Способ получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала Российский патент 2018 года по МПК C30B29/62 B82B3/00 

Настоящее изобретение относится к технологии создания нитевидных нанокристаллов (нановискеров) для различных областей техники и может быть, нпример, использовано в полиграфии для создания изображений, защищающих ценные бумаги и ID от подделки.

Предшествующий уровень техники.

Известен способ получения нитевидных нановискеров в теле листового материала (см., например, патент РФ №2456230 кл. В82В 3/00/ С30В 29/62).

Известный способ получения эпитаксиальных нановискеров заключается в нанесении на поверхность полупроводниковой пластины нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагрева и осаждения кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл.

Хотя эпитаксиальный рост нановискеров широко используется в полупроводниковой технике, его трудно применить в производственных процессах, исключающих длительное время выполнения отдельных операций, выстой между ними и выполнение принципиально значимых операций не на открытом воздухе, а в специальных условиях, создаваемых в замкнутых объемах. Такие условия невозможно соблюдать, например, в полиграфическом производстве при изготовлении защищенной от подделки продукции.

Известен способ получения нитевидных нановискеров в теле листового материала, который позволяет осуществлять их рост на воздухе (см., например, патент РФ №2131951 кл. С30В 29/62, 29/16, 30/00).

Этот способ исключает использование затравок и кристаллизационных камер, применяя при получении нановискеров излучение СО₂ лазера, работающего в непрерывном режиме. Однако процесс получения нановискеров по этому способу занимает более часа. Каждый его цикл требует выполнения больших подготовительных работ, что не совместимо с длительностью выполнения операций при производстве защищенной от подделки полиграфической продукции.

Известна также публикация Г.А. Аскарьяна и Е.М. Мороза «Давление при испарении вещества в луче радиации» в ЖЭТФ 1962 г., т. 43, №6, с. 231-232, в которой оценивалась величина давления отдачи при испарении вещества под действием энергии лазера и указывалось, что это давление в 10⁴÷10⁵ раз превосходит давление сфокусированного лазерного луча, и его необходимо учитывать при оценке давления лазерного луча на поверхность материала. При этом авторы полагали, что одним из применений эффекта роста давления отдачи при испарении вещества может стать ускорение его частиц в луче лазера.

Указанная публикация была сделана через два года после создания первого лазера, когда вопросы получения и использования нитевидных нанокристаллов не были актуальными. Однако установленный авторами эффект роста давления отдачи при испарении вещества лучом лазера может быть использован при создании новых способов получения нановискеров.

Раскрытие изобретения.

В основу изобретения положена задача создания такого способа получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала, который позволил бы получать в пределах лазерного пятна множество нановискеров за время действия импульса лазерного излучения. Такое решение исключит множество трудоемких операций при существующей технологии получения нановискеров и позволит создавать их на открытом воздухе в ритме производства продукции на соответствующих технологических линиях.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала, заключающегося в локальном изменении структуры этого материала под внешним воздействием, в соответствии с изобретением на заданные точки листового материала в виде фольги из слоя металла между двумя слоями пластика воздействуют импульсами лазерного излучения, вызывают каждым импульсом в пределах лазерного пятна интенсивное испарение металла фольги, проникновение с огромной скоростью под давлением лазерного луча частиц металла во внутрь пластика над и под слоем металла, создают в пластике в пределах лазерного пятна ударное нарастание давления отдачи от испарения металла, во много раз превосходящего давление лазерного луча, и под действием этого давления и высокой температуры образуют внутри пластика в пределах лазерного пятна нановискеры из сплавленных между собой частиц металла и пластика.

При таком способе получения нановискеров в теле листового материала обеспечивается получение нановискеров за время действия импульса лазерного излучения.

Целесообразно, что лазерным лучом, состоящим из множества одинаковых световых волн, одновременно вызывают испарение металла из множества точек на поверхности фольги в пределах лазерного пятна и одновременно создают множества композитных нановискеров из сплава металла и пластика.

При таком способе получения нановискеров обеспечивается высокая производительность образования нановискеров в листовом материале.

Краткое описание чертежей.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее изобретение варианта осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 - иллюстрирует предлагаемый способ получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала;

Фиг. 2 - показывает увеличенное изображение нановискеров в процессе их создания в листовом материале.

Лучшие варианты осуществления изобретения.

Предлагаемый способ получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала осуществляют следующим образом:

На заданные точки листового материала 1 в виде фольги из слоя металла 2 между двумя слоями пластика 3 и 4 воздействуют импульсами лазерного излучения. Каждым импульсом 5 вызывают в пределах лазерного пятна 6 интенсивное испарение металла фольги. При этом частицы металла с огромной скоростью под давлением лазерного луча 5 проникают во внутрь пластика 3 и 4 над и под слоем металла 2. Испарение металла 2 фольги в пределах лазерного пятна 6 создает в слоях пластика 3 и 4 ударное нарастание давления отдачи от испарения металла, во много раз превосходящее давление лазерного луча 5. Под действием этого давления и высокой температуры частицы металла сплавляются с пластиком и образуют в слоях 3 и 4 листового материала 1 нитевидные нанокристаллы (нановискеры) 7. Эти нановискеры 7 показаны на фиг. 2 в процессе их создания. Видно, что в слое пластика 3 нановискеры оттеснены на периферию лазерного пятна из-за интенсивного плавления металла в центре лазерного луча.

Промышленная применимость.

Предлагаемый способ получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) -единственный, позволяющий осуществить этот процесс на открытом воздухе за столь короткое время - за время длительности импульса лазерного излучения. Это открывает широкие возможности его использования в различных технологических процессах, в том числе в полиграфии для изготовления защищенной от подделки продукции.

Изобретение относится к технологии создания нитевидных нанокристаллов (нановискеров) для различных областей техники и может быть использовано, например, в полиграфии при изготовлении защищенной от подделки продукции. Cпособ получения нановискеров в теле листового материала в виде фольги из слоя металла между двумя слоями пластика осуществляют воздействием на листовой материал импульсом лазерного излучения. При воздействии импульса на металл фольги происходит его интенсивное испарение в пределах лазерного пятна, выброс частиц металла с огромной скоростью под давлением луча вовнутрь пластика над и под слоем металла. Испарение металла создает в слоях пластика ударное нарастание давления отдачи от испарения, во много раз превышающее давление лазерного луча. Под действием этого давления и высокой температуры частицы металла сплавляются с пластиком и образуют в нем нитевидные нанокристаллы. Обеспечивается возможность получения множества нановискеров на открытом воздухе и с высокой производительностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения нитевидных нанокристаллов (нановискеров) в теле листового материала, заключающийся в локальном изменении структуры этого материала под внешним воздействием, отличающийся тем, что на заданные точки листового материала в виде фольги из слоя металла между двумя слоями пластика воздействуют импульсами лазерного излучения, вызывают каждым импульсом в пределах лазерного пятна интенсивное испарение металла фольги, проникновение под давлением лазерного луча частиц металла вовнутрь пластика над и под слоем металла, создают в пластике в пределах лазерного пятна ударное нарастание давления отдачи от испарения металла, превышающее давление лазерного луча, и под действием этого давления и высокой температуры образуют внутри пластика в пределах лазерного пятна нановискеры из сплавленных между собой частиц металла и пластика.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что лазерным лучом, состоящим из множества одинаковых световых волн, одновременно вызывают испарение металла из множества точек на поверхности фольги в пределах лазерного пятна и одновременно создают множество композитных нановискеров из сплава металла и пластика.