Моделирование спектральных характеристик композитов прозрачная матрица – наночастицы со структурой ядро–оболочка
Каленский А.В., Звеков А.А., Галкина Е.В., Нурмухаметов Д.Р.

Кемеровский государственный университет, Кемерово, Россия,
Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН (Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН), Кемерово, Россия

Аннотация:
В рамках теории Адена–Керкера для концентрических структур ядро–оболочка проведено моделирование оптических свойств композитов прозрачная матрица–наночастицы металлов, покрытых оксидной оболочкой. На примере композитов пентаэритрит тетранитрат – наночастицы Al (Al2O3) показано, что показатели поглощения и рассеяния, коэффициенты коллимированного пропускания, полного отражения и пропускания определяются толщиной образца, радиусом наночастиц, их массовой долей и массовой долей оксида в наночастицах. Предложен способ определения данных параметров при сравнении рассчитанных спектральных зависимостей коэффициентов пропускания и отражения с экспериментальными данными. Наименьшая величина ошибки возникает при определении радиуса наночастицы (порядка 2–3 %), а массовая доля наночастиц и массовая доля оксида являются более слабыми параметрами (с точностью определения до 25 %).

Ключевые слова:
перенос излучения, теория Адена–Керкера, наночастицы ядро–оболочка, спектры, обработка эксперимента, оптические характеристики.

Цитирование:
Каленский, А.В. Моделирование спектральных характеристик композитов прозрачная матрица–наночастицы со структурой ядро – оболочка / А.В. Каленский, А.А. Звеков, Е.В. Галкина, Д.Р. Нурмухаметов // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 2. – С. 254-262. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-254-262.

Литература:

  1. Братченко, И.А. Гиперспектральная визуализация патологий кожи в видимой области / И.А. Братченко, М.В. Алонова, О.О. Мякинин, А.А. Морятов, С.В. Козлов, В.П. Захаров // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 2. – С. 240-248. DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-240-248.
  2. Лысенко, С.А. Метод расчета коэффициента диффузного отражения света от глазного дна / С.А. Лысенко, М.М. Кугейко // Журнал прикладной спектроскопии. – 2016. – Т. 83, № 3. – С. 419-429.
  3. Петрук, И.Г. Спектрофотометрический метод дифференциации меланомы кожи человека. II. диагностические характеристики / И.Г. Петрук, A.П. Иванов, С.M. Кватернюк, В.В. Барун // Журнал прикладной спектроскопии. – 2016. – Т. 83, № 2. – С. 284-292.
  4. Toon, G.C. HITRAN spectroscopy evaluation using solar occultation FTIR spectra / G.C. Toon, J.-F. Blavier, K. Sung, L.S. Rothman, I.E. Gordon // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2016. Vol. 182. – P. 324-336. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.05.021.
  5. Wang, C. Application of Principal Component Analysis to Classify Textile Fibers Based on UV-Vis Diffuse Reflectance Spectroscopy / C. Wang, Q. Chen, M. Hussain, S. Wu, J. Chen, Z. Tang // Журнал прикладной спектроскопии. – 2017. – Т. 84, № 3. С. 368-372.
  6. Адуев, Б.П. Определение оптических свойств светорассеивающих систем с помощью фотометрического шара / Б.П. Адуев, Д.Р. Нурмухаметов, А.А. Звеков, А.П. Никитин, Н.В. Нелюбина, Г.М. Белокуров, А.В. Каленский // Приборы и техника эксперимента. – 2015. – № 6. – С. 60-66. DOI: 10.7868/S0032816215050018.
  7. Guévelou, S. A simple expression for the normal spectral emittance of open-cell foams composed of optically thick and smooth struts / S. Guévelou, B. Rousseau, G. Domingues, J. Vicente. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 2017. – Vol. 189. – P. 329-338. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.12.011.
  8. Нелюбина, Н.В. Особенности обработки спектров окрашенных суспензий в кюветах с толстыми стенками / Н.В. Нелюбина, М.П. Пидгирный, О.Н. Булгакова, А.А. Звеков, А.В. Каленский // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 4. – С. 508-515. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-508-515.
  9. Herbin, H. New approach for the determination of aerosol refractive indices – Part I: Theoretical bases and numerical methodology / H. Herbin, O. Pujol, P. Hubert, D. Petitprez // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. – 2017. – Vol. 200. – P. 311-319. – DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.03.005.
  10. Hubert, P. New approach for the determination of aerosol refractive indices – Part II: Experimental set-up and application to amorphous silica particles / P. Hubert, H. Herbin , N. Visez, O. Pujol, D. Petitprez // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. – 2017. – Vol. 200. – P. 320-327. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.03.037.
  11. Адуев, Б.П. Исследование оптических свойств наночастиц алюминия в тетранитропентаэритрите с использованием фотометрического шара / Б.П. Адуев, Д.Р. Нурмухаметов, Г.М. Белокуров, А.А. Звеков, А.В. Каленский, А.П. Никитин, И.Ю. Лисков // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84, № 9. – С. 126-131.
  12. Mostovshchikov, A.V. Structural and Energy State of Electro-Explosive Aluminum Nanopowder / A.V. Mostovshchikov, A.P. Ilyin, M.A. Zakharova // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 712. – P. 215-219. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.712.215.
  13. Ильин, А.П. Проблемы совершенствования электровзрывной технологии получения нанодисперсных порошков / А.П. Ильин, О.Б. Назаренко // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2008. – Т. 51, № 7. – С. 61-64.
  14. Knight, M.W. Aluminum for Plasmonics / M.W. Knight, N.S. King, L. Liu, H.O. Everitt, P. Nordlander, N.J. Halas // ACS Nano. – 2014. – Vol. 8, Issue 1. – P. 834-840. – DOI: 10.1021/nn405495q.
  15. Parashar, P.K. Plasmonic silicon solar cell comprised of aluminum nanoparticles: Effect of nanoparticles' self-limiting native oxide shell on optical and electrical properties / P.K. Parashar, R.P. Sharma, V.K. Komarala // Journal of Applied Physics. – 2016. – Vol. 120. – 143104. – DOI: 10.1063/1.4964869.
  16. Temple, T.L. Optical properties of gold and aluminium nanoparticles for silicon solar cell applications / T.L. Temple, D.M. Bagnall // Journal of Applied Physics. – 2011. – Vol. 109. – 084343. – DOI: 10.1063/1.3574657.
  17. Адуев, Б.П. Влияние массовой доли металлического алюминия в наночастицах на порог взрывного разложения и эффективность поглощения света в компаунде на основе тэна / Б.П. Адуев, Д.Р. Нурмухаметов, А.А. Звеков, Н.В. Нелюбина // Физика горения и взрыва. – 2014. – Т. 50, № 5. – C. 87-91.
  18. Адуев, Б.П. Исследование вкладов рассеяния и поглощения света включениями наночастиц алюминия в тэне / Б.П. Адуев, Д.Р. Нурмухаметов, Г.М. Белокуров, Р.И. Фурега // Физика горения и взрыва. – 2015. – Т. 51, № 3. – С. 70-75. – DOI: 10.15372/FGV20150310.
  19. Наноплазмоника / В.В. Климов. – М: Физматлит, 2009. 480 с. – ISBN: ‎978-5-9221-1030-3.
  20. Rasskazov, I.L. Surface plasmon polaritons in curved chains of metal nanoparticles / I.L. Rasskazov, S.V. Karpov, V.A. Markel // Physical Review B. – 2014. – Vol. 90, Issue 7. – 075405. – DOI: 10.1103/PhysRevB.90.075405.
  21. Aden, A.L. Scattering of Electromagnetic Waves from Two Concentric Spheres / A.L. Aden, M. Kerker // Journal of Applied Physics. – 1951. Vol. 22, Issue 10. – P. 1242-1246. – DOI: 10.1063/1.1699834.
  22. Рассеяние света в мутной среде / К.С. Шифрин. М.,Л.: Гос. изд-во технико-теоретической лит., 1951. – 288 c.
  23. Кригер, В.Г. Влияние эффективности поглощения лазерного излучения на температуру разогрева включения в прозрачных средах / В.Г. Кригер, А.В. Каленский, А.А. Звеков, И.Ю. Зыков, Б.П. Адуев // Физика горения и взрыва. – 2012. – Т. 48, № 6. – С. 54-58. – ISSN: 0430-6228.
  24. Звеков, А.А. Моделирование распределения интенсивности в прозрачной среде с френелевскими границами, содержащей наночастицы алюминия / А.А. Звеков, А.В. Каленский, А.П. Никитин, Б.П. Адуев // Компьютерная оптика. – 2014. – Т. 38, № 4. – С. 749-756.
  25. Звеков, А.А. Расчет оптических свойств композитов пентаэритрит тетранитрат наночастицы кобальта / А.А. Звеков, А.В. Каленский, Б.П. Адуев, М.В. Ананьева // Журнал прикладной спектроскопии. – 2015. – Т. 82, № 2. – С. 219-226.
  26. Каленский, А.В. Оптические свойства композитов на основе прозрачной матрицы и наночастиц меди / А.В. Каленский, А.А. Звеков, А.П. Никитин, Н.В. Газенаур // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2016. – Т. 59, № 2. – С. 87-94.
  27. Handbook of optical constants of solids. Vol. II / Ed. by E.D. Palik. – San Diego: Academic Press, 1998. – 1096 p. – ISBN: ‎978-0-12-544415-6.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20