基于纳米颗粒的纳秒激光近场微造型机理与技术研究

发布时间：2017-12-06 14:01

  本文关键词：基于纳米颗粒的纳秒激光近场微造型机理与技术研究

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【摘要】：随着激光技术的发展,激光近场加工技术利用近场效应能够实现超越衍射极限的分辨率。其中,基于纳米颗粒的激光近场加工技术是一种能够大面积制造可控微孔的方法。该方法将单层纳米颗粒沉积在加工工件表面,利用纳米颗粒对光场进行调制,诱导形成局域场增强效应,进而能够在工件表面形成大面积的微孔,且具有高灵活性、低成本、适用范围广等特点,可应用于表面纳米图案化、纳米尺度的形变以及生物光子学等领域。本文采用仿真与实验相结合的手段,采用纳秒激光作为加工光源,研究钛合金表面激光近场微造型技术。借助仿真软件,分析两种不同颗粒类型激发的近场增强效应,实现钛合金表面的微孔制造,研究脉冲激光的能量密度和搭接率对微孔形貌以及分布的影响,探究纳米颗粒对激光打孔形貌的影响。具体研究内容如下:1.仿真分析不同纳米颗粒作用下钛合金表面局域场增强的效应。使用FDTD Solutions软件,研究电介质纳米颗粒与贵金属纳米颗粒形成近场增强机制的区别。探求激光的波长、入射角以及仿真模型中的背景折射率等加工工艺参数下钛合金表面的电场分布状态,为后续实验提供理论指导。2.优化钛合金单层二氧化硅纳米颗粒的沉积参数。通过分析纳米颗粒之间的行为,选择旋涂法进行颗粒沉积,深入研究不同旋涂参数下金属表面的纳米颗粒单层沉积效果,通过添加超级润湿剂形成亲水薄膜,改进钛合金表面的亲水性,实现钛合金表面单层纳米颗粒的大面积排列。3.实验研究钛合金表面纳米颗粒对单脉冲微孔制作及打孔的影响。实现了钛合金表面微孔制造,研究激光的能量密度、光斑搭接率等参数对微孔的分布、孔径等尺寸影响;发现微孔之间存在的“连接线”现象,分析与纳米颗粒之间的间距以及脉冲激光的能量密度有关。探求纳米颗粒对激光的调节作用,发现纳米颗粒可维持激光单脉冲打孔的形状,减少喷溅物的产生,对孔径起到一定的约束作用。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249;TB383.1

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