Оптические свойства наноматериалов

Самый простой подход связан с геометрическими размерами структуры таких материалов. Согласно такому подходу материалы с характерным размером микроструктуры от 1 до 100 нм называют наноструктурными (или иначе нанофазными, нанокристаллическими, супрамолекулярными).
Некоторые ученые Алферов Ж.И., Копьев П.С., Сурис Р.А. считают, что если при уменьшении объема какого-либо вещества по одной, двум или трем координатам до размеров нанометрового масштаба возникает новое качество, или это качество возникает в композиции из таких объектов, то эти образования следует отнести к наноматериалам, а технологии их получения и дальнейшую работу с ними; к нанотехнологиям.
Вторая категория включает в себя материалы в виде малоразмерных изделий с характеризующим размером в примерном диапазоне 1 мкм…1 мм. Обычно это проволоки, ленты, фольги. Такие материалы содержат уже значительное число структурных элементов и их можно классифицировать как наноматериалов с большим числом структурных элементов (кристаллитов) или наноматериалы в виде микроизделий.
Другим аспектом является тот факт, что свободная поверхность является местом сосредоточения (стока) кристаллических дефектов. При малых размерах частиц их концентрация заметно возрастает за счет выхода большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. Установлено, что процессы деформации и разрушения протекают, в первую очередь, в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала, что во многом определяет механические свойства (прочность, пластичность).
Фотонное ограничение повышает амплитуду световой волны на порядки величины, что увеличивает интенсивность света пропорционально квадрату амплитуды. Явление используется для повышения разрешающей способности оптических устройств (эффект «горячего пятна»).
В случае несферических частиц резонансная длина волны зависит от их размера, формы, состава,...

Начало XXI века ознаменовалось революционным началом развития нанотехнологий и наноматериалов. Они уже используются во всех развитых странах мира в наиболее значимых областях человеческой деятельности (промышленности, обороне, информационной сфере, радиоэлектронике, энергетике, транспорте, биотехнологии, медицине). Анализ роста инвестиций, количества публикаций по данной тематике и темпов внедрения фундаментальных и поисковых разработок позволяет сделать вывод о том, что в ближайшие 20 лет использование нанотехнологий и наноматериалов будет являться одним из определяющих факторов научного, экономического и оборонного развития государств. Некоторые эксперты даже предсказывают, что XXI век будет веком нанотехнологий.
Исключительные свойства наноматериалов обусловливают перспективы их широкого применения в технологии. Особое место занимают применения наноматериалов в быстро развивающихся областях цифровой электроники, телекоммуникациях, технологиях преобразования и сохранения энергии, здравоохранении. Например, пространственно-упорядоченные массивы наночастиц весьма перспективны для создания устройств высокоплотной записи информации и оптоэлектронных приборов. Наночастицы диоксида титана (основного компонента обычных титановых белил) способны разлагать воду на водород и кислород под действием обычного солнечного света. Нанопористые вещества способны отсеять бактерии или эффективно поглотить примеси или токсины. Наночастицы можно использовать для направленной доставки и концентрирования биомолекул, лечения раковых опухолей, в нанофармакологии и наномедицине.
Из всего вышесказанного ясно, что тема реферата: «Оптические свойства наноматериалов» очень актуальна в настоящее время.

Сопоставимость длины волны света с размером наночастиц приводит к изменению оптических свойств наночастиц.
К оптическим свойствам наноматериалов относят показатель преломления света, прозрачность (пропускание и поглощение света), способность люминесценцировать (испускание света), способность генерировать вторую и третью гармоники лазерного излучения, а также действовать в качестве оптических ограничителей этого излучения за счет проявления оптической нелинейности.
Длина волны видимого света 380–760 нм больше размера наночастиц, однако в спектрах поглощения и рассеяния металлических наночастиц размером 2–150 нм имеются широкие полосы в видимой области или в прилегающих к ней ближних ИК- и УФ-областях.
Оптическое возбуждение резонансов Ми – наиболее яркое проявление размерного эффекта у металлических наночастиц.
В 1974 г. было обнаружено явление гигантского комбинационного рассеяния света на тонких пленках и наночастицах Ag. Усиление комбинационного рассеяния молекул, адсорбированных на Ag, достигало величин, намного превосходящих обычные значения интенсивности (в 105–1010 раз). Это явление позволяет регистрировать спектры комбинационного рассеяния очень малых количеств вещества, вплоть до отдельных молекул.
Немаловажное значение для создания светодиодов, солнечных батарей, отражателей ИК-света имеют оптически прозрачные электропроводные наноматериалы.
Электрооптические свойства – возрастание электропроводности полупроводников при поглощении света или излучение света под действием электрического тока. Фотокаталитические свойства – способность проявлять или усиливать каталитическую активность под действием излучения.