, Nikonorov@oi.ifmo.ru

УДК 622.7, 528.854, 004.93

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ОБОГАТИМОСТИ РУД ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

А.А. Алёхин

Приведены результаты работ по созданию экспериментального образца оптико-электронного комплекса, предназначенного для оценки степени обогатимости руд твердых полезных ископаемых оптическим методом. Ключевые слова: обогатимость, твердые полезные ископаемые, оптический метод обогащения, цвет, обработка изображений.

Оптический (в зарубежной практике - color sorting) метод сепарации является наиболее универсальным среди радиометрических и широко используется при переработке минерального сырья, твердых бытовых и промышленных отходов, сельскохозяйственных культур. Обогащение минерального сырья данным методом основывается на использовании современных видеоинформационных технологий и анализа в реальном времени таких оптических характеристик минералов, как цвет, блеск, прозрачность, отражательная способность.

Несмотря на применение в существующих оптических сепараторах методов машинного обучения, они, главным образом, эффективны для решения простых задач: в случае ярко выраженного цветового контраста объектов контроля, при разделении по нескольким цветовым оттенкам или же по однородности одного из цветов. Однако при необходимости различения в автоматическом режиме тонких цветовых оттенков, контроле минеральных структур со сложной поверхностной и (или) внутренней структурой (образцы с рельефной поверхностью, дающей вторичные тени на изображении; частично и неоднородно прозрачные образцы), потенциально перспективный метод часто пасует, не позволяя достигать должного качества сортировки.

В большинстве случаев причиной неэффективности использования оптического метода является пренебрежение особенностями получения и обработки цветного изображения (например, используемые методы цветовой интерполяции) в блоке регистрации сепаратора, а также свойствами используемых цветовых моделей (RGB, L*a*b* и т.п.). Особенности получения и обработки цветного изображения обусловливают максимальный для данного конкретного сепаратора диапазон различаемых цветовых оттенков анализируемого объекта, а используемая цветовая модель - минимальную границу их различения.

Кроме того, несмотря на активное использование оптического метода и обогатительного оборудования, его реализующего, для сепарации твердых полезных ископаемых разных типов до сих пор не существует как методов оценки обогатимости (за исключением прямой пробы на сепараторе), так и критериев выбора в пользу того или иного сортировочного комплекса для решения конкретной задачи обогащения.

Коллективом кафедры оптико-электронных приборов и систем НУИ ИТМО разработаны принципы организации процесса экспресс-анализа обогатимости руд оптическим методом, а также предложена конструкция экспериментального образца соответствующего измерительного комплекса, в настоящее время не имеющего аналогов на рынке оборудования для горнодобывающей промышленности.

Разработанный экспериментальный образец содержит два канала регистрации с разрешением 800x600 пикселей и позволяет проводить двусторонний анализ минеральных образцов крупностью от 5 до 150 мм. При этом сушка поверхности образцов не требуется, что очень удобно с точки зрения организации технологического процесса оценки обогатимости. Другой особенностью предлагаемого решения является то, что анализ производится с использованием сразу трех цветовых моделей - RGB, YUV и HLS. При этом выбирается модель, наиболее подходящая для сепарации конкретного вида минерального сырья. Кроме того, помимо цвета, анализируется возможность использования при сепарации и других селективных признаков, характеризующих поверхностную структуру минералов, например, наличие «блесток» (точечных объектов) и «прожилок» (линейных объектов).

Результатом анализа рудной пробы являются выбранный селективный признак (или набор признаков), а также параметры настройки сепаратора, оптимальные для обогащения данного типа руды - наиболее эффективная цветовая модель и границы разделения.

При разработке экспериментального образца отдельное внимание было уделено принципам освещения рабочей зоны [1] и методикам настройки цветопередачи [2, 3] системы регистрации аналитического комплекса, имеющим важное значение для обеспечения эффективности анализа и выбора оптимальных условий сепарации. Для проверки выдвинутых теоретических положений, разработанных мето-

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, № 3