<div>
	Изменение оптических свойств поверхности серебра за счет лазерного структурирования</div>

Морозова Анастасия Алексеевна, Капустина Ульяна Александровна, Лутошина Дарья Сергеевна, Романова Галина Викторовна

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-5-717-725

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 5 ( сентябрь-октябрь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-5-717-725

УДК 535.67

Изменение оптических свойств поверхности серебра за счет лазерного структурирования

Морозова А.А., Капустина У.А., Лутошина Д.С., Романова Г.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Морозова А.А., Капустина У.А., Лутошина Д.С., Романова Г.В. Изменение оптических свойств поверхности серебра за счет лазерного структурирования // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 5. С. 717–725. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-5-717-725

Аннотация

Введение. Одной из главных задач ювелирной промышленности является придание эстетичного и художественного вида изделию. Это может достигаться путем изменения его цвета. Перспективным способом окрашивания драгоценных металлов является одноэтапный лазерный метод формирования наноструктур с плазмонными свойствами. Однако сегодня остается нерешенной проблема недостаточного понимания механизма формирования цветных покрытий. Поверхностные структуры обычно рассматриваются как набор отдельных сферических наночастиц. Для полного понимания происходящих физико-химических процессов необходимо рассматривать наночастицы в совокупности как агломераты наночастиц на поверхности. Методы и материалы. Для исследования выбран плоскопараллельный образец серебра 999,9 ювелирной пробы. Обработка поверхности серебра проводилась с помощью лазерного комплекса на базе иттербиевого волоконного лазера (ООО «Лазерный Центр», Санкт-Петербург, Россия) с наносекундной длительностью импульсов методом построчного сканирования по одной и двум осям сфокусированным лазерным пучком диаметром d₀ = 50 мкм. Для характеризации поверхности серебра до и после лазерного воздействия использованы оптическая и сканирующая электронная микроскопии. Основные результаты. Исследовано влияние энергии в импульсе и частоты следования импульсов на оптические свойства поверхности серебра. Продемонстрирован процесс генерирования лазерно-модифицированных поверхностных наноструктур, характер их изменения при переходе от сканирования по одной оси к построчному сканированию. Показано, что изменение рельефа поверхности наблюдается и вне непосредственной зоны обработки. Отмечено неравномерное распределение наноструктурных элементов по поверхности обрабатываемой области, что приводит к неравномерности наблюдаемого цвета поверхности на микроуровне. Обсуждение. На основании анализа полученных данных предложена гипотеза формирования наноструктур. При воздействии лазерного излучения на поверхности серебра изначально формируются отдельные наночастицы шарообразной формы. Далее при увеличении температуры концентрация наночастиц значительно возрастает, что приводит к их слиянию и образованию из агломерированных наночастиц некоторых кластеров неправильной формы. Полученные новые данные о процессе формирования поверхностных наноструктур позволяют расширить понимание происходящих процессов, а также показывают возможность применения метода прямого лазерного окрашивания серебра в ювелирной промышленности.

Ключевые слова: лазерное окрашивание, плазмонные наночастицы серебра, лазерная модификация, оптические характеристики, морфология поверхности

Благодарности. Работа выполнена при поддержке программы «Приоритет 2030».

Список литературы

Kristensen A., Yang J.K.W., Bozhevolnyi S.I., Link S., Nordlander P., Halas N.J., Mortensen N.A. Plasmonic colour generation // Nature Reviews Materials. 2017. V. 2. N 1. P. 16088. https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.88
Lee T., Jang J., Jeong H., Rho J. Plasmonic- and dielectric-based structural coloring: from fundamentals to practical applications // Nano Convergence. 2018. V. 5. N 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/s40580-017-0133-y
Duempelmann L., Casari D., Luu-Dinh A., Gallinet B., Novotny L. Color rendering plasmonic aluminum substrates with angular symmetry // ACS Nano. 2015. V. 9. N 12. P. 12383–12391. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b05710
Tan S.J., Zhang L., Zhu D., Goh X.M., Wang Y.M., Kumar K., Qiu C.-W., Yang J.K.W. Plasmonic color palettes for photorealistic printing with aluminum nanostructures // Nano Letters. 2014. V. 14. N 7. P. 4023–4029. https://doi.org/10.1021/nl501460x
Wang Y., Ren F., Ding T. Generation of high quality, uniform and stable plasmonic colorants via laser direct writing // Advanced Optical Materials. 2020. V. 8. N 12. P. 2000164. https://doi.org/10.1002/adom.202000164
Guay J.M., Lesina A.C., Côté G., Charron M., Poitras D., Ramunno L., Berini P., Weck A. Laser-induced plasmonic colours on metals // Nature Communications. 2017. V. 8. N 1. P. 16095. https://doi.org/10.1038/ncomms16095
Cheng F., Gao J., Luk T.S., Yang X. Structural color printing based on plasmonic metasurfaces of perfect light absorption // Scientific Reports. 2015. V. 5. N 1. P. 11045. https://doi.org/10.1038/srep11045
Andreeva Y.M., Luong V.C., Lutoshina D.S., Medvedev O.S., Mikhailovskii V.Yu., Moskvin M.K., Odintsova G.V., Romanov V.V., Shchedrina N.N., Veiko V.P. Laser coloration of metals in visual art and design // Optical Materials Express. 2019. V. 9. N 3. P. 1310–1319. https://doi.org/10.1364/ome.9.001310
Odintsova G.V., Vlasova E.A., Andreeva Y.M., Moskvin M.K., Krivonosov A.S., Gorbunova E.V., Pankin D.V., Medvedev O.S., Sergeev M.M., Shchedrina N.N., Lutoshina D.S., Veiko V.P. High-resolution large-scale plasmonic laser color printing for jewelry applications // Optics Express. 2019. V. 27. N 3. P. 3672–3681. https://doi.org/10.1364/oe.27.003672
Tillack M.S., Blair D.W., Harilal S.S. The effect of ionization on cluster formation in laser ablation plumes // Nanotechnology. 2004. V. 15. N 3. P. 390–403. https://doi.org/10.1088/0957-4484/15/3/028
Boutinguiza M., Comesaña R., Lusquiños F., Riveiro A., del Val J., Pou J. Production of silver nanoparticles by laser ablation in open air // Applied Surface Science. 2015. V. 336. P. 108–111. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.09.193
Olson J., Dominguez-Medina S., Hoggard A., Wang L.-Y., Chang W.-S., Link S. Optical characterization of single plasmonic nanoparticles // Chemical Society Reviews. 2015. V. 44. N 1. P. 40–57. https://doi.org/10.1039/c4cs00131a
Boken J., Khurana P., Thatai S., Kumar D., Prasad S. Plasmonic nanoparticles and their analytical applications: A review // Applied Spectroscopy Reviews. 2017. V. 52. N 9. P. 774–820. https://doi.org/10.1080/05704928.2017.1312427
Tanabe I., Tatsuma T. Plasmonic manipulation of color and morphology of single silver nanospheres // Nano Letters. 2012. V. 12. N 10. P. 5418–5421. https://doi.org/10.1021/nl302919n
Ма С., Чжэн К., Чэнь И. Свойства, применения и методы получения наносеребра //Международный студенческий научный вестник. 2018. № 6. С. 180.
Guay J.M., Walia J., Côté G., Poitras D., Variola F., Berini P., Weck A. Effect of ps-laser repetition rate on colour rendition, nanoparticle morphology and surface chemistry on silver // Optical Materials Express. 2019. V. 9. N 2. P. 457–468.https://doi.org/10.1364/ome.9.000457

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License