Прикладная фотохимия

Регистрирующий слой CD-RW-диска представляет собой более сложное по составу и дорогостоящее вещество, нежели у CD-R. Фазовые состояния этого вещества легко регулируются при помощи температурного воздействия; оно проявляет т.н. аморфные свойства. При нагревании такое вещество не переходит сразу в жидкое состояние, а становится вязким и мутным — аморфным. Принцип записи на CD-RW-дисках состоит в

следующем: проходя над определенной областью диска, мощный луч лазера нагревает регистрирующий слой до высокой температуры и отключается. Участок изначально кристаллического слоя после сильного нагревания становится аморфным, а резкое остывание (после отключения лазера) фиксирует это состояние. Процесс чтения полностью аналогичен процессу чтения CD-R-диска. При перезаписи вещество переходит из аморфного состояния в кристаллическое после небольшого нагрева; этот процесс идет и при нормальных условиях (медленно), а потому информация, хранящаяся на CD-RW-диске, будет безвозвратно утеряна в течение нескольких лет. Ещё одной особенностью CD-RW-дисков является частичное отражение света регистрирующем слоем (даже в аморфном состоянии); вследствие этого разделение на импульс ("единица") и отсутствие импульса ("ноль") не представляется возможным. Для CD-RW-дисков необходимо разделение по принципу слабый импульс ("ноль") и стандартный импульс, полное отражение луча ("единица"). Именно поэтому большинство музыкальных устройств не работают с CD-RW-дисками.

Отличие DVD-дисков от рассмотренных выше заключается в том, что их запись (чтение) осуществляется лазерным лучом со значительно более короткой длиной волны. Это позволило значительно уменьшить размеры пиитов, и, соответственно, повысить их плотность на диске, что и является причиной гораздо большей ёмкости DVD.

Синтезы фотохимии

Фотохимические реакции позволяют осуществлять промышленный синтез веществ, которые сложно или просто невозможно получить с помощью обычных "тепловых" химических реакций. Использование света в тонком химическом синтезе совсем немного удорожает производство, при этом не существует никаких особых ограничений на применение фотохимических процессов. Среди продуктов тонкого органического синтеза: витамин D3 (добавляемый в пищу животным), простагландины (гормоны, применяющиеся в химиотерапии), оксиды розового масла (используемые в парфюмерии). Крупнотоннажное химическое производство предъявляет повышенные требования к эффективности фотохимических процессов, поскольку энергетические расходы здесь могут составлять значительную часть его полной стоимости. По-видимому, наиболее эффективными являются при этом цепные фотохимические реакции. Фотохимическая технология применяется в крупнотоннажном производстве g-гексахлорциклогексана (гаммексана, или линдана, ценного инсектицида), алкансульфонатов (поверхностно-активных добавок и эмульгаторов), капролактама (одного из предшественников найлона).

Новые направления в фотохимии. Лазерная нанотехнология

Позиционирование атомов фокусированным лазерным лучом

Все компьютерные микропроцессоры изготавливаются на кремниевой подложке методом фотолитографии (см. выше, фоторезисты). Увеличивая частоту колебаний световой волны (переходя от зеленого света к синему, а потом и к ультрафиолетовому), можно уменьшить ширину линии рисунка, т. е. и размеры интегральной схемы в целом.

На сегодняшний день, однако, возможности этой технологии исчерпаны: следующие за ультрафиолетовыми рентгеновские лучи трудно сфокусировать, и потому рентгеновская литография используется крайне редко. Один из вариантов решения проблемы - использование самого света в качестве шаблона. Дж. Дж. Макклеланд со своими коллегами из Национального института стандартов и технологии (США) применил этот метод, чтобы изготовить решетку из хромированных точек на маленькой кремниевой пластине. Размер точки - всего 80 нм - значительно меньше разрешающей способности, обеспечиваемой ультрафиолетовыми лучами. С дальнейшим развитием этой технологии станет возможным размещение 2 млрд интегральных схем на площади в 1 см2 всего за несколько минут.

В основе данной технологии лежит использование в качестве линзы лазерного луча. Плотный узкий пучок атомов хрома, получаемый при нагревании навески хрома в СВЧ-печи, пропускают сквозь пучок лазерного излучения, частота которого близка к частоте собственных колебаний атомов хрома. В результате атомы теряют энергию, т. е. охлаждаются. Непосредственно перед кремниевой подложкой эти атомы попадают в еще один лазерный пучок - примерно той же частоты, что и первый. Будучи отраженным от зеркала, этот пучок образует стоячую волну, т. е. волну, пучности и узлы которой фиксированы в пространстве.

Натолкнувшись на такую стоячую волну, атомы хрома вынуждены двигаться либо вверх, к гребню волны, либо вниз, к узлу между гребнями. Таким образом, волна играет роль линзы, отклоняя проходящие сквозь нее атомы от прямой траектории на половину длины волны и выстраивая их в аккуратные линии на поверхности кремниевой пластины. Если пластину осветить двумя взаимноперпендикулярными лазерными пучками, как это сделал Макклеланд, линии превратятся в правильную совокупность точек - решетку. Следующий этап - сканирование лазером поверхности для создания произвольного рисунка интегральных наносхем.

Внедрение данной технологии в промышленность связано, однако, с рядом нерешённых проблем:

- не все атомы фокусируются;

- вероятно, будет невозможно стравливать материал, не разрушая рисунка соединений.

Тем не менее, возможность создания схем с шириной линии рисунка в 10 раз меньшей, чем сегодняшние, позволяет считать данную технологию весьма перспективной.

Лазерная чистка нанотрубок

Углеродные нанотрубки (УНТ) вследствие своего необычного кристаллического строения обладают уникальными электрическими и механическими свойствами. В частности, благодаря ним УНТ имеют огромное количество применений. Свойства УНТ, не очищенных от загрязнений, появляющихся в процессе синтеза, в значительной степени теряются. Поэтому постоянно растет потребность в химически чистых недефектных нанотрубках, однако очистить УНТ от слоя аморфного углерода, покрывающего всю их поверхность, оказывается крайне сложно и дорого. Возможное решение этой проблемы нашли ученые из Политехнического Института Вирджинии (Virginia Polytechnic Institute): они обнаружили, что луч лазера определенной частоты эффективно и быстро удаляет аморфный углерод, не повреждая при этом сами нанотрубки.

Открытие было сделано случайно: исследователи использовали лазер для калибровки чувствительности покрытых углеродными нанотрубками детекторов, не подозревая о его способности чистить нанотрубки. Оказалось, что ультрафиолетовый свет длиной волны 248 нм от эксимерного лазера заставляет слой аморфного углерода отслаиваться от стенок нанотрубки, не нанося при этом никакого ущерба самой УНТ. Это означает, что выход продукта, то есть очищенных УНТ, будет гораздо выше, чем в химических методах очистки. Кроме того, весь процесс занимает менее трех минут, в сравнении с несколькими часами и даже днями в других методах.

 Скачать реферат