Mèsi paske w vizite Nature.com.W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò CSS limite.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer).Anplis de sa, asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
Montre yon Carousel twa glisad alafwa.Sèvi ak bouton Previous ak Next pou deplase nan twa glisad alafwa, oswa itilize bouton kurseur nan fen a pou w deplase nan twa glisad nan yon moman.
Entèferans dirèk lazè (DLIP) konbine avèk estrikti sifas peryodik lazè (LIPSS) pèmèt kreyasyon sifas fonksyonèl pou divès kalite materyèl.Debi pwosesis la anjeneral ogmante lè w sèvi ak yon pi wo pouvwa lazè mwayèn.Sepandan, sa a mennen nan akimilasyon nan chalè, ki afekte brutality ak fòm nan modèl la sifas ki kapab lakòz.Se poutèt sa, li nesesè yo etidye an detay enfliyans nan tanperati a substra sou mòfoloji nan eleman yo fabrike.Nan etid sa a, sifas asye a te liy-modele ak ps-DLIP nan 532 nm.Pou mennen ankèt sou efè tanperati substra a sou topografi ki kapab lakòz yo, yo te itilize yon plak chofaj pou kontwole tanperati a.Chofaj a 250 \(^{\circ }\)С te mennen nan yon diminisyon enpòtan nan pwofondè estrikti yo fòme soti nan 2.33 a 1.06 µm.Diminisyon an te asosye ak aparans nan diferan kalite LIPSS depann sou oryantasyon an nan grenn yo substra ak lazè-induit oksidasyon sifas yo.Etid sa a montre efè a fò nan tanperati substra, ki se tou espere lè tretman sifas fèt nan gwo pouvwa lazè mwayèn yo kreye efè akimilasyon chalè.
Metòd tretman sifas ki baze sou iradyasyon lazè batman kè ultrashort yo se nan forefront nan syans ak endistri akòz kapasite yo nan amelyore pwopriyete yo sifas nan materyèl ki pi enpòtan ki enpòtan1.An patikilye, fonksyonalite sifas koutim lazè-induit se dènye modèl atravè yon pakèt sektè endistriyèl ak senaryo aplikasyon1,2,3.Pou egzanp, Vercillo et al.Pwopriyete anti-jivraj yo te demontre sou alyaj Titàn pou aplikasyon ayewospasyal ki baze sou superhydrophobicity lazè-induit.Epperlein et al rapòte ke karakteristik nanoze ki te pwodwi pa estrikti sifas lazè ka enfliyanse kwasans biofilm oswa anpèchman sou espesimèn asye5.Anplis de sa, Guai et al.tou amelyore pwopriyete yo optik nan selil solè òganik.6 Kidonk, estrikti lazè pèmèt pwodiksyon eleman estriktirèl wo rezolisyon pa kontwole ablasyon materyèl sifas la.
Yon teknik estriktirasyon lazè apwopriye pou pwodwi estrikti sifas peryodik sa yo se fòm dirèk lazè entèferans (DLIP).DLIP baze sou entèferans tou pre sifas de oswa plis reyon lazè pou fòme sifas ki gen fòm ak karakteristik nan seri mikwomèt ak nanomèt.Tou depan de kantite ak polarizasyon reyon lazè yo, DLIP ka desine ak kreye yon gran varyete estrikti sifas topografik.Yon apwòch pwomèt se konbine estrikti DLIP ak estrikti sifas peryodik lazè (LIPSS) pou kreye yon topografi sifas ak yon yerachi estriktirèl konplèks8,9,10,11,12.Nan lanati, yo montre yerachi sa yo bay menm pi bon pèfòmans pase modèl sèl-echèl13.
Fonksyon LIPSS la sijè a yon pwosesis oto-anplifikasyon (feedback pozitif) ki baze sou yon ogmantasyon tou pre-sifas modulation nan distribisyon an entansite radyasyon.Sa a se akòz yon ogmantasyon nan nanoroughness kòm kantite aplike lazè pulsasyon ogmante 14, 15, 16. Modulation rive sitou akòz entèferans nan vag la emèt ak field15,17,18,19,20,21 elektwomayetik nan refracted ak eleman vag gaye oswa plasmon sifas yo.Fòmasyon LIPSS afekte tou pa distribisyon pulsasyon yo22,23.An patikilye, pi wo pouvwa mwayèn lazè yo endispansab pou tretman sifas segondè pwodiktivite.Anjeneral, sa a mande pou itilizasyon gwo pousantaj repetisyon, sa vle di nan seri MHz.Kontinwe, distans tan ki genyen ant pulsasyon lazè se pi kout, ki mennen nan efè akimilasyon chalè 23, 24, 25, 26. Efè sa a mennen nan yon ogmantasyon jeneral nan tanperati sifas, ki ka siyifikativman afekte mekanis nan modèl pandan ablasyon lazè.
Nan yon travay anvan, Rudenko et al.ak Tzibidis et al.Yo diskite sou yon mekanis pou fòmasyon estrikti konvektif, ki ta dwe vin de pli zan pli enpòtan kòm akimilasyon chalè ogmante19,27.Anplis de sa, Bauer et al.Korele kantite kritik akimilasyon chalè ak estrikti sifas mikron.Malgre pwosesis fòmasyon estrikti tèmik sa a, li jeneralman kwè ke pwodiktivite pwosesis la ka amelyore tou senpleman lè yo ogmante pousantaj repetisyon28.Malgre ke sa a, nan vire, pa ka reyalize san yon ogmantasyon siyifikatif nan depo chalè.Se poutèt sa, estrateji pwosesis ki bay yon topoloji milti-nivo ka pa pòtab nan pi wo pousantaj repetisyon san yo pa chanje sinetik pwosesis la ak fòmasyon estrikti9,12.Nan sans sa a, li trè enpòtan pou mennen ankèt sou ki jan tanperati substra a afekte pwosesis fòmasyon DLIP la, espesyalman lè w ap fè modèl sifas kouch akòz fòmasyon similtane LIPSS.
Objektif etid sa a se te evalye efè tanperati substra sou sifas topografi ki kapab lakòz pandan pwosesis DLIP nan asye pur lè l sèvi avèk pulsasyon ps.Pandan pwosesis lazè, tanperati a nan substrate echantiyon an te pote jiska 250 \(^\circ\)C lè l sèvi avèk yon plak chofaj.Estrikti sifas ki kapab lakòz yo te karakterize lè l sèvi avèk mikwoskospi konfokal, mikwoskospi elektwonik optik, ak espektroskopi radyografi ki gaye enèji.
Nan premye seri eksperyans yo, yo te trete substra asye a lè l sèvi avèk yon konfigirasyon DLIP de gwo bout bwa ak yon peryòd espasyal 4.5 µm ak yon tanperati substrate \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ. }\)C, apre sa refere yo kòm sifas "san chofe".Nan ka sa a, sipèpoze batman kè \(o_{\mathrm {p}}\) se distans ki genyen ant de pulsasyon kòm yon fonksyon gwosè tach.Li varye de 99.0% (100 pulsasyon pou chak pozisyon) a 99.67% (300 pulsasyon pou chak pozisyon).Nan tout ka yo, yo te itilize yon pik dansite enèji \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (pou yon ekivalan Gaussian san entèferans) ak yon frekans repetisyon f = 200 kHz.Direksyon polarizasyon gwo bout bwa lazè a se paralèl ak mouvman tab la pwezante (figi 1a)), ki se paralèl ak direksyon jeyometri lineyè ki te kreye pa modèl entèferans de gwo bout bwa a.Imaj reprezantatif nan estrikti yo jwenn lè l sèvi avèk yon mikwoskòp elektwon optik (SEM) yo montre nan Fig.1a–c.Pou sipòte analiz imaj SEM an tèm de topografi, yo te fè transfòmasyon Fourier (FFT, yo montre nan ensèk nwa) sou estrikti yo te evalye yo.Nan tout ka yo, jeyometri DLIP ki te lakòz yo te vizib ak yon peryòd espasyal 4.5 µm.
Pou ka \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% nan zòn ki pi fonse nan Fig.1a, ki koresponn ak pozisyon maksimòm entèferans lan, yon moun ka obsève siyon ki gen pi piti estrikti paralèl.Yo altène ak bann pi klere ki kouvri nan yon topografi ki sanble ak nanopartikul.Paske estrikti paralèl ant genyen siyon yo parèt pèpandikilè ak polarizasyon reyon lazè a epi li gen yon peryòd \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm, yon ti kras. mwens pase longèdonn lazè a \(\lambda\) (532 nm) ka rele LIPSS ak frekans espasyal ki ba (LSFL-I)15,18.LSFL-I pwodui yon siyal sa yo rele s-type nan FFT a, "s" scattering15,20.Se poutèt sa, siyal la se pèpandikilè ak fò eleman vètikal santral la, ki an vire se pwodwi pa estrikti DLIP la (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\approx\) 4.5 µm).Siyal ki te pwodwi pa estrikti lineyè modèl DLIP la nan imaj FFT la refere yo kòm "DLIP-type".
Imaj SEM nan estrikti sifas ki te kreye lè l sèvi avèk DLIP.Dansite enèji pik la se \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (pou yon ekivalan Gaussian san bri) ak yon to repetisyon f = 200 kHz.Imaj yo montre echantiyon tanperati, polarizasyon ak kouvri.Mouvman faz lokalizasyon an make ak yon flèch nwa nan (a).Ankadreman nwa a montre FFT korespondan yo jwenn nan imaj SEM 37.25\(\times\)37.25 µm (ki montre jiskaske vektè ond lan vin \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200). nm).Paramèt pwosesis yo endike nan chak figi.
Lè w gade pi lwen nan Figi 1 a, ou ka wè ke kòm sipèpoze \(o_{\mathrm {p}}\) ogmante, siyal sigmoid la pi konsantre nan direksyon aks x nan FFT la.Rès LSFL-I gen tandans pou plis paralèl.Anplis de sa, entansite relatif la nan siyal la s-kalite diminye ak entansite a nan siyal la DLIP-kalite ogmante.Sa a se akòz tranche de pli zan pli pwononse ak plis sipèpoze.Epitou, siyal x-aks ant tip s ak sant la dwe soti nan yon estrikti ki gen menm oryantasyon ak LSFL-I men ki gen yon peryòd ki pi long (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\approx \ ) 1.4 ± 0.2 µm) jan yo montre nan Figi 1c).Se poutèt sa, li sipoze ke fòmasyon yo se yon modèl nan twou nan sant la nan tranche a.Karakteristik nan nouvo parèt tou nan seri a frekans segondè (gwo nimewo ond) nan ordinate la.Siyal la soti nan rid paralèl sou pant yo nan tranche a, gen plis chans akòz entèferans nan ensidan an ak pi devan-reflete limyè sou pant yo9,14.Nan sa ki annapre yo, rid sa yo deziye pa LSFL \ (_ \ mathrm {kwen} \), ak siyal yo - pa tip -s \ (_ {\mathrm {p)) \).
Nan eksperyans kap vini an, tanperati echantiyon an te pote jiska 250 °C anba sifas sa yo rele "chofe".Estrikti te pote soti dapre estrateji nan pwosesis menm jan ak eksperyans yo mansyone nan seksyon anvan an (figi 1a-1c).Imaj SEM yo dekri topografi ki kapab lakòz yo jan yo montre nan Fig. 1d-f.Chofaj echantiyon an a 250 C mennen nan yon ogmantasyon nan aparans nan LSFL, direksyon ki paralèl ak polarizasyon lazè a.Estrikti sa yo ka karakterize kòm LSFL-II epi yo gen yon peryòd espasyal \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) nan 247 ± 35 nm.Siyal LSFL-II a pa parèt nan FFT akòz frekans mòd segondè.Kòm \(o_{\mathrm {p}}\) te ogmante soti nan 99.0 a 99.67\(\%\) (Fig. 1d-e), lajè a nan rejyon an bann klere ogmante, ki te mennen nan aparans nan yon siyal DLIP. pou plis pase frekans segondè.nimewo onn (pi ba frekans) epi konsa chanjman nan direksyon sant FFT la.Ranje twou yo nan Figi 1d yo ka précurseurs sa yo rele siyon ki fòme pèpandikilè ak LSFL-I22,27.Anplis de sa, LSFL-II parèt vin pi kout ak fòm iregilye.Remake byen tou ke gwosè mwayèn nan bann klere ak mòfoloji nanograin se pi piti nan ka sa a.Anplis de sa, distribisyon an gwosè nan nanopartikul sa yo te tounen soti yo dwe mwens dispèse (oswa mennen nan mwens aglomerasyon patikil) pase san chofaj.Kalitativman, sa a ka evalye lè w konpare figi 1a, d oswa b, e, respektivman.
Kòm sipèpoze \(o_{\mathrm {p}}\) te ogmante plis nan 99.67% (Fig. 1f), yon topografi diferan piti piti parèt akòz siyon de pli zan pli evidan.Sepandan, genyen siyon sa yo parèt mwens òdone ak mwens fon pase nan Figi 1c.Kontras ki ba ant zòn limyè ak nwa nan imaj la montre nan bon jan kalite.Rezilta sa yo plis sipòte pa siyal ki pi fèb ak plis gaye nan òdone FFT nan Fig. 1f konpare ak FFT a sou c.Pi piti striae yo te evidan tou sou chofaj lè yo konpare figi 1b ak e, ki te pita konfime pa mikwoskòp konfokal.
Anplis eksperyans anvan an, polarizasyon reyon lazè a te vire pa 90 \(^{\circ}\), ki te lakòz direksyon polarizasyon an deplase pèpandikilè ak platfòm pwezante a.Sou fig.2a-c montre premye etap fòmasyon estrikti yo, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% nan san chofe (a), chofe (b) ak chofe 90\(^{\ circ }\ ) - Ka ak wotasyon polarizasyon (c).Pou vizyalize nanotopografi estrikti yo, zòn ki make ak kare ki gen koulè yo montre nan Fig.2d, sou yon echèl elaji.
Imaj SEM nan estrikti sifas ki te kreye lè l sèvi avèk DLIP.Paramèt pwosesis yo se menm jan ak Fig.1.Imaj la montre echantiyon tanperati \(T_s\), polarizasyon ak batman sipèpoze \(o_\mathrm {p}\).Ankò nwa a ankò montre transfòmasyon Fourier ki koresponn lan.Imaj ki nan (d)-(i) se agrandisman zòn ki make nan (a)-(c).
Nan ka sa a, li ka wè ke estrikti yo nan zòn ki pi fonse nan Fig. 2b, c yo se polarizasyon sansib ak Se poutèt sa yo make LSFL-II14, 20, 29, 30. Miyò, oryantasyon an nan LSFL-I tou wotasyon ( Fig. 2g, i), ki ka wè nan oryantasyon siyal s-type a nan FFT ki koresponn lan.Pleasant peryòd LSFL-I a parèt pi gwo konpare ak peryòd b, epi ranje li yo deplase nan direksyon ki pi piti nan Fig. 2c, jan sa endike nan siyal s-tip ki pi gaye.Kidonk, yo ka obsève peryòd espasyal LSFL sa a sou echantiyon an nan diferan tanperati chofaj: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 418\(\pm 65\) nm nan 21 ^{\circ }\ )C (figi 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm ak \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II }} \) = 247 ± 35 nm nan 250 ° C (Fig. 2b) pou s polarizasyon.Okontrè, peryòd espasyal p-polarizasyon ak 250 \(^{\circ }\)C egal a \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\ ) nm ak \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (figi 2c).
Miyò, rezilta yo montre ke jis lè yo ogmante tanperati echantiyon an, mòfoloji sifas la ka chanje ant de ekstrèm, ki gen ladan (i) yon sifas ki gen sèlman eleman LSFL-I ak (ii) yon zòn ki kouvri ak LSFL-II.Paske fòmasyon an nan kalite patikilye LIPSS sa a sou sifas metal ki asosye ak kouch oksid sifas yo, yo te fè analiz enèji dispersive X-ray (EDX).Tablo 1 rezime rezilta yo jwenn.Chak detèminasyon te pote soti nan mwayèn omwen kat espèk nan diferan kote sou sifas echantiyon an trete.Mezi yo fèt nan diferan tanperati echantiyon \(T_\mathrm{s}\) ak diferan pozisyon nan sifas echantiyon an ki gen zòn ki pa estriktire oswa ki estriktire.Mezi yo genyen tou enfòmasyon sou kouch ki pi fon san oksidasyon ki kouche dirèkteman anba zòn fonn trete a, men nan pwofondè pénétration elèktron analiz EDX la.Sepandan, li ta dwe remake ke EDX a limite nan kapasite li nan quantifier kontni an oksijèn, kidonk valè sa yo isit la ka sèlman bay yon evalyasyon kalitatif.
Pòsyon echantiyon yo pa trete yo pa t montre gwo kantite oksijèn nan tout tanperati opere.Apre tretman lazè, nivo oksijèn ogmante nan tout ka yo31.Diferans nan konpozisyon elemantè ant de echantiyon ki pa trete yo te jan yo espere pou echantiyon asye komèsyal yo, epi yo te jwenn valè kabòn siyifikativman pi wo konpare ak fèy done manifakti a pou asye AISI 304 akòz kontaminasyon idrokarbone32.
Anvan diskite sou rezon posib pou diminisyon nan pwofondè ablation Groove ak tranzisyon an soti nan LSFL-I a LSFL-II, yo itilize dansite espèk pouvwa (PSD) ak pwofil wotè.
(i) Kasi-de dimansyon nòmalize pouvwa spectral dansite (Q2D-PSD) nan sifas la montre kòm imaj SEM nan Figi 1 ak 2. 1 ak 2. Depi PSD la nòmalize, yo ta dwe yon diminisyon nan siyal sòm total la. konprann kòm yon ogmantasyon nan pati konstan (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\), pa montre), sa vle di lis.(ii) Korespondan pwofil wotè sifas mwayèn.Tanperati echantiyon \(T_s\), sipèpoze \(o_{\mathrm {p}}\), ak polarizasyon lazè E parapò ak oryantasyon \(\vec {v}\) mouvman platfòm pwezante yo montre nan tout simityè yo.
Pou quantifier enpresyon imaj SEM yo, yo te pwodwi yon mwayèn spectre pouvwa nòmalize nan omwen twa imaj SEM pou chak seri paramèt lè w fè mwayèn tout yon dimansyon (1D) dansite espèk pouvwa (PSD) nan direksyon x oswa y.Grafik ki koresponn lan montre nan Fig. 3i ki montre chanjman frekans siyal la ak kontribisyon relatif li nan spectre la.
Sou fig.3ia, c, e, pik DLIP la grandi tou pre \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ ( ^{- 1}\) oswa korespondan pi wo Harmony yo kòm sipèpoze a ogmante \(o_{\mathrm {p))\).Yon ogmantasyon nan anplitid fondamantal la te asosye ak yon devlopman pi fò nan estrikti LRIB la.Anplitid la nan pi wo Harmony ogmante ak apik nan pant lan.Pou fonksyon rektangilè kòm ka limite, apwoksimasyon an mande pou pi gwo kantite frekans.Se poutèt sa, pik la alantou 1.4 µm \(^{-1}\) nan PSD la ak amonik korespondan yo ka itilize kòm paramèt bon jan kalite pou fòm nan Groove la.
Okontrè, jan yo montre nan Fig. 3 (i) b, d, f, PSD echantiyon chofe a montre pi fèb ak pi laj ak mwens siyal nan Harmony respektif yo.Anplis de sa, nan fig.3(i)f montre ke dezyèm siyal Harmony la menm depase siyal fondamantal la.Sa a reflete estrikti DLIP ki pi iregilye ak mwens pwononse echantiyon chofe a (konpare ak \(T_s\) = 21\(^\circ\)C).Yon lòt karakteristik se ke kòm sipèpoze \(o_{\mathrm {p}}\) ogmante, siyal LSFL-I ki lakòz chanjman nan direksyon yon nimewo ond ki pi piti (pi long peryòd).Sa a ka eksplike pa ogmante apik nan bor yo nan mòd DLIP la ak ogmantasyon lokal ki asosye nan ang ensidans14,33.Apre tandans sa a, elajisman siyal LSFL-I a ta ka eksplike tou.Anplis pant yo apik, gen tou zòn plat sou anba a ak pi wo a krèt yo nan estrikti DLIP la, ki pèmèt pou yon seri pi laj nan peryòd LSFL-I.Pou materyèl ki trè absòbe, peryòd LSFL-I anjeneral estime kòm:
kote \(\theta\) se ang ensidans lan, epi enskripsyon s ak p refere a diferan polarizasyon33.
Li ta dwe remake ke plan an nan ensidans pou yon konfigirasyon DLIP anjeneral pèpandikilè ak mouvman an nan platfòm la pwezante, jan yo montre nan Figi 4 (al gade nan seksyon Materyèl ak Metòd).Se poutèt sa, s-polarizasyon, kòm yon règ, se paralèl ak mouvman an nan etap la, ak p-polarizasyon se pèpandikilè ak li.Dapre ekwasyon an.(1), pou s-polarizasyon, yo espere yon gaye ak yon chanjman nan siyal LSFL-I nan direksyon pou pi piti nimewo ond.Sa a se akòz ogmantasyon nan \(\theta\) ak ranje angilè \(\theta \pm \delta \theta\) kòm pwofondè tranche a ap ogmante.Sa a ka wè lè w konpare pik LSFL-I yo nan Fig. 3ia,c,e.
Dapre rezilta yo montre nan fig.1c, LSFL\(_\mathrm {kwen}\) vizib tou nan PSD ki koresponn lan nan fig.3ie.Sou fig.3ig,h montre PSD pou p-polarizasyon.Diferans nan pik DLIP pi pwononse ant echantiyon chofe ak echantiyon ki pa chofe.Nan ka sa a, siyal ki soti nan LSFL-I sipèpoze ak Harmony ki pi wo nan pik DLIP la, ajoute nan siyal la tou pre longèdonn lasing la.
Pou diskite sou rezilta yo an plis detay, nan Fig. 3ii montre pwofondè estriktirèl la ak sipèpoze ant pulsasyon distribisyon wotè lineyè DLIP la nan divès tanperati.Pwofil wotè vètikal sifas la te jwenn nan mwayèn dis pwofil wotè vètikal endividyèl alantou sant estrikti DLIP la.Pou chak tanperati aplike, pwofondè estrikti a ogmante ak ogmante sipèpoze batman kè.Pwofil echantiyon an chofe montre genyen siyon ak valè pik-a-pik (pvp) vle di 0.87 µm pou s-polarizasyon ak 1.06 µm pou p-polarizasyon.Kontrèman, s-polarizasyon ak p-polarizasyon echantiyon an san chofe montre pvp nan 1.75 µm ak 2.33 µm, respektivman.Pvp ki koresponn lan montre nan pwofil wotè a nan fig.3ii.Chak mwayèn PvP kalkile lè w fè yon mwayèn de uit PvP sèl.
Anplis de sa, nan fig.3iig,h montre distribisyon wotè p-polarizasyon pèpandikilè a sistèm pwezante ak mouvman Groove.Direksyon p-polarizasyon an gen yon efè pozitif sou pwofondè Groove la paske li lakòz yon pvp yon ti kras pi wo nan 2.33 µm konpare ak s-polarizasyon nan 1.75 µm pvp.Sa a nan vire koresponn ak genyen siyon yo ak mouvman nan sistèm nan platfòm pwezante.Efè sa a ka koze pa yon estrikti ki pi piti nan ka a nan s-polarizasyon konpare ak ka a nan p-polarizasyon (gade Fig. 2f, h), ki pral diskite pi lwen nan pwochen seksyon an.
Objektif diskisyon an se eksplike diminisyon nan pwofondè Groove akòz chanjman nan klas prensipal LIPS (LSFL-I a LSFL-II) nan ka echantiyon chofe.Se konsa, reponn kesyon sa yo:
Pou reponn premye kesyon an, li nesesè yo konsidere mekanis ki responsab pou rediksyon nan ablation.Pou yon sèl batman kè nan ensidans nòmal, pwofondè ablasyon an ka dekri tankou:
kote \(\delta _{\mathrm {E}}\) se pwofondè pénétration enèji, \(\Phi\) ak \(\Phi _{\mathrm {th}}\) se fluans absòpsyon ak fluans Ablation. papòt, respektivman34 .
Matematikman, pwofondè nan pénétration enèji gen yon efè miltiplikasyon sou pwofondè nan ablation, pandan y ap chanjman nan enèji gen yon efè logaritmik.Donk, chanjman fluans pa afekte \(\Delta z\) osi lontan ke \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\).Sepandan, fò oksidasyon (pa egzanp, akòz fòmasyon oksid chromium) mennen nan pi fò lyezon Cr-O35 konpare ak lyezon Cr-Cr, kidonk ogmante papòt la ablation.Kontinwe, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) pa satisfè ankò, ki mennen nan yon diminisyon rapid nan pwofondè ablasyon ak diminye dansite flux enèji.Anplis de sa, li te ye yon korelasyon ant eta a oksidasyon ak peryòd la nan LSFL-II, ki ka eksplike pa chanjman nan nanostruktur nan tèt li ak pwopriyete yo optik nan sifas la ki te koze pa oksidasyon sifas30,35.Se poutèt sa, distribisyon egzak sifas absòpsyon fluence \(\Phi\) se akòz dinamik konplèks entèraksyon ki genyen ant peryòd estriktirèl la ak epesè kouch oksid la.Tou depan de peryòd la, nanostructure a fòtman enfliyanse distribisyon an nan flux enèji absòbe akòz yon ogmantasyon byen file nan jaden an, eksitasyon nan plasmon sifas, transfè limyè ekstraòdinè oswa scattering17,19,20,21.Se poutèt sa, \(\Phi\) se fòtman inomojèn tou pre sifas la, epi \(\delta _ {E}\) pwobableman pa posib ankò ak yon sèl koyefisyan absòpsyon \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt} } ^ { -1} \approx \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) pou tout volim tou pre sifas la.Depi epesè fim oksid la depann lajman de tan solidifikasyon [26], efè nomenklati a depann de tanperati echantiyon an.Mikrograf optik yo montre nan Figi S1 nan Materyèl siplemantè a endike chanjman nan pwopriyete optik yo.
Efè sa yo an pati eksplike pwofondè tranche ki pi fon nan ka ti estrikti sifas nan Figi 1d,e ak 2b,c ak 3(ii)b,d,f.
LSFL-II se li te ye pou fòme sou semi-conducteurs, dielectrics, ak materyèl ki gen tandans oksidasyon14,29,30,36,37.Nan dènye ka a, epesè kouch oksid sifas la se espesyalman enpòtan30.Analiz EDX te pote soti revele fòmasyon nan oksid sifas sou sifas la estriktire.Se konsa, pou echantiyon san chofe, oksijèn anbyen sanble kontribye nan fòmasyon an pasyèl nan patikil gaz ak pasyèlman fòmasyon nan oksid sifas yo.Tou de fenomèn fè yon kontribisyon enpòtan nan pwosesis sa a.Okontrè, pou echantiyon chofe, oksid metal nan divès eta oksidasyon (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, elatriye) yo klè 38 an favè.Anplis kouch oksid ki nesesè yo, prezans brutality subwavelength, sitou segondè frekans espasyal LIPSS (HSFL), nesesè pou fòme mòd entansite subwavelength (d-type) ki nesesè yo14,30.Mòd entansite LSFL-II final la se yon fonksyon anplitid HSFL ak epesè oksid.Rezon ki fè la pou mòd sa a se entèferans nan byen lwen-jaden nan limyè gaye pa HSFL la ak limyè refracted nan materyèl la ak pwopagasyon andedan materyèl la dyelèktrik sifas20,29,30.Imaj SEM nan kwen modèl sifas la nan Figi S2 nan seksyon Materyèl Siplemantè yo endike HSFL ki te deja egziste.Rejyon ekstèn sa a fèb afekte pa periferi distribisyon entansite a, ki pèmèt fòmasyon HSFL.Akòz simetri distribisyon entansite a, efè sa a pran plas tou nan direksyon optik la.
Egzanp chofaj afekte pwosesis fòmasyon LSFL-II nan plizyè fason.Sou yon bò, yon ogmantasyon nan tanperati echantiyon \(T_\mathrm{s}\) gen yon pi gwo efè sou pousantaj solidifikasyon ak refwadisman pase epesè nan kouch fonn26.Kidonk, koòdone likid yon echantiyon chofe ekspoze a oksijèn anbyen pou yon peryòd tan ki pi long.Anplis de sa, solidifikasyon reta pèmèt devlopman nan pwosesis konvektif konplèks ki ogmante melanje nan oksijèn ak oksid ak asye likid.Sa a ka demontre lè w konpare epesè kouch oksid ki fòme sèlman pa difizyon (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) Tan koagulasyon ki koresponn lan se \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns, ak koyefisyan difizyon \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/ s) Siyifikativman pi wo epesè te obsève oswa obligatwa nan fòmasyon LSFL-II30.Nan lòt men an, chofaj tou afekte fòmasyon nan HSFL e pakonsekan objè yo gaye oblije tranzisyon nan mòd entansite LSFL-II d-type.Ekspozisyon nanovoids kwense anba sifas la sijere patisipasyon yo nan fòmasyon HSFL39.Defo sa yo ka reprezante orijin elektwomayetik HSFL akòz modèl entansite peryodik segondè frekans obligatwa yo14,17,19,29.Anplis de sa, mòd entansite pwodwi sa yo gen plis inifòm ak yon gwo kantite nanovoids19.Kidonk, rezon ki fè yo ogmante ensidans HSFL ka eksplike pa chanjman nan dinamik defo kristal kòm \(T_\mathrm{s}\) ogmante.
Li te dènyèman te montre ke pousantaj la refwadisman nan Silisyòm se yon paramèt kle pou intrinsèques supersaturation entèrstisyèl e konsa pou akimilasyon nan domaj pwen ak fòmasyon nan dislokasyon40,41.Simulation dinamik molekilè nan metal pi yo te montre ke pòs vid yo supersaturate pandan rkristalizasyon rapid, e pakonsekan akimilasyon pòs vid nan metal yo ap mache nan yon fason ki sanble42,43,44.Anplis de sa, dènye etid eksperimantal ajan yo te konsantre sou mekanis fòmasyon vid ak grap akòz akimilasyon defo pwen45.Se poutèt sa, yon ogmantasyon nan tanperati echantiyon an \(T_\mathrm {s}\) ak, kidonk, yon diminisyon nan to a refwadisman ka afekte fòmasyon an nan vid yo, ki se nwayo yo nan HSFL.
Si pòs vid yo se précurseur ki nesesè nan kavite yo e pakonsekan HSFL, tanperati echantiyon an \(T_s\) ta dwe gen de efè.Sou yon bò, \(T_s\) afekte pousantaj rekristalizasyon ak, kidonk, konsantrasyon nan defo pwen (konsantrasyon pòs vid) nan kristal la grandi.Nan lòt men an, li afekte tou to a refwadisman apre solidifikasyon, kidonk afekte difizyon nan domaj pwen nan kristal la 40,41.Anplis de sa, to solidifikasyon an depann de oryantasyon kristalografik la epi li se konsa trè anisotropik, menm jan ak difizyon nan defo pwen42,43.Dapre site sa a, akòz repons anizotwòp materyèl la, entèraksyon limyè ak matyè vin anizotwòp, ki an vire anplifye liberasyon peryodik detèminist enèji sa a.Pou materyèl polikristalin, konpòtman sa a ka limite pa gwosè yon grenn sèl.An reyalite, fòmasyon LIPSS yo te demontre depann sou oryantasyon grenn46,47.Se poutèt sa, efè echantiyon tanperati \(T_s\) sou pousantaj kristalizasyon an ka pa osi fò ke efè oryantasyon grenn jaden.Kidonk, diferan oryantasyon kristalografik grenn diferan bay yon eksplikasyon potansyèl pou ogmantasyon nan vid ak agrégation HSFL oswa LSFL-II, respektivman.
Pou klarifye premye endikasyon ipotèz sa a, echantiyon kri yo te grave pou revele fòmasyon grenn tou pre sifas la.Konparezon grenn nan fig.S3 yo montre nan materyèl siplemantè a.Anplis de sa, LSFL-I ak LSFL-II parèt an gwoup sou echantiyon chofe.Gwosè ak jeyometri grap sa yo koresponn ak gwosè grenn.
Anplis, HSFL sèlman rive nan yon seri etwat nan dansite flux ki ba akòz orijin konvektif li yo19,29,48.Se poutèt sa, nan eksperyans, sa a pwobableman rive sèlman nan periferik pwofil la gwo bout bwa.Se poutèt sa, HSFL te fòme sou sifas ki pa oksidize oswa ki fèb soksid, ki te vin aparan lè yo konpare fraksyon oksid echantiyon trete ak echantiyon ki pa trete (gade tab reftab: egzanp).Sa a konfime sipozisyon an ke kouch oksid la sitou pwovoke pa lazè a.
Etandone ke fòmasyon LIPSS anjeneral depann sou kantite batman kè akòz fidbak entè-puls, HSFL yo ka ranplase pa pi gwo estrikti kòm sipèpoze batman kè ogmante19.Yon HSFL mwens regilye rezilta nan yon modèl entansite mwens regilye (d-mòd) ki nesesè pou fòmasyon LSFL-II.Se poutèt sa, kòm sipèpoze \(o_\mathrm {p}\) ogmante (gade Fig. 1 soti nan de), regilarite LSFL-II diminye.
Etid sa a te envestige efè substrate tanperati sou sifas mòfoloji lazè structurées DLIP trete en fe.Li te jwenn ke chofaj substra a soti nan 21 a 250 ° C mennen nan yon diminisyon nan pwofondè a ablasyon soti nan 1.75 a 0.87 µm nan s-polarizasyon a ak soti nan 2.33 a 1.06 µm nan p-polarizasyon an.Diminisyon sa a se akòz chanjman nan kalite LIPSS soti nan LSFL-I a LSFL-II, ki asosye ak yon kouch oksid sifas lazè-induit nan yon tanperati echantiyon ki pi wo.Anplis de sa, LSFL-II ka ogmante flux papòt akòz ogmante oksidasyon.Li sipoze ke nan sistèm teknolojik sa a ak gwo sipèpoze batman kè, dansite enèji mwayèn ak pousantaj repetisyon mwayèn, ensidan an nan LSFL-II detèmine tou pa chanjman an nan dinamik debwatman ki te koze pa chofaj echantiyon.Agrégation de LSFL-II ipotèz yo dwe akòz fòmasyon nanovoid oryantasyon grenn jaden, ki mennen ale nan HSFL kòm yon précurseur nan LSFL-II.Anplis de sa, enfliyans nan direksyon polarizasyon sou peryòd estriktirèl la ak Pleasant peryòd estriktirèl la etidye.Li sanble ke p-polarizasyon pi efikas pou pwosesis DLIP an tèm de pwofondè ablasyon.An jeneral, etid sa a dekouvri yon seri paramèt pwosesis pou kontwole ak optimize pwofondè ablasyon DLIP pou kreye modèl sifas Customized.Finalman, tranzisyon an soti nan LSFL-I a LSFL-II se antyèman kondwi chalè ak yon ti ogmantasyon nan to repetisyon espere ak sipèpoze batman konstan akòz ogmantasyon chalè ogmante24.Tout aspè sa yo gen rapò ak defi k ap vini an nan elaji pwosesis DLIP la, pa egzanp atravè itilizasyon sistèm optik poligonal49.Pou minimize akimilasyon chalè, yo ka swiv estrateji sa a: kenbe vitès optik scanner poligonal la otank posib, pran avantaj de pi gwo gwosè plas lazè a, orthogonal nan direksyon optik la, epi sèvi ak ablasyon optimal.fluence 28. Anplis de sa, lide sa yo pèmèt kreyasyon topografi yerarchik konplèks pou fonksyonalizasyon sifas avanse lè l sèvi avèk DLIP.
Nan etid sa a, electropolished plak asye pur (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0.8 mm epè yo te itilize.Pou retire nenpòt ki kontaminan nan sifas la, echantiyon yo te ak anpil atansyon lave ak etanòl anvan tretman lazè (konsantrasyon absoli nan etanòl \(\ge\) 99.9%).
Anviwònman DLIP la montre nan Figi 4. Yo te konstwi echantiyon yo lè l sèvi avèk yon sistèm DLIP ekipe ak yon sous lazè enpulsyonèl ultrashort 12 ps ak yon longèdonn 532 nm ak yon pousantaj repetisyon maksimòm 50 MHz.Distribisyon espasyal enèji gwo bout bwa a se Gaussian.Optik ki fèt espesyalman bay yon konfigirasyon entèferometrik doub gwo bout bwa pou kreye estrikti lineyè sou echantiyon an.Yon lantiy ki gen yon distans fokal 100 mm sipèpoze de reyon lazè adisyonèl sou sifas la nan yon ang fiks 6.8\(^\circ\), ki bay yon peryòd espasyal apeprè 4.5 µm.Ou ka jwenn plis enfòmasyon sou konfigirasyon eksperimantal la yon lòt kote50.
Anvan pwosesis lazè, echantiyon an mete sou yon plak chofaj nan yon sèten tanperati.Tanperati a nan plak chofaj la te fikse nan 21 ak 250 ° C.Nan tout eksperyans, yo te itilize yon jè transverse lè konprese an konbinezon ak yon aparèy echapman pou anpeche depo pousyè sou optik yo.Yon sistèm etap x,y mete kanpe pou pozisyon echantiyon an pandan estrikti.
Vitès la nan sistèm nan etap pwezante te varye soti nan 66 a 200 mm / s pou jwenn yon sipèpoze ant pulsasyon nan 99.0 a 99.67 \(\%\) respektivman.Nan tout ka yo, yo te fikse to repetisyon an nan 200 kHz, ak pouvwa an mwayèn te 4 W, ki te bay yon enèji pou chak batman kè 20 μJ.Dyamèt gwo bout bwa yo itilize nan eksperyans DLIP la se apeprè 100 µm, ak dansite enèji pik lazè ki kapab lakòz se 0.5 J/cm\(^{2}\).Enèji total lage pou chak inite zòn se pik kimilatif fluans ki koresponn ak 50 J/cm\(^2\) pou \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm \(^2\) pou \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) ak 150 J/cm\(^2\) pou \(o_{ \mathrm {p} }\ ) = 99.67 \(\%\).Sèvi ak plak \(\lambda\)/2 pou chanje polarizasyon reyon lazè a.Pou chak seri paramèt yo itilize, yon zòn apeprè 35 × 5 mm \(^{2}\) se tèkstur sou echantiyon an.Tout eksperyans estriktire yo te fèt nan kondisyon anbyen pou asire aplikasyon endistriyèl.
Mòfoloji echantiyon yo te egzamine lè l sèvi avèk yon mikwoskòp konfokal ak yon agrandisman 50x ak yon rezolisyon optik ak vètikal nan 170 nm ak 3 nm, respektivman.Lè sa a, yo te evalye done topografik yo kolekte lè l sèvi avèk lojisyèl analiz sifas yo.Ekstrè pwofil soti nan done tèren dapre ISO 1661051.
Echantiyon yo te karakterize tou lè l sèvi avèk yon mikwoskòp elektwon nan yon vòltaj akselere nan 6.0 kV.Konpozisyon chimik sifas echantiyon yo te evalye lè l sèvi avèk yon atachman espektroskopi radyografi (EDS) enèji-dispersive nan yon vòltaj akselere 15 kV.Anplis de sa, yo te itilize yon mikwoskòp optik ak yon objektif 50x pou detèmine mòfoloji granulaire nan mikrostruktur echantiyon yo. Anvan sa, echantiyon yo te grave nan yon tanperati konstan de 50 \(^\circ\)C pou senk minit nan yon tach asye pur ak asid idroklorik ak konsantrasyon asid nitrique nan 15-20 \(\%\) ak 1\( -<\)5 \(\%\), respektivman. Anvan sa, echantiyon yo te grave nan yon tanperati konstan de 50 \(^\circ\)C pou senk minit nan yon tach asye pur ak asid idroklorik ak konsantrasyon asid nitrique nan 15-20 \(\%\) ak 1\( -<\)5 \(\%\), respektivman. Перед этим образцы травили при постоянной температуре 50 \(^\circ\)С в течение пяти минут вестоянной векратуре стали соляной и азотной кислотами концентрацией 15-20 \(\%\) и 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. Anvan sa, echantiyon yo te grave nan yon tanperati konstan nan 50 \(^\circ\)C pou senk minit nan penti asye pur ak asid idroklorik ak asid nitrique ak yon konsantrasyon 15-20 \(\%\) ak 1\( -<\)5 \( \%\) respektivman.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C 的恒温蚀刻五分钟，盐酸咦，盐酸咦\\(2) 盐酸咦%2和1\( -<\)5 \ (\%\)，分别。在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\)，分别。Anvan sa, echantiyon yo te marinated pou senk minit nan yon tanperati konstan de 50 \(^\circ\)C nan yon solisyon tach pou asye pur ak yon konsantrasyon nan asid idroklorik ak nitrique 15-20 \(\%\) ak 1. \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) respektivman.
Dyagram chema konfigirasyon eksperimantal yon konfigirasyon DLIP de gwo bout bwa, ki gen ladan (1) yon reyon lazè, (2) yon plak \(\lambda\)/2, (3) yon tèt DLIP ak yon sèten konfigirasyon optik, (4). ) yon plak cho, (5) yon kwa-likid, (6) etap pwezante x,y ak (7) espesimèn asye pur.De travès sipèpoze, makonnen an wouj sou bò gòch la, kreye estrikti lineyè sou echantiyon an nan ang \(2\theta\) (ki gen ladan tou de s- ak p-polarizasyon).
Ansanm done yo itilize ak/oswa analize nan etid aktyèl la disponib nan men otè respektif yo sou demann rezonab.
Lè poste: Jan-07-2023