-Исследование физических процессов лазерной абляции и фрагментации наноструктур пористого кремния.

Предлагаемый проект направлен на исследование физических процессов лазерной абляции и фрагментации наноструктур пористого кремния. Задача является актуальной ввиду широкого применения наночастиц кремния в различных областях оптики, наноэлектроники и биомедицины. Уникальные оптические свойства наноструктурированного кремния, присущие ему свойства биосовместимости и биодеградируемости делают его перспективным материалом для использования в биофотонных методах диагностики и в качестве сенсибилизаторов различных терапевтических воздействий, и транспортного средства для доставки лекарств в больной орган, например, онкологическую опухоль. Пористый нанокремний является базовым элементом нового направления - кремниевой нанотераностики, технологии которой активно используются в методиках персонализированной диагностики и терапии. Лазерные методы производства кремниевых наноструктур, такие как лазерная абляция и лазерная фрагментация, являются наиболее перспективными технологиями получения наноструктур кремния с заданными размерами и свойствами, обеспечивающими не только узкое распределение частиц по размерам, но и их высокую чистоту, обеспечивающую высокую биосовместимость, не достигаемую при производстве их другими не лазерными способами. Уровень значимости предлагаемых исследований определяется тем, что производство наноструктур пористого кремния заданного размера, морфологиии и свойств требует оптимизации режимов лазерной абляции и фрагментации с целью воспроизводимости данных технологий и возможности биомедицинского применения полученных структур. Научная новизна заключается в проведении комплексного исследования процессов лазерной абляции и фрагментации (поглощения, нагрева, плавления, абляции и фрагментации) в зависимости от параметров лазерного воздействия (длительности, интенсивности лазерного импульса) и свойств наноструктур кремния – пористости, морфологии и размера пор.Ожидаемые результаты: Будут исследованы пористые нанослои, нанонити, нанокластеры и наночастицы кремния и механизмы воздействия на них лазерного излучения различной длительности (коротких и ультракоротких лазерных импульсов). Будут исследованы механизмы, приводящие к делению (фрагментации) наночастиц кремния в воде, облучаемых лазерными импульсами, как конечный этап технологий производства наночастиц кремния заданного размера и биомедицинских свойств. Для этого будут исследованы механизмы поглощения лазерного излучения в зависимости от интенсивности и длительности лазерного излучения, размера пор, морфологии, и пористости нанокремния. Будут изучены процессы нагрева и охлаждения электронной и решёточной подсистем наночастиц пористого кремния при их облучении лазерными импульсами с учетом степени пористости структуры. Планируется определение порогов фрагментации наночастиц пористого кремния, протекающих за счёт теплового механизма. Предлагаемый подход основан на результатах исследований научного коллектива в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, механизмов лазерной абляции, фрагментации и наноструктурирования материалов, а также новейших разработках руководителя и участников проекта в области лазерного синтеза новых классов уникальных наноматериалов и их применений в биомедицинских технологиях. Значимость полученных результатов будет определяться теоретическим обоснованием оптимальных режимов получения методами лазерной абляции и фрагментации наночастиц кремния, необходимых для биомедицинских применений.