Механизмы формирования поверхностного нанорельефа при лазерной абляции

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Рассмотрены два механизма формирования поверхностного нанорельефа на металлической подложке при лазерной абляции, в основе которых лежат теория зародышеобразования при кристаллизации и резонансно-волновая теория капиллярно-деформационных процессов. С помощью экспериментальных примеров показано, что оба этих механизма не только не противоречат, но и дополняют друг друга. На основе иерархии характерных времен проанализировано влияние энергетических параметров лазерных импульсов на размеры образовавшихся наноструктур.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

П. Кулешов

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова; Московский физико-технический институт (национальное исследовательское учреждение)

Autor responsável pela correspondência
Email: kuleshovps@yandex.ru
Rússia, Москва; Москва

С. Миколуцкий

Институт электрофизики и электроэнергетики РАН

Email: mikolserg@mail.ru
Rússia, Санкт-Петербург

Ю. Хомич

Институт электрофизики и электроэнергетики РАН

Email: kuleshovps@yandex.ru
Rússia, Санкт-Петербург

Bibliografia

  1. Настулявичус А.А., Смирнов Н.А., Кудряшов С.И. и др. Получение наночастиц из тонких пленок серебра при воздействии лазерных импульсов в воздухе // Квантовая электроника. 2018. Т. 48. № 3. С. 251.
  2. Миколуцкий С.И., Хомич Ю.В. Влияние лазерного УФ-излучения наносекундной длительности на структуру и адгезионные свойства металлов и сплавов // ФММ. 2021. Т. 122. № 2. С. 159.
  3. Новиков И.А., Ножницкий Ю.А., Шибаев С.А. Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор) // Авиационные двигатели. 2022. № 2(15). С. 59.
  4. Ионин A.A., Кудряшов С.И., Левченко А.О. и др. Гидродинамическая неустойчивость и самоорганизация субмикронного рельефа поверхности металлов при фемтосекундном лазерном облучении в жидкости // Письма в ЖЭТФ. 2017. Т. 106. Вып. 4. С. 247.
  5. Kirichenko N.A., Barmina E.V., Shafeev G.A. Theoretical and Experimental Investigation of the Formation of High Spatial Frequency Periodic Structures on Metal Surfaces Irradiated by Ultrashort Laser Pulses // Phys. Wave Phenom. 2018. V. 26. № 4. P. 264.
  6. Ганин Д.В., Миколуцкий С.И., Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Образование микронных и субмикронных структур на поверхности диоксида циркония при наносекундном лазерном воздействии // Квантовая электроника. 2014. Т. 44. № 4. С. 317.
  7. Пячин С.А., Пугачевский М.А. Новые технологии получения функциональных наноматериалов: лазерная абляция, электроискровое воздействие. Хабаровск, 2013. 38 с.
  8. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ашитков С.И. Поведение тантала вблизи критической точки при фемтосекундном лазерном нагреве // ТВТ. 2021. T. 59. № 1. С. 148.
  9. Струлева Е.В., Комаров П.С., Ромашевский С.А., Евлашин С.А., Ашитков С.И. Фемтосекундная лазерная абляция железа // ТВТ. 2021. T. 59. № 5. С. 663.
  10. Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Основы создания систем электроразрядного возбуждения мощных CO2-, N2- и F2-лазеров. М.: Физматлит, 2014. 168 с.
  11. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Механизмы и модели прямого лазерного наноструктурирования материалов // УФН. 2015. Т. 185. С. 489.
  12. Варюхин А.Н., Захарченко В.С., Рахманкулов Д.Я. и др. Традиционные, гибридные и электрические силовые установки самолетов местных воздушных линий // Авиационные двигатели. 2022. № 1(14). С. 19.
  13. Кулешов П.С., Кузнецов А.М., Кулешова Ю.Д. Диспергация металлических нанопленок при лазерном сканировании // Вестн. МГОУ. Сер. Физика‒математика. 2022. № 1. С. 41.
  14. Миколуцкий С.И., Шмаков В.А., Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Зарождение и рост наноструктур на поверхности твердого тела, оплавленного лазерным импульсом // Российские нанотехнологии. 2011. Т. 6. № 11–12. С. 65.
  15. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Возможность прямого лазерного наноструктурирования поверхности без оплавления материала // ФХОМ. 2008. № 4. С. 15.
  16. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Образование периодических наноразмерных структур на поверхности твердых тел при фазовых и структурных превращениях // Докл. РАН. 2012. Т. 446. № 3. С. 276.
  17. Лапшин К.Э., Обидин А.З., Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Прямое лазерное наноструктурирование поверхности алмазных пленок и керамики нитрида кремния наносекундными импульсами излучения F2-лазера // Российские нанотехнологии. 2007. № 11–12. С. 50.
  18. Emel’yanov V.I. Kuramoto-Sivashinsky Equation for Modulation of Surface Relief of Molten Layer and Formation of Surface Periodic Microstructures under Pulsed Laser Irradiation of Solids // Las. Phys. 2011. V. 21. Is. 1. P. 222.
  19. Иногамов Н.А., Жаховский В.В., Хохлов В.А. Динамика абляции золота в воду // ЖЭТФ. 2018. Т. 154. № 1(7). С. 92.
  20. Inogamov N.A., Khokhlov V.A., Petrov Yu.V., Zhak-hovsky V.V. Hydrodynamic and Molecular-dynamics Modeling of Laser Ablation in Liquid: from Surface Melting Till Bubble Formation // Opt. Quantum Electron. 2020. V. 52. № 2. Art. 63. 24 pp.
  21. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Образование наноструктур на поверхности твердых тел при лазерном плавлении // Докл. РАН. 2011. Т. 438. № 4. С. 460.
  22. Кулешов П.С. О диспергировании наночастиц алюминия // Горение и взрыв. 2019. T. 12. № 3. С. 118.
  23. Кулешов П.С., Кобцев В.Д. Распределение кластеров алюминия и их воспламенение в воздухе при диспергации наночастиц алюминия в ударной волне // ФГВ. 2020. Т. 56. № 5. С. 80.
  24. Гуренцов Е.В., Кулешов П.С., Михеева Е.Ю. К вопросу об аномальном поведении оптической плотности железных наночастиц при их нагреве ударной волной // ТВТ. 2022. T. 60. № 2. С. 213.
  25. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Учеб. пособ. Т. 6. Гидродинамика. 3-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. 738 с.
  26. Серков А.А., Кузьмин П.Г., Раков И.И., Шафеев Г.А. Влияние лазерного пробоя на фрагментацию наночастиц золота в воде // Квантовая электроника. 2016. Т. 46. № 8. С. 713.
  27. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику: учеб. / Под ред. Красильникова В.А. М.: Наука, 1984. 400 с.
  28. Физические величины. Спр. / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Scheme of the capillary mechanism of interaction of a laser pulse with a metal substrate and the choice of the resonator scale s (length of the melt pool): (a) – formation of a gas cavern and a metal melt of depth under the action of a laser pulse, (b) – formation of standing deformation waves under the action of a collapsing gas cavern, (c) – amplification of standing capillary waves on the surface of the melt by deformation waves, (d) – solidification of capillary waves and formation of a surface relief.

Baixar (256KB)
Metadados
3. Fig. 2. Scheme of formation of capillary nanorelief with characteristic spatial period λH during formation of a solid crust of crystals of radius Rz above the melt.

Baixar (215KB)
Metadados
4. Fig. 3. Schematic hierarchy of characteristic times during the formation of a nanorelief on a substrate by laser ablation in the case of the same diameter of the laser beams: (a) – for a short laser pulse [2], (b) – for a long laser pulse [7]; tc – cavern collapse time, tk – capillary oscillation time, τ – laser radiation supply time, tz – time of crystalline nucleus formation.

Baixar (36KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024