Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт.Сез чикләнгән CSS ярдәме белән браузер версиясен кулланасыз.Иң яхшы тәҗрибә өчен без яңартылган браузерны кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'та туры килү режимын сүндерегез).Моннан тыш, дәвамлы ярдәмне тәэмин итү өчен, без сайтны стильләр һәм JavaScriptсыз күрсәтәбез.
Берьюлы өч слайд карусельен күрсәтә.Алдагы һәм Киләсе төймәләрне берьюлы өч слайд аша күчерү өчен кулланыгыз, яки ахырда слайдер төймәләрен берьюлы өч слайд аша күчерегез.
Туры лазер интерфейсы (DLIP) лазер белән эшләнгән периодик өслек структурасы (LIPSS) белән берлектә төрле материаллар өчен функциональ өслекләр булдырырга мөмкинлек бирә.Процесс үткәрү гадәттә югары уртача лазер көчен кулланып арта.Ләкин, бу җылылык туплануга китерә, бу килеп чыккан өслек үрнәгенең тупаслыгына һәм формасына тәэсир итә.Шуңа күрә, субстрат температураның уйлап чыгарылган элементларның морфологиясенә йогынтысын җентекләп өйрәнергә кирәк.Бу тикшеренүдә корыч өслеге 532 нм тирәсендә ps-DLIP белән сызыклы.Субстрат температураның килеп чыккан топографиягә тәэсирен тикшерү өчен, температураны контрольдә тоту өчен җылыту тәлинкәсе кулланылды.250 \ (^ {\ circ} \) С җылыту формалашкан структуралар тирәнлегенең 2,33 дән 1,06 ммга кадәр кимүенә китерде.Бу кимү субстрат бөртекләрнең ориентациясенә һәм лазер белән ясалган өслекнең оксидлашуына карап төрле LIPSS күренеше белән бәйле.Бу тикшеренү субстрат температураның көчле эффектын күрсәтә, ул шулай ук җылылык туплау эффектларын булдыру өчен югары уртача лазер көчендә эшкәртелгәндә көтелә.
УЗИ импульс лазер нурланышына нигезләнгән өслекне эшкәртү ысуллары иң мөһим материалларның өслек үзлекләрен яхшырту сәләтләре аркасында фән һәм сәнәгатьнең алгы сафында торалар1.Аерым алганда, лазер белән эшләнгән махсус өслек функциональлеге сәнәгать өлкәләренең киң спектры һәм куллану сценарийлары буенча заманча.Мәсәлән, Версилло һ.б.Бозлауга каршы үзлекләр титан эретмәләрендә аэрокосмик кушымталар өчен лазер белән эшләнгән супергидрофобика нигезендә күрсәтелде.Эпперлейн һ.б. хәбәр иткәнчә, лазер өслеге структурасы җитештергән наносизацияләнгән үзенчәлекләр биофильм үсешенә яки корыч үрнәкләренә тыюга тәэсир итә ала.Моннан тыш, Гуай һ.б.шулай ук органик кояш күзәнәкләренең оптик үзлекләрен яхшыртты.6 Шулай итеп, лазер структурасы өслек материалының контроль абласы белән югары резолюцияле структур элементлар җитештерергә мөмкинлек бирә1.
Мондый периодик өслек структураларын җитештерү өчен яраклы лазер структурасы - туры лазер интерфейсын формалаштыру (DLIP).DLIP ике яки күбрәк лазер нурларының микрометр һәм нанометр диапазонында характеристикалары булган бизәкле өслекләрне формалаштыруга нигезләнгән.Лазер нурларының санына һәм поляризациясенә карап, DLIP төрле топографик өслек структураларын проектлый һәм булдыра ала.Перспектив алым - DLIP структураларын лазер белән эшләнгән периодик өслек структуралары (LIPSS) белән берләштереп, катлаулы структур иерархия белән өслек топографиясен булдыру8,9,10,11,12.Табигатьтә, бу иерархияләр бер масштаблы модельләргә караганда тагын да яхшырак эш күрсәтү өчен күрсәтелде13.
LIPSS функциясе радиация интенсивлыгын таратуның өстән-өстән модуляциясенә нигезләнеп үз-үзен көчәйтү процессына (уңай җавап) бирелә.Бу нанорафлыкның артуы белән бәйле, чөнки кулланылган лазер импульслары саны 14, 15, 16 арта. Модуляция, нигездә, чыгарылган дулкынның электромагнит кыры белән комачаулавы аркасында була, 15,17,18,19,20,21 таралган дулкын компонентлары яки өслек плазмоннары.LIPSS формалашуы шулай ук импульс вакытына тәэсир итә22,23.Аерым алганда, югары уртача лазер көче югары җитештерүчәнлек өслеген эшкәртү өчен алыштыргысыз.Бу гадәттә югары кабатлау ставкаларын куллануны таләп итә, ягъни МГц диапазонында.Димәк, лазер импульслары арасындагы вакыт аралыгы кыскарак, бу 23, 24, 25, 26 җылылык туплау эффектларына китерә. Бу эффект өслек температурасының гомуми үсешенә китерә, бу лазер абласы вакытында паттеринг механизмына зур йогынты ясый ала.
Алдагы әсәрдә Руденко һ.б.һәм ibибидис һ.б.Конвектив структуралар формалаштыру механизмы карала, алар җылылык туплануы арта барган саен мөһимрәк булырга тиеш19,27.Моннан тыш, Бауэр һ.б.Heatылылык туплануның критик күләмен микрон өслек структуралары белән бәйләгез.Бу термик индуктив структураны формалаштыру процессына карамастан, гадәттә процессның продуктлылыгын кабатлау ставкасын арттырып кына яхшыртып була дип санала28.Бу, үз чиратында, җылылык саклауны сизелерлек арттырмыйча ирешеп булмый.Шуңа күрә, күп дәрәҗә топологияне тәэмин итүче процесс стратегиясе процесс кинетикасын һәм структурасын формалаштырмыйча, кабатлау ставкаларына күчерелмәс булырга мөмкин9,12.Бу уңайдан, субстрат температураның DLIP формалашу процессына ничек тәэсир итүен тикшерү бик мөһим, аеруча бер үк вакытта LIPSS формалашуы аркасында катлам өслек үрнәкләрен ясаганда.
Бу тикшерүнең максаты - пс импульслары ярдәмендә тотрыксыз корычны DLIP эшкәртү вакытында субстрат температураның барлыкка килгән өслек топографиясенә тәэсирен бәяләү иде.Лазер эшкәртү вакытында субстрат үрнәге температурасы җылыту тәлинкәсе ярдәмендә 250 \ (^ \ circ \) C кадәр күтәрелде.Нәтиҗә ясалган өслек структуралары конокаль микроскопия, сканерлау электрон микроскопия һәм энергия дисперсив рентген спектроскопиясе ярдәмендә характерланган.
Беренче экспериментлар сериясендә корыч субстрат 4,5 мм киңлек һәм субстрат температурасы \ (T _ {\ mathrm {s}} \) 21 \ (^ {\ circ) булган ике нурлы DLIP конфигурациясе ярдәмендә эшкәртелде. } \) C, алга таба "җылытылмаган" өслек дип атала.Бу очракта импульсның каплануы \ (o _ {\ mathrm {p}} \) - нокта зурлыгы функциясе буларак ике импульс арасы.Ул 99,0% тан (позициягә 100 импульс) 99,67% ка (позициягә 300 импульс) үзгәрә.Барлык очракларда да иң югары энергия тыгызлыгы \ (\ Phi _ \ mathrm {p} \) = 0,5 J / см \ (^ 2 \) (комачауламыйча Гаос эквиваленты өчен) һәм f = 200 kHz кабатлау ешлыгы кулланылды.Лазер нурының поляризация юнәлеше позиция таблицасының хәрәкәтенә параллель (1а рәсем), ул ике нурлы интерфейс үрнәге белән ясалган сызыклы геометрия юнәлешенә параллель.Электрон микроскоп (SEM) ярдәмендә алынган структураларның рәсемнәре Рәсемнәрдә күрсәтелгән.1а - с.Темография ягыннан SEM рәсемнәрен анализлау өчен, бәяләнгән структураларда Фурье трансформациясе (FFTs, кара төстә күрсәтелгән) башкарылды.Барлык очракларда да барлыкка килгән DLIP геометриясе 4,5 мм киңлек белән күренде.
Эш өчен \ (o _ {\ mathrm {p}} \) = Фигураның караңгы өлкәсендә 99,0%.1а, комачаулык максимум позициясенә туры килгәндә, кечерәк параллель структуралар булган трюкларны күзәтергә мөмкин.Алар нанопартикка охшаган топография белән капланган яктырак полосалар белән алышыналар.Чокырлар арасындагы параллель структура лазер нурының поляризациясенә перпендикуляр булып күренә һәм \ (\ Lambda _ {\ mathrm {LSFL-I}} \) 418 \ (\ pm 65 \) nm, бераз лазерның дулкын озынлыгыннан азрак \ (\ lambda \) (532 нм) аз киңлек ешлыгы булган LIPSS дип аталырга мөмкин (LSFL-I) 15,18.LSFL-I FFT-та s тибындагы сигнал чыгара, "s" тарату 15,20.Шуңа күрә, сигнал көчле үзәк вертикаль элементка перпендикуляр, ул үз чиратында DLIP структурасы белән барлыкка килә (\ (\ Lambda _ {\ mathrm {DLIP}} \) \ (\ якынча \) 4,5 µm).FFT рәсемендәге DLIP үрнәгенең сызыклы структурасы белән барлыкка килгән сигнал "DLIP-тип" дип атала.
DLIP ярдәмендә ясалган өслек структураларының SEM рәсемнәре.Энергиянең иң югары тыгызлыгы \ (\ Phi _ \ mathrm {p} \) = 0,5 J / см \ (^ 2 \) (тавышсыз Гаус эквиваленты өчен) һәм кабатлау тизлеге f = 200 kHz.Рәсемнәрдә үрнәк температура, поляризация һәм каплау күрсәтелә.Локализация этабының хәрәкәте (a) кара ук белән билгеләнгән.Кара инсетта 37,25 \ (\ тапкыр \) 37,25 µm SEM рәсеменнән алынган FFT күрсәтелә (дулкын векторы булганчы күрсәтелә \ (\ vec {k} \ cdot (2 \ pi) ^ {-1} \) = 200 nm).Процесс параметрлары һәр рәсемдә күрсәтелгән.
Алга таба 1 нче рәсемгә күз салсаң, \ (o _ {\ mathrm {p}} \) капма-каршылыгы арткан саен, сигмоид сигналы FFT-ның күчәренә күбрәк тупланганын күрәсең.Калган LSFL-I параллель булырга омтыла.Моннан тыш, s тибындагы сигналның чагыштырмача интенсивлыгы кимеде һәм DLIP тибындагы сигналның интенсивлыгы артты.Бу тагын да бер-берсенә охшаган окоплар белән бәйле.Шулай ук, s тибы белән үзәк арасындагы р-о сигнал LSFL-I белән бер үк ориентацияле структурадан булырга тиеш, ләкин озынрак вакыт белән (\ (\ Lambda _ \ mathrm {b} \) \ (\ якынча \) 1,4 ± 0,2 мм) рәсемдә күрсәтелгәнчә).Шуңа күрә, аларның формалашуы окоп үзәгендәге чокырлар үрнәге дип уйланыла.Яңа үзенчәлек шулай ук ординатаның югары ешлык диапазонында (зур дулкын).Сигнал окоп тауындагы параллель сызыклардан килә, мөгаен, вакыйганың комачаулавы һәм алга таба яктыртылган яктылык аркасында 9,14.Түбәндә, бу сызыклар LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), һәм аларның сигналлары - -s \ (_ {\ mathrm {p)) \) белән күрсәтелә.
Киләсе экспериментта үрнәкнең температурасы "җылытылган" өслектә 250 ° C кадәр күтәрелде.Структуралаштыру алдагы бүлектә күрсәтелгән экспериментлар белән бер үк эшкәртү стратегиясе буенча башкарылды (1а - 1с рәсемнәр).SEM рәсемнәре 1d - f рәсемендә күрсәтелгәнчә килеп чыккан топографияне сурәтли.Cрнәкне 250 Ска кадәр җылыту LSFL күренешенең артуына китерә, аның юнәлеше лазер поляризациясенә параллель.Бу структуралар LSFL-II дип характерланырга мөмкин һәм киңлек чоры \ (\ Lambda _ \ mathrm {LSFL-II} \) 247 ± 35 nm.LSFL-II сигналы югары режим ешлыгы аркасында FFTта күрсәтелми.\ (O _ {\ mathrm {p}} \) 99,0 дан 99,67 \ (\% \) (1d - e) арткан саен, якты полосаның киңлеге артты, бу DLIP сигналының барлыкка килүенә китерде югары ешлыклардан күбрәк.дулкыннар (түбән ешлыклар) һәм шулай итеп FFT үзәгенә күчә.1-нче рәсемдәге чокырлар рәтләре LSFL-I22,27 га перпендикуляр формалашкан трюклар прекурсорлары булырга мөмкин.Моннан тыш, LSFL-II кыскарак һәм тәртипсез формада булып күренә.Игътибар итегез, наногрейн морфологиясе булган якты полосаларның уртача күләме бу очракта кечерәк.Моннан тыш, бу нанопартикларның зурлыгы бүленеше җылытылуга караганда аз таралган (яки кисәкчәләрнең агломерациясенә китергән) булып чыкты.Сыйфатлы, моны 1а, d яки b, e саннарын чагыштырып бәяләргә мөмкин.
Бер-берсенә каплану \ (o _ {\ mathrm {p}} \) тагын да артканда 99,67% ка кадәр (1ф рәсем), ачык топография акрынлап ачыкланган буралар аркасында барлыкка килде.Ләкин, бу трюклар 1-нче рәсемгә караганда азрак тәртиптә һәм тирәнрәк күренәләр.Рәсемнең якты һәм караңгы өлкәләре арасында түбән контраст сыйфатта күрсәтелә.Бу нәтиҗәләр FFT ординатасының көчсезрәк һәм таралган сигналы белән 1-нче рәсемдә күрсәтелә.Кечкенә сызыклар җылытуда 1б һәм e рәсемнәрен чагыштырганда ачык күренә, соңрак конфокаль микроскопия белән расланган.
Алдагы экспериментка өстәп, лазер нурының поляризациясе 90 \ (^ {\ circ} \) белән әйләнде, бу поляризация юнәлешенең позиция платформасына перпендикуляр хәрәкәтенә китерде.Инҗирдә.2a-c структура формалашуның башлангыч этапларын күрсәтә, \ (o _ {\ mathrm {p}} \) = 99,0% җылытылмаган (а), җылытылган (б) һәм 90 \ (^ {\ circ} \) - очрак әйләнүче поляризация белән (в).Структураларның нанотопографиясен күз алдына китерү өчен, төсле квадратлар белән билгеләнгән урыннар Рәсемнәрдә күрсәтелгән.2д, зурайтылган масштабта.
DLIP ярдәмендә ясалган өслек структураларының SEM рәсемнәре.Процесс параметрлары 1 нче рәсемдәге кебек.Рәсемдә температура үрнәге күрсәтелә (T_s \), поляризация һәм импульсның каплануы \ (o_ \ mathrm {p} \).Кара инсетта кабат Фурье трансформациясе күрсәтелә.(D) - (i) -дагы рәсемнәр (a) - (в) -да билгеләнгән мәйданнарны зурлау.
Бу очракта, 2б, с караңгы өлкәләрдәге структураларның поляризациягә сизгер булуын күреп була, шуңа күрә LSFL-II14, 20, 29, 30. Билгеле, LSFL-I юнәлеше дә әйләнә ( 2-нче рәсем, i), бу S-сигналның тиешле FFT-ның юнәлешеннән күренергә мөмкин.LSFL-I периодының киңлек киңлеге b периоды белән чагыштырганда зуррак күренә, һәм аның диапазоны 2c рәсемдә кечерәк чорларга күчә, киң таралган s тибындагы сигнал күрсәткәнчә.Шулай итеп, төрле җылылык температурасында үрнәк буенча түбәндәге LSFL киңлек периоды күзәтелергә мөмкин: \ (\ Lambda _ {\ mathrm {LSFL-I}} \) = 418 \ (\ pm 65 \) nm 21 ^ {\ circ } \) C (2а рәсем), \ (\ Ламбда _ {\ математика {LSFL-I}} \) = 445 \ (~ \ pm \) 67 nm һәм \ (\ Lambda _ {\ mathrm {LSFL-II °} \) = поляризация өчен 250 ° C (24 нче рәсем) 247 ± 35 нм.Киресенчә, p-поляризациянең киңлек чоры һәм 250 \ (^ {\ circ} \) C тигез (\ Lambda _ {\ mathrm {LSFL-I)) \) = 390 \ (\ pm 55 \ ) nm һәм \ (\ Lambda _ {\ mathrm {LSFL-II}} \) = 265 ± 35 nm (2с рәсем).
Игътибар белән, нәтиҗәләр шуны күрсәтә: температура үрнәген күтәреп, өслек морфологиясе ике экстремизм арасында күчә ала, шул исәптән (i) LSFL-I элементлары булган өслек һәм (ii) LSFL-II белән капланган мәйдан.Металл өслектә бу махсус LIPSS формалашуы өслек оксиды катламнары белән бәйле булганга, энергия дисперсив рентген анализы (EDX) үткәрелде.1 нче таблицада алынган нәтиҗәләр ясала.Eachәрбер карар эшкәртелгән үрнәк өслегендә төрле урыннарда уртача ким дигәндә дүрт спектр белән башкарыла.Urлчәүләр төрле үрнәк температураларда \ (T_ \ mathrm {s} \) һәм структур булмаган яки структур булмаган өлкәләрне үз эченә алган үрнәк өслегенең төрле позицияләрендә үткәрелә.Measлчәмнәр шулай ук эшкәртелгән эретелгән мәйдан астында, ләкин EDX анализының электрон үтеп керү тирәнлегендә урнашкан тирән оксидлашмаган катламнар турында мәгълүматны үз эченә ала.Ләкин, әйтергә кирәк, EDX кислород күләмен саный белү белән чикләнгән, шуңа күрә мондагы кыйммәтләр сыйфатлы бәя бирә ала.
Samрнәкләрнең эшкәртелмәгән өлешләре барлык эш температураларында зур күләмдә кислород күрсәтмәгән.Лазер белән эшкәртелгәннән соң, барлык очракларда кислород дәрәҗәсе артты31.Ике эшкәртелмәгән үрнәк арасындагы элемент составындагы аерма коммерция корыч үрнәкләре өчен көтелгәнчә булган, һәм углеводород пычрануы аркасында AISI 304 корыч өчен җитештерүче мәгълүмат таблицасы белән чагыштырганда зуррак углерод кыйммәтләре табылган32.
Грив абляция тирәнлегенең кимүе һәм LSFL-I-дән LSFL-II-ка күчү сәбәпләре турында сөйләшкәнче, көч спектр тыгызлыгы (PSD) һәм биеклек профильләре кулланыла.
(i) өслекнең квази-ике үлчәмле нормальләштерелгән көч спектр тыгызлыгы (Q2D-PSD) 1 һәм 2. 1 һәм 2. Рәсемнәрдә SEM рәсемнәре итеп күрсәтелә. даими өлешнең артуы дип аңлашыла (k \ (\ le \) 0,7 µm \ (^ {- 1} \), күрсәтелмәгән), ягъни шома.(ii) тиешле уртача биеклек профиле.Барлык участокларда температура үрнәге \ (T_s \), бер-берсенә каплану \ (o _ {\ mathrm {p}} \), һәм лазер поляризациясе E урнашу платформасы хәрәкәтенең ориентациясенә (\ vec {v} \) күрсәтелгән.
SEM рәсемнәренең тәэсирен бәяләү өчен, x яки y юнәлешендә уртача бер үлчәмле (1D) көч спектраль тыгызлыгы (PSD) уртача куелган һәр параметр өчен ким дигәндә өч SEM рәсеменнән уртача нормальләштерелгән көч спектры барлыкка килде.Тиешле график 3i рәсемдә күрсәтелгән, сигналның ешлык сменасын һәм аның спектрга чагыштырмача өлешен күрсәтә.
Инҗирдә.3ia, c, e, DLIP чокы \ (k _ {\ mathrm {DLIP}} ~ = ~ 2 \ pi \) янында үсә (4,5 µm) \ (^ {- 1} \) = 1,4 µm \ (^ {- 1} \) яки бер-бер артлы арткан саен тиешле гармоника \ (o _ {\ mathrm {p)) \).Фундаменталь амплитуда арту LRIB структурасының көчлерәк үсеше белән бәйле.Higherгары гармониканың амплитудасы тау биеклеге белән арта.Чикләү очраклары буларак турыпочмаклы функцияләр өчен якынлашу иң ешлыкларны таләп итә.Шуңа күрә, PSD тирәсендә 1,4 µm \ (^ {- 1} \) һәм тиешле гармониканы трюк формасы өчен сыйфат параметрлары итеп кулланырга мөмкин.
Киресенчә, 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә (i) b, d, f, җылытылган үрнәкнең PSD тиешле гармониядә азрак сигнал булган зәгыйфь һәм киңрәк биеклекләрне күрсәтә.Моннан тыш, инҗирдә.3 (i) f күрсәтә, икенче гармоник сигнал хәтта төп сигналдан да артып китә.Бу җылытылган үрнәкнең DLIP структурасын тәртипсезрәк һәм азрак әйтелә (\ (T_s \) = 21 \ (^ \ circ \) C белән чагыштырганда).Тагын бер үзенчәлек - бер-берсенә каплану \ (o _ {\ mathrm {p}} \) арткан саен, LSFL-I сигналы кечерәк дулкынга күчә (озынрак вакыт).Моны DLIP режимы кырларының биеклегенең артуы һәм очраклар почмагында бәйләнешле җирле арту белән аңлатырга мөмкин14,33.Бу тенденциядән соң LSFL-I сигналының киңәюе дә аңлатылырга мөмкин.Тик калкулыкларга өстәп, DLIP структурасы төбендә һәм өстендә яссы урыннар бар, бу LSFL-I периодларының киң диапазонына мөмкинлек бирә.Highlyгары сеңдергеч материаллар өчен LSFL-I периоды гадәттә түбәндәгечә бәяләнә:
монда \ (\ theta \) - очраклар почмагы, һәм s һәм p подписка төрле поляризацияләргә карый33.
Әйтергә кирәк, DLIP урнаштыру очраклары яссылыгы, гадәттә, позиция платформасының хәрәкәтенә перпендикуляр, 4 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә (материаллар һәм методлар бүлеген карагыз).Шуңа күрә s-поляризация, кагыйдә буларак, сәхнә хәрәкәтенә параллель, һәм p-поляризация аңа перпендикуляр.Тигезләмә буенча.(1), s-поляризация өчен, LSFL-I сигналының таралуы һәм кечерәк дулкыннарга күчүе көтелә.Бу траншея тирәнлеге арту белән \ (\ theta \) һәм почмак диапазоны \ (\ theta \ pm \ delta \ theta \) арту белән бәйле.Моны LSFL-I чокырларын чагыштырып күреп була, 3ia, c, e.
Инҗирдә күрсәтелгән нәтиҗәләр буенча.1c, LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \) шулай ук инҗирдә тиешле PSDда күренеп тора.3ie.Инҗирдә.3ig, h p-поляризация өчен PSD күрсәтә.DLIP чокырларының аермасы җылытылган һәм җылытылмаган үрнәкләр арасында ачык күренә.Бу очракта LSFL-I сигналы DLIP чокының югары гармоникасы белән каплана, дулкын озынлыгына сигнал өсти.
Нәтиҗәне җентекләп тикшерү өчен, 3ii рәсемдә структур тирәнлек һәм төрле температурада DLIP сызыклы биеклек тарату импульслары арасындагы охшашлык күрсәтелә.Theирнең вертикаль биеклеге профиле DLIP структурасы үзәгендә уртача ун вертикаль биеклек профиле белән алынган.Appliedәрбер кулланылган температура өчен, структураның тирәнлеге импульсның бер-берсе белән артуы белән арта.Atedылытылган үрнәкнең профиле с-поляризация өчен 0,87 мм һәм p-поляризация өчен 1,06 мм булган уртача иң югары (pvp) кыйммәтләре булган трюкларны күрсәтә.Киресенчә, s-поляризация һәм җылытылмаган үрнәкнең p-поляризациясе pvpны тиешенчә 1,75 мм һәм 2,33 мм күрсәтә.Тиешле pvp инҗирдагы биеклек профилендә сурәтләнгән.3ii.Eachәрбер PvP уртача уртача сигез PvP белән исәпләнә.
Моннан тыш, инҗирдә.3iig, h позиция системасына һәм трюк хәрәкәтенә перпендикуляр р-поляризация биеклеген таратуны күрсәтә.P-поляризация юнәлеше трюк тирәнлегенә уңай тәэсир итә, чөнки 1,75 µm pvp s-поляризация белән чагыштырганда, 2,33 мм га бераз югарырак pvp китерә.Бу, үз чиратында, платформа системасының трюкларына һәм хәрәкәтенә туры килә.Бу эффект p-поляризация очраклары белән чагыштырганда s-поляризация очракларында кечерәк структура аркасында булырга мөмкин (карагыз, рәсем 2f, h), бу алдагы бүлектә каралачак.
Фикер алышуның максаты - җылытылган үрнәкләр булган очракта төп LIPS классының (LSFL-I дән LSFL-II) үзгәрүе аркасында трюк тирәнлегенең кимүен аңлату.Шуңа күрә түбәндәге сорауларга җавап бирегез:
Беренче сорауга җавап бирү өчен, абляциянең кимүе өчен җаваплы механизмнарны карарга кирәк.Нормаль очракта бер импульс өчен абляция тирәнлеген түбәндәгечә сурәтләргә мөмкин:
монда \ (\ delta _ {\ mathrm {E}} \) - энергиянең үтеп керү тирәнлеге, \ (\ Phi \) һәм \ (\ Phi _ {\ mathrm {th}} \) - үзләштерү флюенциясе һәм Абляция флюенциясе бусагасы тиешенчә34.
Математик яктан энергиянең үтеп керү тирәнлеге абляция тирәнлегенә мультипликатив эффект бирә, ә энергиянең үзгәрүе логарифмик эффектка ия.Шулай итеп, иркенлек үзгәрү \ (\ Delta z \) тәэсир итми \ (\ Phi ~ \ gg ~ \ Phi _ {\ mathrm {th}} \).Ләкин, көчле оксидлашу (мәсәлән, хром оксиды барлыкка килү аркасында) Cr-Cr бәйләнешләре белән чагыштырганда көчлерәк Cr-O35 бәйләнешенә китерә, шуның белән абляция бусагасын арттыра.Димәк, \ (\ Phi ~ \ gg ~ \ Phi _ {\ mathrm {th}} \) инде канәгатьләнми, бу энергия агымы тыгызлыгы кимү белән абляция тирәнлегенең тиз кимүенә китерә.Моннан тыш, оксидлашу торышы һәм LSFL-II чоры арасындагы корреляция билгеле, моны наноструктураның үзгәрүе һәм өслекнең оптик үзлекләре белән аңлатырга мөмкин, 30,35.Шуңа күрә, үзләштерү флюенциясенең төгәл өслеге бүленеше \ (\ Phi \) структур чор һәм оксид катламы калынлыгы арасындагы үзара тәэсирнең катлаулы динамикасы белән бәйле.Периодка карап, наноструктура кырның кискен артуы, өслек плазмоннарының дулкынлануы, гадәттән тыш яктылык җибәрү яки таралуы аркасында сеңгән энергия агымының таралуына нык тәэсир итә17,19,20,21.Шуңа күрә \ (\ Phi \) өслек янында бертөрле бертөрле түгел, һәм \ (\ delta _ {E} \) бер сеңдерү коэффициенты белән инде мөмкин түгел \ (\ alfa = \ delta _ {\ mathrm {opt}} ^ {-1} \ якынча \ дельта _ {\ mathrm {E}} ^ {- 1} \) бөтен өслек күләме өчен.Оксид пленкасының калынлыгы күбесенчә катылану вакытына бәйле булганлыктан, номенклатура эффекты үрнәк температурасына бәйле.Өстәмә материалдагы С1 рәсемдә күрсәтелгән оптик микрографлар оптик үзлекләрнең үзгәрүен күрсәтәләр.
Бу эффектлар 1d, e һәм 2b, c һәм 3 (ii) b, d, f рәсемнәрендәге кечкенә өслек структуралары булган очракта, тирән окоп тирәнлеген аңлаталар.
LSFL-II ярымүткәргечләрдә, диэлектрикларда һәм оксидлашуга мохтаҗ материалларда формалашуы билгеле, 14,29,30,36,37.Соңгы очракта, өслек оксиды катламының калынлыгы аеруча мөһим30.Эшләнгән EDX анализы структуралаштырылган өслектә оксидларның барлыкка килүен ачыклады.Шулай итеп, җылытылмаган үрнәкләр өчен әйләнә-тирә кислород газ кисәкчәләренең өлешчә формалашуына һәм өлешчә өслек оксидларының формалашуына ярдәм итә кебек.Ике вакыйга да бу процесска зур өлеш кертә.Киресенчә, җылытылган үрнәкләр өчен төрле оксидлашу халәтләренең металл оксидлары (SiO \ (_ {\ mathrm {2}} \), Cr \ (_ {\ mathrm {n}} \) O \ (_ {\ mathrm { m}} \), Fe \ (_ {\ mathrm {n}} \) O \ (_ {\ mathrm {m}} \), NiO һ.б.) 38 файдасына ачык.Кирәкле оксид катламына өстәп, субвавел озынлыгының тупаслыгы, нигездә югары киңлек ешлыгы LIPSS (HSFL), кирәкле суб-дулкын озынлыгы (d-тип) интенсивлык режимын формалаштыру өчен кирәк 14,30.Соңгы LSFL-II интенсивлык режимы - HSFL амплитудасы һәм оксид калынлыгы функциясе.Бу режимның сәбәбе - HSFL тараткан һәм материалга рефракцияләнгән яктылык һәм диэлектрик материал эчендә таралучы яктылыкның ерак кыр интерфейсы20,29,30.Өстәмә материаллар бүлегендәге S2 рәсемендәге өслек үрнәгенең SEM рәсемнәре алдан булган HSFLны күрсәтә.Бу тышкы төбәк HSFL формалашырга мөмкинлек биргән интенсивлык тарату перифериясе белән зәгыйфь тәэсир итә.Интенсивлык тарату симметриясе аркасында, бу эффект сканер юнәлешендә дә була.
Heatingылыту үрнәге LSFL-II формалашу процессына берничә яктан тәэсир итә.Бер яктан, үрнәк температураның артуы (T_ \ mathrm {s} \) эретелгән катлам калынлыгына караганда каты һәм суыту тизлегенә күпкә зуррак тәэсир итә26.Шулай итеп, җылытылган үрнәкнең сыек интерфейсы озак вакыт әйләнә-тирә кислородка тәэсир итә.Моннан тыш, тоткарланган катыландыру катлаулы конвектив процесслар үсешенә мөмкинлек бирә, алар кислород һәм оксидларның сыек корыч белән кушылуын арттыралар26.Моны диффузия ярдәмендә барлыкка килгән оксид катламының калынлыгын чагыштырып күрсәтергә мөмкин (\ (\ Lambda _ \ mathrm {diff} = \ sqrt {D ~ \ times ~ t_ \ mathrm {s}} ~ \ le ~ 15 \) nm) Тиешле коагуляция вакыты \ (t_ \ mathrm {s} ~ \ le ~ 200 \) ns, һәм диффузия коэффициенты \ (D ~ \ le \) 10 \ (^ {- 5} \) см \ (^ 2 \) / s) LSFL-II формалашуында шактый югарырак калынлык күзәтелде яки кирәк иде30.Икенче яктан, җылыту HSFL формалашуга да тәэсир итә, димәк LSFL-II d тибындагы интенсивлык режимына күчү өчен кирәк булган таралучы әйберләр.Surfaceир астыннан капланган нановоидларның тәэсире аларның HSFL39 формалашуда катнашуын күрсәтә.Бу җитешсезлекләр кирәкле югары ешлыклы периодик интенсивлык үрнәкләре аркасында HSFLның электромагнит килеп чыгышын күрсәтергә мөмкин14,17,19,29.Моннан тыш, бу барлыкка килгән интенсивлык режимнары күп санлы нановоидлар белән бертөрле.Шулай итеп, HSFL очракларының артуының сәбәбен кристалл җитешсезлекләр динамикасының үзгәрүе белән аңлатырга мөмкин (\ T_ \ mathrm {s} \).
Күптән түгел күрсәтелде, кремнийның суыту тизлеге эчке интерстициаль суперсатурация өчен төп параметр булып тора, һәм шулай итеп дислокацияләр барлыкка килү белән нокта җитешсезлекләрен туплау өчен 40,41.Чиста металлларның молекуляр динамикасы симуляцияләре шуны күрсәтте: вакансияләр тиз рекристализация вакытында суперсатуратлашалар, шуңа күрә металлларда вакансияләр туплау шундый ук тәртиптә бара 42,43,44.Моннан тыш, көмешнең соңгы эксперименталь тикшеренүләре нокта җитешсезлекләре туплану аркасында бушлыклар һәм кластерлар формалашу механизмына юнәлтелде45.Шуңа күрә, үрнәк температурасының артуы ((T_ \ mathrm {s} \) һәм, нәтиҗәдә, суыту темпының кимүе HSFL ядрәләре булган бушлыклар барлыкка килергә мөмкин.
Әгәр вакансияләр куышлыкларга кирәкле прекурсорлар булса һәм HSFL булса, үрнәк температура \ (T_s \) ике эффект булырга тиеш.Бер яктан, \ (T_s \) рестрализация тизлегенә һәм, нәтиҗәдә, үскән кристаллда нокта җитешсезлекләренең концентрациясе (вакансия концентрациясе) тәэсир итә.Икенче яктан, ул катыганнан соң суыту темпына тәэсир итә, шуның белән кристаллдагы нокта җитешсезлекләренең таралуына тәэсир итә.Моннан тыш, катылану дәрәҗәсе кристаллографик ориентациягә бәйле һәм шулай итеп нокта җитешсезлекләренең диффузиясе кебек югары анисотроп.Бу шарт буенча, материалның анисотроп реакциясе аркасында яктылык һәм матдәнең үзара тәэсире анисотропка әйләнә, бу үз чиратында энергиянең бу детерминистик периодик чыгарылышын көчәйтә.Поликристалл материаллар өчен бу тәртип бер ашлык күләме белән чикләнергә мөмкин.Чынлыкта, LIPSS формалашуы ашлык ориентациясенә карап күрсәтелде46,47.Шуңа күрә, температураның \ (T_s \) кристалллашу тизлегенә тәэсире ашлык ориентациясе эффекты кебек көчле булмаска мөмкин.Шулай итеп, төрле бөртекләрнең кристаллографик юнәлеше бушлыкларның артуы һәм HSFL яки LSFL-II агрегатының потенциаль аңлатмасын бирә.
Бу гипотезаның башлангыч күрсәткечләрен ачыклау өчен, чимал үрнәкләре ашлыкның барлыкка килүен ачыклау өчен ясалды.Инҗирдәге бөртекләрне чагыштыру.S3 өстәмә материалда күрсәтелгән.Моннан тыш, LSFL-I һәм LSFL-II җылытылган үрнәкләрдә төркемнәрдә пәйда булдылар.Бу кластерларның зурлыгы һәм геометриясе ашлык зурлыгына туры килә.
Моннан тыш, HSFL тар конвектив чыгышы аркасында аз агым тыгызлыгында тар диапазонда була19,29,48.Шуңа күрә, экспериментларда, мөгаен, нур профиле перифериясендә генә була.Шуңа күрә, HSFL оксидлашмаган яки зәгыйфь оксидлаштырылган өслекләрдә формалашты, бу эшкәртелгән һәм эшкәртелмәгән үрнәкләрнең оксид фракцияләрен чагыштырганда ачыкланды (таблицаның рефтабын карагыз: мисал).Бу оксид катламы нигездә лазер белән эшләнгән дигән фаразны раслый.
LIPSS формалашуы, гадәттә, импульслар арасындагы кире элемтә аркасында импульслар санына бәйле булуын исәпкә алып, HSFLларны импульсның каплануы арта барган саен зуррак структуралар белән алыштырырга мөмкин19.Азрак регуляр HSFL LSFL-II формалашу өчен кирәк булган азрак регуляр интенсивлык үрнәгенә китерә (d-режим).Шуңа күрә, \ (o_ \ mathrm {p} \) өстенлеге арткан саен (1 нче рәсемне карагыз), LSFL-II регулярлыгы кими.
Бу тикшерү субстрат температураның лазер структуралы DLIP эшкәртелмәгән корычның өслек морфологиясенә тәэсирен тикшерде.Ачыкланганча, субстратны 21 дән 250 ° C ка кадәр җылыту абляция тирәнлегенең 1,75 дән 0,87 ммга кадәр, ә поляризациядә 2,33 дән 1,06 ммга кадәр кимүенә китерә.Бу кимү LIPSS тибының LSFL-I дән LSFL-II үзгәрүенә бәйле, ул югары үрнәк температурасында лазер белән эшләнгән өслек оксиды катламы белән бәйле.Моннан тыш, LSFL-II оксидлашуның артуы аркасында бусага агымын арттырырга мөмкин.Impгары импульс каплануы, уртача энергия тыгызлыгы һәм уртача кабатлау тизлеге булган бу технологик системада LSFL-II барлыкка килү шулай ук үрнәк җылыту аркасында дислокация динамикасының үзгәрүе белән билгеләнә.LSFL-II агрегаты ашлыкның ориентациясенә бәйле нановоид формалашуы аркасында фаразлана, HSFL LSFL-II прекурсоры буларак китерә.Моннан тыш, поляризация юнәлешенең структур чорга һәм структур чорның киңлек киңлегенә йогынтысы өйрәнелә.P-поляризация DLIP процессы өчен абляция тирәнлеге ягыннан нәтиҗәлерәк булып чыга.Гомумән алганда, бу тикшеренү махсуслаштырылган өслек үрнәкләрен булдыру өчен DLIP абляция тирәнлеген контрольдә тоту һәм оптимальләштерү өчен процесс параметрлары җыелмасын ачып бирә.Ниһаять, LSFL-I-дән LSFL-II-ка күчү тулысынча җылылык белән эшләнә һәм җылылык арту аркасында даими импульс каплануы белән кабатлану тизлегенең кечкенә артуы көтелә24.Бу аспектларның барысы да DLIP процессын киңәйтү проблемасына кагыла, мәсәлән, күппочмаклы сканерлау системалары ярдәмендә49.Heatылылыкны арттыруны киметү өчен, түбәндәге стратегияне үтәргә мөмкин: күппочмаклы сканерның сканерлау тизлеген мөмкин кадәр күбрәк саклагыз, зуррак лазер ноктасы зурлыгыннан файдаланып, сканер юнәлешенә ортогональ һәм оптималь абляция кулланыгыз.иркенлек 28. Моннан тыш, бу идеялар DLIP ярдәмендә алдынгы өслекне функциональләштерү өчен катлаулы иерархик топография булдырырга мөмкинлек бирә.
Бу тикшеренүдә электрополизацияләнгән дат басмаган корыч плиталар (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0,8 мм калынлыкта кулланылды.Surfaceир өстендәге пычраткыч матдәләрне чыгару өчен, үрнәкләр лазер белән эшкәртелгәнче этанол белән яхшылап юылган (этанолның абсолют концентрациясе \ (\ ge \) 99,9%).
DLIP көйләнеше 4 нче рәсемдә күрсәтелгән. Plesрнәкләр DLP системасы ярдәмендә төзелгән, 12 пс ультратавышлы импульслы лазер чыганагы белән дулкын озынлыгы 532 нм һәм максималь кабатлау тизлеге 50 МГц.Якты энергиянең киң таралуы - Гаусия.Махсус эшләнгән оптика үрнәктә сызыклы структуралар булдыру өчен ике нурлы интерферометрик конфигурация бирә.Фокаль озынлыгы 100 мм булган линза 6,8 \ (^ \ circ \) почмагында өслектә ике өстәмә лазер нурларын өсти, бу якынча 4,5 мм киңлек бирә.Эксперименталь көйләү турында тулырак мәгълүматны бүтән урында табып була50.
Лазер эшкәртү алдыннан, үрнәк билгеле температурада җылыту тәлинкәсенә куела.Heatingылыту тәлинкәсенең температурасы 21 һәм 250 ° C итеп куелган.Барлык экспериментларда да оптикадагы тузан чүпләнүен булдырмас өчен, кысылган һаваның аркылы реактив эскиз җайланмасы белән берлектә кулланылды.Структура вакытында үрнәкне урнаштыру өчен x, y этап системасы урнаштырылган.
Позицияләү этап системасының тизлеге 66,200 мм / с арасында үзгәрде, импульслар арасында 99.0 - 99,67 \ (\% \).Барлык очракларда да кабатлау тизлеге 200 кГц тәшкил итте, һәм уртача көче 4 Вт иде, ул 20 μJ импульсына энергия бирде.DLIP экспериментында кулланылган нур диаметры якынча 100 мм, һәм лазер энергиясенең тыгызлыгы 0,5 J / см \ (^ {2} \).Unitайланма мәйданына чыгарылган гомуми энергия - иң югары кумулятив флюенция, \ (o _ {\ mathrm {p}} \) = 99.0 \ (\% \), 100 J / см өчен 50 J / cm \ (^ 2 \) туры килә. \ (^ 2 \) өчен \ (o _ {\ mathrm {p)) \) = 99.5 \ (\% \) һәм 150 J / см \ (^ 2 \) өчен \ (o_ {\ mathrm {p}} \ ) = 99.67 \ (\% \).Лазер нурының поляризациясен үзгәртү өчен \ (\ lambda \) / 2 тәлинкәсен кулланыгыз.Кулланылган параметрларның һәр җыелмасы өчен якынча 35 × 5 мм \ (^ {2} \) мәйдан текстурланган.Барлык структуралаштырылган экспериментлар әйләнә-тирә шартларда сәнәгатьнең кулланылышын тәэмин итү өчен үткәрелде.
Samрнәкләрнең морфологиясе 50х зурлыктагы һәм оптик һәм вертикаль резолюциясе 170 нм һәм 3 нм булган конфокаль микроскоп ярдәмендә тикшерелде.Thenыелган топографик мәгълүматлар аннары өслек анализы программасы ярдәмендә бәяләнде.ISO 1661051 буенча җир мәгълүматларыннан профильләр алыгыз.
Samрнәкләр шулай ук 6.0 кВ көчәнештә сканерлау электрон микроскопы ярдәмендә характерланган.Samрнәкләр өслегенең химик составы 15 кВ тизләнүче көчәнештә энергия-дисперсив рентген спектроскопия (EDS) кушымтасы ярдәмендә бәяләнде.Моннан тыш, үрнәкләрнең микросруктурасының гранул морфологиясен ачыклау өчен, 50х максатлы оптик микроскоп кулланылды. Моңа кадәр, үрнәкләр 50 \ (^ \ circ \) C даими температурада биш минут эчендә гидрохлор кислотасы һәм азот кислотасы концентрациясе 15–20 \ (\% \) һәм 1 \ (5 минутта) тотрыксыз корыч тапта. - <\) 5 \ (\% \). Моңа кадәр, үрнәкләр 50 \ (^ \ circ \) C даими температурада биш минут эчендә гидрохлор кислотасы һәм азот кислотасы концентрациясе 15–20 \ (\% \) һәм 1 \ (5 минутта) тотрыксыз корыч тапта. - <\) 5 \ (\% \). Перед этим обромцы травили при постоянной акине 50 \ (^ \ circ \) С в течение пяти мин в краске из нержавеющей стали соляной и азотной чоклотами чиграций 15-20 \ (\% \) и 1 \ (- <\) 5 \ ( \% \) соответственно. Моңа кадәр үрнәкләр 50 \ (^ \ circ \) C даими температурада биш минут эчендә 15-20 \ (\% \) һәм 1 \ (концентрациясе булган гидрохлор һәм азот кислоталары белән тотрыксыз корыч буяуда биш минут дәвамында алындылар. - <\) тиешенчә 5 \ (\% \).在 此 之前 样品 \ \ \ \ 50 \ (^ \ circ \) C 的 恒温 蚀刻 – – – – – – – 15–20 \ (\% \) 和 1 \ (- <\) 5 \ (\% \) ， 分别。\ 此 之前 ， \ \ \ \ \ 50 \ (^ \ circ \) C (\% \) ， 分别。Моңа кадәр үрнәкләр биш минутка даими температурада 50 \ (^ \ circ \) C температурада 15-20 \ (\% \) һәм 1 гидрохлор һәм азот кислоталары концентрациясе булган дат басмас корыч өчен буяу эремәсендә сайланганнар. \.(- <\) 5 \ (\% \) соответственно. (- <\) тиешенчә 5 \ (\% \).
Ике нурлы DLIP урнаштыруның эксперименталь схемасының схематик схемасы, шул исәптән (1) лазер нуры, (2) a \ (\ lambda \) / 2 тәлинкә, (3) билгеле оптик конфигурацияле DLIP башы, (4) ) кайнар тәлинкә, (5) кросс-сыеклык, (6) х, у урнаштыру адымнары һәм (7) дат басмас корыч үрнәкләре.Сул якта кызыл төстә түгәрәкләнгән ике өстән ясалган нурлар үрнәк буенча сызыклы структуралар ясыйлар (2 \ theta \) почмакларда (s- һәм p-поляризацияне дә кертеп).
Агымдагы өйрәнүдә кулланылган һәм / яки анализланган мәгълүматлар тиешле сорау буенча тиешле авторлардан бар.
Пост вакыты: 07-2023 гыйнвар