飞秒激光诱导钛金属表面周期性结构的研究

发布时间：2017-07-30 17:25

  本文关键词：飞秒激光诱导钛金属表面周期性结构的研究

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【摘要】：脉冲激光诱导材料表面周期性结构的研究一直是热点问题,最近飞秒激光在金属表面制备周期性结构以其广泛的潜在应用价值而被关注。在金属表面通过飞秒激光辐照诱导出微纳米条纹结构可以修改其表面功能特性:如增加表面光吸收率,发射率或增强生物兼容性等,这些金属表面功能特性使其在能源、军事及医学等领域都有着重要的应用价值。本文利用聚焦飞秒激光直接在金属钛表面进行定点式辐照,以单个脉冲累积辐照和双脉冲(脉冲延时在皮秒量级)两种方式对微纳米周期结构制备进行研究。实验结果表明,通过飞秒激光辐照后的钛样品表面会出现有纳米结构覆盖的亚波长条纹结构,这些结构的形成与激光能量密度、脉冲数及脉冲延时都有着密切关系。特别的通过优化两飞秒光脉冲间的延时,钛表面结构的清晰度会得到改善,实验发现在脉冲延时大于5ps后可以观察到条纹(周期为500nm)明显变得清晰。这一发现对表面形貌优化和应有着重要的作用。同时进一步发现,改变延时后激光作用表面产生的微结构覆盖范围也会有所改变,即随着延时的增加微结构产生的面积逐渐减小,这一现象的发现对双脉冲诱导大面积亚波长条纹结构时,选择扫描参数有着重要的意义。进一步通过采用双温方程数值模拟,对双脉冲作用金属表面过程中电子和晶格的超快热力学过程进行了研究,结合数值计算结果对实验中的现象进行了分析和解释。另一方面,本文还开展了双脉冲飞秒激光作用铝的研究,发现采用铝材料时,其形成的条纹清晰度较钛的情况要降低很多。
【关键词】：飞秒激光 钛 表面微纳结构 周期结构
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 引言7-9
• 1.2 飞秒激光诱导材料表面周期性结构的研究进展9-12
• 1.2.1 国外研究进展9-10
• 1.2.2 国内研究进展10-12
• 1.3 本课题研究内容12-14
• 第二章 单脉冲飞秒激光诱导金属钛(Ti)表面周期结构14-20
• 2.1 实验装置与方法14-15
• 2.2 激光能量密度对钛金属表面形貌的影响15-17
• 2.3 激光辐照脉冲数对钛金属表面周期结构的影响17-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 双脉冲飞秒激光诱导金属钛（Ti）表面周期结构20-34
• 3.1 实验装置与方法20-22
• 3.2 双脉冲延时对金属钛表面周期结构形貌的影响22-23
• 3.3 双温方程模拟23-30
• 3.4 延时对钛金属表面形成微结构面积的影响30-32
• 3.5 对比单、双脉冲条件下脉冲数对表面形貌的影响32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 飞秒激光诱导铝金属（Al）表面周期结构34-40
• 4.1 激光能量密度、脉冲数对金属铝表面微结构形貌的影响34-36
• 4.2 双脉冲延时对金属铝表面周期结构形貌的影响36
• 4.3 双脉冲延时对金属铝表面形成微结构面积的影响36-38
• 4.4 本章小结38-40
• 总结40
• 展望40-41
• 致谢41-42
• 参考文献42-43

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