Впервые решена одна из классических задач, возникших в коллоидной химии во второй половине XIX века: получено объяснение причин ускорения агрегации гидрозолей металлов под действием оптического излучения. Фактор ускорения в условиях обнаруженной нами лазерной фотостиму-лированной агрегации (ФА) может достигать значений 108 раз.

Показано, что в основе физических механизмов ФА золей металлов лежит электронный фотоэффект с поверхности самих частиц золя, усиленный за счет возрастания (до 102 и более раз) локальных полей вблизи частиц золя.

Рис.1. Высококонтрастное изображение металлического золя с полимерным адсорбционным слоем, показывающее различие толщины этого слоя у изолированных частиц и частиц, вовлеченных в агрегаты.

Выяснение механизмов ФА позволяет предложить методы создания устойчивых к действию света препаратов, содержащих коллоидные металлы. Предложенные механизмы ФА различных типов золей металлов были классифицированы с учетом способа стабилизации золя и типа дисперсионной (окружающей) среды. Показано, что основная причина ФА золей связана с увеличением эффективности коагуляции (слипания) частиц при их броуновских столкновениях. Показано, что даже незначительное уменьшение толщины адсорбционного слоя (АС) частиц золей (играющего защитную роль и предотвращающего коагуляцию частиц) может привести к резкому увеличению скорости агрегации. Исследовано действие фотоэффекта на электростатически стабилизированные золи с двойным электрическим слоем (ДЭС), состоящим из ионов электролитической дисперсионной среды. Показано, что в этом типе золей фотоэффект приводит к увеличению адсорбционного потенциала ее поверхности частиц, что влечет за собой сжатие ДЭС, уменьшение электрического заряда частиц и снижение электростатического барьера, что подтверждается измерениями электрофоретической подвижности частиц.

Показано, что в золях, поверхность частиц которых покрыта ионогенными (электрически заряженными) полимерами, проявление фотоэффекта объясняется действием на АС силы электростатического давления за счет взаимодействия положительно заряжающегося при фотоэмиссии металлического ядра частицы с распределенным отрицательным зарядом АС. Уменьшение толщины АС происходит вследствие его деформации (электрострикционного типа) в поле заряда ядра (Рис.1).

Показано, что действие света на золи, стабилизированные неионогенными (электронейтральными) полимерами, приводит к сжатию АС из-за усиления адсорбции поверхностью частиц потенциалопределяющих ионов (увеличению их количества) вследствие фотоэффекта. Последнее приводит к усилению ион-дипольных взаимодействий поверхностного слоя ионов с дипольными звеньями полимера. Притяжение постоянных диполей, распределенных в объеме слоя, к ядру сопровождается общим уменьшением толщины данного типа АС вследствие его электрострикционного сжатия.

Таким образом, показано, что во всех типах гидрозолей металлов фотоагрегация объясняется увеличением коагуляционной эффективности броуновских столкновений частиц вследствие изменения свойств адсорбционного слоя частиц.

1. Карпов С.В., Слабко В.В. Оптические и фотофизические свойства фрактально-структурированных золей металлов. - 2003. - Новосибирск, изд-во: СО РАН.
2. Kарпов С.В., Попов А.К., Слабко В.В. ЖТФ. - 2003. - Т.96, №6. - С. 90-98.
3. Карпов С.В., Басько А.Л., Попов А.К., Слабко В.В. Оптика и спектроскопия. - 2003. - Т.95, №2. - С. 253-263.
4. Карпов С.В., Басько А.Л., Попов А.К., Слабко В.В. Оптика и Спектроскопия. - 2003. - Т.95, №2. - С. 264-270.

Исследования поддержаны грантом Президиума РАН "Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов", проект № 8.1.

Лаборатория когерентной оптики