Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Ուղղակի լազերային միջամտությունը (DLIP)՝ զուգակցված լազերային ազդեցությամբ առաջացած պարբերական մակերեսային կառուցվածքի (LIPSS) հետ, թույլ է տալիս ստեղծել տարբեր նյութերի ֆունկցիոնալ մակերեսներ:Գործընթացի թողունակությունը սովորաբար ավելանում է՝ օգտագործելով ավելի բարձր միջին լազերային հզորություն:Այնուամենայնիվ, դա հանգեցնում է ջերմության կուտակմանը, որն ազդում է ստացված մակերեսի ձևի կոշտության և ձևի վրա:Ուստի անհրաժեշտ է մանրամասն ուսումնասիրել ենթաշերտի ջերմաստիճանի ազդեցությունը պատրաստված տարրերի մորֆոլոգիայի վրա։Այս ուսումնասիրության մեջ պողպատե մակերեսը գծային նախշավոր էր ps-DLIP-ով 532 նմ-ով:Ստացված տեղագրության վրա ենթաշերտի ջերմաստիճանի ազդեցությունը ուսումնասիրելու համար ջերմաստիճանը վերահսկելու համար օգտագործվել է տաքացնող ափսե:Մինչեւ 250 \(^{\circ }\)С տաքացումը հանգեցրեց ձևավորված կառույցների խորության զգալի նվազմանը 2,33-ից մինչև 1,06 մկմ։Նվազումը կապված է LIPSS-ի տարբեր տեսակների առաջացման հետ՝ կախված ենթաշերտի հատիկների կողմնորոշումից և լազերային մակերևույթի օքսիդացումից:Այս ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս ենթաշերտի ջերմաստիճանի ուժեղ ազդեցությունը, որը նույնպես ակնկալվում է, երբ մակերեսային մշակումը կատարվում է բարձր միջին լազերային հզորությամբ՝ ջերմության կուտակման էֆեկտներ ստեղծելու համար:
Մակերեւութային մշակման մեթոդները, որոնք հիմնված են գերկարճ իմպուլսային լազերային ճառագայթման վրա, գիտության և արդյունաբերության առաջնագծում են՝ շնորհիվ կարևորագույն համապատասխան նյութերի մակերևութային հատկությունները բարելավելու ունակության1:Մասնավորապես, լազերային ազդեցությամբ հատուկ մակերևույթի ֆունկցիոնալությունը ժամանակակից է արդյունաբերական ոլորտների և կիրառական սցենարների լայն շրջանակում1,2,3:Օրինակ, Vercillo et al.Հակասառցակալման հատկությունները ցուցադրվել են տիտանային համաձուլվածքների վրա օդատիեզերական կիրառությունների համար՝ հիմնված լազերային գերհիդրոֆոբության վրա:Epperlein-ը և այլոք զեկուցել են, որ լազերային մակերևույթի կառուցվածքի արդյունքում առաջացած նանո չափերի առանձնահատկությունները կարող են ազդել պողպատե նմուշների վրա կենսաֆիլմի աճի կամ արգելակման վրա5:Բացի այդ, Guai et al.բարելավեց նաև օրգանական արևային բջիջների օպտիկական հատկությունները:6 Այսպիսով, լազերային կառուցվածքը թույլ է տալիս արտադրել բարձր լուծաչափ կառուցվածքային տարրեր՝ մակերեսային նյութի վերահսկվող աբլյացիայի միջոցով1:
Նման պարբերական մակերեսային կառուցվածքներ ստեղծելու համար լազերային կառուցվածքի հարմար տեխնիկան ուղղակի լազերային միջամտության ձևավորումն է (DLIP):DLIP-ը հիմնված է երկու կամ ավելի լազերային ճառագայթների մերձմակերևութային միջամտության վրա՝ միկրոմետրերի և նանոմետրերի տիրույթի բնութագրերով նախշավոր մակերեսներ ձևավորելու համար:Կախված լազերային ճառագայթների քանակից և բևեռացումից, DLIP-ը կարող է նախագծել և ստեղծել մակերևույթի տեղագրական կառուցվածքների լայն տեսականի:Խոստումնալից մոտեցում է DLIP կառուցվածքների համատեղումը լազերային ազդեցությամբ առաջացած պարբերական մակերեսային կառուցվածքների հետ (LIPSS)՝ բարդ կառուցվածքային հիերարխիայով մակերևութային տեղագրություն ստեղծելու համար8,9,10,11,12:Բնության մեջ ցույց է տրվել, որ այս հիերարխիաներն ապահովում են նույնիսկ ավելի լավ կատարողականություն, քան միամասշտաբ մոդելները13:
LIPSS ֆունկցիան ենթարկվում է ինքնաուժեղացման գործընթացի (դրական արձագանք), որը հիմնված է ճառագայթման ինտենսիվության բաշխման մերձմակերևութային մոդուլյացիայի աճի վրա:Սա պայմանավորված է նանոկոշտության աճով, քանի որ կիրառվող լազերային իմպուլսների թիվն ավելանում է 14, 15, 16: Մոդուլյացիան տեղի է ունենում հիմնականում արտանետվող ալիքի միջամտության պատճառով բեկված և բեկված 15,17,18,19,20,21 էլեկտրամագնիսական դաշտի հետ: ցրված ալիքային բաղադրիչներ կամ մակերեսային պլազմոններ։LIPSS-ի ձևավորման վրա ազդում է նաև իմպուլսների ժամանակացույցը22,23:Մասնավորապես, ավելի բարձր միջին լազերային հզորություններն անփոխարինելի են բարձր արտադրողականությամբ մակերևութային մշակումների համար:Սա սովորաբար պահանջում է կրկնության բարձր տեմպերի օգտագործում, այսինքն՝ ՄՀց միջակայքում:Հետևաբար, լազերային իմպուլսների միջև ժամանակային հեռավորությունն ավելի կարճ է, ինչը հանգեցնում է ջերմության կուտակման էֆեկտների 23, 24, 25, 26: Այս էֆեկտը հանգեցնում է մակերևույթի ջերմաստիճանի ընդհանուր աճի, ինչը կարող է էապես ազդել լազերային աբլյացիայի ժամանակ ձևավորման մեխանիզմի վրա:
Նախորդ աշխատության մեջ Ռուդենկոն և այլք.and Tzibidis et al.Քննարկվում է կոնվեկտիվ կառուցվածքների ձևավորման մեխանիզմը, որը պետք է ավելի ու ավելի կարևոր դառնա ջերմության կուտակման աճի հետ մեկտեղ19,27:Բացի այդ, Bauer et al.Կապակցել ջերմության կուտակման կրիտիկական քանակությունը միկրոն մակերեսային կառուցվածքների հետ:Չնայած ջերմային ազդեցությամբ կառուցվածքի ձևավորման գործընթացին, ընդհանուր առմամբ ենթադրվում է, որ գործընթացի արտադրողականությունը կարող է բարելավվել պարզապես կրկնության արագությունը մեծացնելու միջոցով28:Թեեւ դա, իր հերթին, հնարավոր չէ հասնել առանց ջերմության պահպանման զգալի աճի:Հետևաբար, գործընթացի ռազմավարությունները, որոնք ապահովում են բազմամակարդակ տոպոլոգիա, չեն կարող շարժական լինել ավելի բարձր կրկնության արագության համար՝ առանց գործընթացի կինետիկան և կառուցվածքի ձևավորումը փոխելու9,12:Այս առումով շատ կարևոր է ուսումնասիրել, թե ինչպես է ենթաշերտի ջերմաստիճանը ազդում DLIP-ի ձևավորման գործընթացի վրա, հատկապես, երբ մակերևույթի շերտավոր նախշեր են պատրաստում LIPSS-ի միաժամանակ առաջացման պատճառով:
Այս հետազոտության նպատակն էր գնահատել ենթաշերտի ջերմաստիճանի ազդեցությունը ստացված մակերևույթի տեղագրության վրա չժանգոտվող պողպատի DLIP մշակման ժամանակ՝ օգտագործելով ps իմպուլսներ:Լազերային մշակման ընթացքում նմուշի ենթաշերտի ջերմաստիճանը տաքացնող ափսեի միջոցով հասցվել է մինչև 250 \(^\circ\)C:Ստացված մակերևութային կառուցվածքները բնութագրվել են կոնֆոկալ մանրադիտակի, սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի և էներգիա-ցրող ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի միջոցով:
Փորձերի առաջին շարքում պողպատե ենթաշերտը մշակվել է՝ օգտագործելով երկփնջի DLIP կոնֆիգուրացիա՝ 4,5 մկմ տարածական շրջանով և ենթաշերտի ջերմաստիճանը \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ): }\)C, այսուհետ՝ «չտաքացվող» մակերես:Այս դեպքում իմպուլսի համընկնումը \(o_{\mathrm {p}}\) երկու իմպուլսների միջև եղած հեռավորությունն է՝ կախված կետի չափից:Այն տատանվում է 99.0%-ից (100 իմպուլս մեկ դիրքում) մինչև 99.67% (300 զարկերակ մեկ դիրքում):Բոլոր դեպքերում օգտագործվել է էներգիայի գագաթնակետային խտություն \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0,5 Ջ/սմ\(^2\) (Գաուսի համարժեքի համար առանց միջամտության) և կրկնվող հաճախականություն f = 200 կՀց:Լազերային ճառագայթի բևեռացման ուղղությունը զուգահեռ է դիրքավորման աղյուսակի շարժմանը (նկ. 1ա)), որը զուգահեռ է գծային երկրաչափության ուղղությանը, որը ստեղծվել է երկու ճառագայթային միջամտության օրինակով։Ստացված կառուցվածքների ներկայացուցչական պատկերները՝ օգտագործելով սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ (SEM) ցուցադրված են Նկ.1ա–գ.SEM պատկերների վերլուծությունը տեղագրության առումով աջակցելու համար գնահատվող կառույցների վրա իրականացվել են Ֆուրիեի փոխակերպումներ (FFTs, ցուցադրված մուգ ներդիրներով):Բոլոր դեպքերում, ստացված DLIP երկրաչափությունը տեսանելի էր 4,5 մկմ տարածական շրջանով:
\(o_{\mathrm {p}}\) դեպքի համար = 99.0% Նկարի ավելի մուգ հատվածում:1ա, որը համապատասխանում է միջամտության առավելագույն դիրքին, կարելի է դիտարկել ավելի փոքր զուգահեռ կառույցներ պարունակող ակոսներ:Նրանք հերթափոխվում են ավելի պայծառ շերտերով, որոնք ծածկված են նանոմասնիկների նման տեղագրությամբ:Քանի որ ակոսների միջև զուգահեռ կառուցվածքը կարծես ուղղահայաց է լազերային ճառագայթի բևեռացմանը և ունի \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) նմ պարբերություն, թեթևակի: Լազերի \(\lambda\) ալիքի երկարությունից պակաս (532 նմ) կարելի է անվանել LIPSS ցածր տարածական հաճախականությամբ (LSFL-I)15,18։LSFL-I-ն արտադրում է այսպես կոչված s-տիպի ազդանշան FFT-ում, «s» ցրում15,20:Հետևաբար, ազդանշանը ուղղահայաց է ուժեղ կենտրոնական ուղղահայաց տարրին, որն իր հերթին առաջանում է DLIP կառուցվածքի կողմից (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\մոտ\) 4,5 մկմ):FFT պատկերում DLIP օրինաչափության գծային կառուցվածքով առաջացած ազդանշանը կոչվում է «DLIP-տիպ»:
DLIP-ի միջոցով ստեղծված մակերևութային կառույցների SEM պատկերներ:Էներգիայի գագաթնակետային խտությունը \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0,5 Ջ/սմ\(^2\) է (առանց աղմուկի Գաուսի համարժեքի համար) և կրկնության արագությունը f = 200 կՀց:Պատկերները ցույց են տալիս նմուշի ջերմաստիճանը, բևեռացումը և ծածկույթը:Տեղայնացման փուլի շարժումը նշվում է սև սլաքով (ա):Սև ներդիրը ցույց է տալիս համապատասխան FFT-ը, որը ստացվել է 37,25\(\times\)37,25 մկմ SEM պատկերից (ցուցադրված է մինչև ալիքի վեկտորը դառնա \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200 նմ):Գործընթացի պարամետրերը նշված են յուրաքանչյուր նկարում:
Նկար 1-ին ավելի մանրամասն նայելով՝ կարող եք տեսնել, որ երբ \(o_{\mathrm {p}}\) համընկնումը մեծանում է, սիգմոիդ ազդանշանն ավելի կենտրոնացած է դեպի FFT-ի x առանցքը:Մնացած LSFL-I-ը հակված է ավելի զուգահեռ լինել:Բացի այդ, s-տիպի ազդանշանի հարաբերական ինտենսիվությունը նվազել է, իսկ DLIP տիպի ազդանշանի ինտենսիվությունը աճել է:Դա պայմանավորված է ավելի ընդգծված խրամատներով, որոնք ավելի շատ համընկնում են:Բացի այդ, x առանցքի ազդանշանը s տիպի և կենտրոնի միջև պետք է գա նույն կողմնորոշմամբ, ինչ LSFL-I-ը, բայց ավելի երկար ժամանակով (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\մոտ \ ) 1,4 ± 0,2 մկմ), ինչպես ցույց է տրված Նկար 1գ-ում):Ուստի ենթադրվում է, որ դրանց առաջացումը խրամատի կենտրոնում փոսերի նախշ է։Նոր հատկանիշը հայտնվում է նաև օրդինատի բարձր հաճախականության տիրույթում (մեծ ալիքային քանակ):Ազդանշանը գալիս է խրամուղու լանջերին զուգահեռ ալիքներից, ամենայն հավանականությամբ, լանջի վրա պատահականության և դեպի առաջ արտացոլվող լույսի միջամտության պատճառով9,14:Հետևյալում այս ալիքները նշանակվում են LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), իսկ դրանց ազդանշանները՝ ըստ -s \ (_ {\mathrm {p)) \):
Հաջորդ փորձի ժամանակ նմուշի ջերմաստիճանը, այսպես կոչված, «տաքացվող» մակերեսի տակ հասցվեց մինչև 250 °C:Կառուցվածքն իրականացվել է մշակման նույն ռազմավարության համաձայն, ինչ նախորդ բաժնում նշված փորձերը (նկ. 1a–1c):SEM պատկերները պատկերում են ստացված տեղագրությունը, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 1d–f-ում:Նմուշը մինչև 250 C տաքացնելը հանգեցնում է LSFL-ի տեսքի ավելացմանը, որի ուղղությունը զուգահեռ է լազերային բևեռացմանը:Այս կառույցները կարող են բնութագրվել որպես LSFL-II և ունեն 247 ± 35 նմ \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) տարածական շրջան:LSFL-II ազդանշանը չի ցուցադրվում FFT-ում բարձր ռեժիմի հաճախականության պատճառով:Երբ \(o_{\mathrm {p}}\)-ը 99.0-ից 99.67\(\%\) ավելացավ (նկ. 1d–e), պայծառ շերտի լայնությունը մեծացավ, ինչը հանգեցրեց DLIP ազդանշանի տեսքին: ավելի քան բարձր հաճախականությունների համար:ալիքային համարներ (ցածր հաճախականություններ) և այդպիսով տեղափոխվում են դեպի FFT կենտրոն:Նկար 1d-ի փոսերի շարքերը կարող են լինել այսպես կոչված ակոսների պրեկուրսորները, որոնք ձևավորվել են LSFL-I22,27-ին ուղղահայաց:Բացի այդ, LSFL-II, կարծես, դարձել է ավելի կարճ և անկանոն ձև:Նկատի ունեցեք նաև, որ նանոհատիկների մորֆոլոգիայով վառ շերտերի միջին չափն այս դեպքում ավելի փոքր է:Բացի այդ, պարզվեց, որ այս նանոմասնիկների չափերի բաշխումը ավելի քիչ է ցրվել (կամ հանգեցրել է մասնիկների ավելի քիչ կուտակման), քան առանց ջեռուցման:Որակապես դա կարելի է գնահատել՝ համեմատելով համապատասխանաբար 1a, d կամ b, e թվերը:
Քանի որ համընկնումը \(o_{\mathrm {p}}\) հետագայում ավելացավ մինչև 99,67% (նկ. 1f), աստիճանաբար առաջացավ հստակ տեղագրություն՝ ավելի ու ավելի ակնհայտ ակոսների պատճառով:Այնուամենայնիվ, այս ակոսները ավելի քիչ դասավորված և ավելի քիչ խորն են թվում, քան Նկ. 1c-ում:Ցածր հակադրություն պատկերի լույսի և մութ հատվածների միջև ցուցադրվում է որակով:Այս արդյունքները հետագայում ապահովվում են Նկար 1f-ում FFT օրդինատի ավելի թույլ և ավելի ցրված ազդանշանով՝ համեմատած c-ի FFT-ի հետ:Ավելի փոքր շերտեր նկատվեցին նաև տաքացման ժամանակ 1b և e նկարները համեմատելիս, ինչը հետագայում հաստատվեց համաֆոկալ մանրադիտակով:
Նախորդ փորձից բացի, լազերային ճառագայթի բևեռացումը պտտվել է 90 \(^{\circ}\-ով), ինչի արդյունքում բևեռացման ուղղությունը շարժվել է դիրքավորման հարթակին ուղղահայաց։Նկ.2a-c-ը ցույց է տալիս կառուցվածքի ձևավորման վաղ փուլերը, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% չտաքացվող (a), տաքացվող (b) և տաքացվող 90 \(^{\ circ }\ ) – Գործ. պտտվող բևեռացումով (գ):Կառուցվածքների նանոտոպոգրաֆիան պատկերացնելու համար գունավոր քառակուսիներով նշված տարածքները ներկայացված են Նկ.2d, ընդլայնված մասշտաբով:
DLIP-ի միջոցով ստեղծված մակերևութային կառույցների SEM պատկերներ:Գործընթացի պարամետրերը նույնն են, ինչ Նկար 1-ում:Պատկերը ցույց է տալիս նմուշի ջերմաստիճանը \(T_s\), բևեռացումը և իմպուլսի համընկնումը \(o_\mathrm {p}\):Սև ներդիրը կրկին ցույց է տալիս համապատասխան Ֆուրիեի փոխակերպումը:(d)-(i)-ի պատկերները (a)-(c)-ում նշված տարածքների խոշորացումներն են:
Այս դեպքում երևում է, որ Նկար 2b,c-ի ավելի մուգ հատվածների կառույցները բևեռացման զգայուն են և, հետևաբար, պիտակավորված են LSFL-II14, 20, 29, 30: Հատկանշական է, որ LSFL-I-ի կողմնորոշումը նույնպես պտտվում է ( Նկ. 2g, i), որը կարելի է տեսնել համապատասխան FFT-ում s-տիպի ազդանշանի կողմնորոշումից։LSFL-I շրջանի թողունակությունը ավելի մեծ է թվում b ժամանակահատվածի համեմատ, և դրա տիրույթը տեղափոխվում է դեպի ավելի փոքր ժամանակաշրջաններ Նկար 2c-ում, ինչպես ցույց է տրված ավելի տարածված s-տիպի ազդանշանով:Այսպիսով, LSFL-ի հետևյալ տարածական շրջանը կարելի է դիտել նմուշի վրա տարբեր տաքացման ջերմաստիճաններում. }\ )C (նկ. 2ա), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 նմ և \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II }} \) = 247 ± 35 նմ 250°C-ում (նկ. 2b) s բևեռացման համար:Ընդհակառակը, p-բևեռացման և 250 \(^{\circ }\)C տարածական ժամանակաշրջանը հավասար է \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\): ) nm և \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (նկ. 2c):
Հատկանշական է, որ արդյունքները ցույց են տալիս, որ պարզապես բարձրացնելով նմուշի ջերմաստիճանը, մակերեսի մորֆոլոգիան կարող է անցնել երկու ծայրահեղությունների միջև, ներառյալ (i) մակերեսը, որը պարունակում է միայն LSFL-I տարրեր և (ii) LSFL-II-ով ծածկված տարածքը:Քանի որ այս կոնկրետ տեսակի LIPSS-ի ձևավորումը մետաղական մակերեսների վրա կապված է մակերևութային օքսիդային շերտերի հետ, իրականացվել է էներգիայի ցրման ռենտգեն վերլուծություն (EDX):Աղյուսակ 1-ում ամփոփված են ստացված արդյունքները:Յուրաքանչյուր որոշում իրականացվում է մշակված նմուշի մակերեսի տարբեր վայրերում առնվազն չորս սպեկտրների միջին հաշվարկով:Չափումները կատարվում են նմուշի տարբեր ջերմաստիճաններում \(T_\mathrm{s}\) և նմուշի մակերեսի տարբեր դիրքերում, որոնք պարունակում են չկառուցված կամ կառուցվածքային տարածքներ:Չափումները պարունակում են նաև տեղեկատվություն ավելի խորը չօքսիդացված շերտերի մասին, որոնք գտնվում են անմիջապես մշակված հալած տարածքի տակ, բայց EDX վերլուծության էլեկտրոնի ներթափանցման խորության մեջ:Այնուամենայնիվ, հարկ է նշել, որ EDX-ը սահմանափակ է թթվածնի պարունակությունը քանակականացնելու իր ունակությամբ, ուստի այս արժեքներն այստեղ կարող են միայն որակական գնահատական տալ:
Նմուշների չմշակված մասերը չեն ցույց տվել թթվածնի զգալի քանակություն բոլոր աշխատանքային ջերմաստիճաններում:Լազերային բուժումից հետո թթվածնի մակարդակը բարձրացել է բոլոր դեպքերում31:Երկու չմշակված նմուշների միջև տարրական բաղադրության տարբերությունը եղել է այնպես, ինչպես սպասվում էր առևտրային պողպատի նմուշների համար, և ածխածնի զգալիորեն ավելի բարձր արժեքներ են հայտնաբերվել AISI 304 պողպատի արտադրողի տվյալների թերթիկի համեմատ՝ ածխաջրածնային աղտոտվածության պատճառով32:
Նախքան ակոսի աբլացիայի խորության նվազման և LSFL-I-ից LSFL-II-ի անցման հնարավոր պատճառները քննարկելը, օգտագործվում են հզորության սպեկտրալ խտության (PSD) և բարձրության պրոֆիլները:
(i) Մակերեւույթի քվազի-երկչափ նորմալացված հզորության սպեկտրային խտությունը (Q2D-PSD) ցուցադրված է որպես SEM պատկերներ 1-ին և 2-ում: 1 և 2: Քանի որ PSD-ը նորմալացված է, գումարային ազդանշանի նվազումը պետք է լինի. հասկացվում է որպես հաստատուն մասի ավելացում (k \(\le\) 0,7 մկմ\(^{-1}\), չցուցադրված), այսինքն՝ հարթություն։(ii) Մակերեւույթի միջին բարձրության համապատասխան պրոֆիլը:Նմուշի ջերմաստիճանը \(T_s\), համընկնումը \(o_{\mathrm {p}}\), և լազերային բևեռացումը E՝ համեմատած դիրքավորման հարթակի շարժման \(\vec {v}\) կողմնորոշման վրա, ցուցադրված են բոլոր սյուժեներում:
SEM պատկերների տպավորությունը քանակականացնելու համար միջին նորմալացված հզորության սպեկտր է ստեղծվել առնվազն երեք SEM պատկերից յուրաքանչյուր սահմանված պարամետրի համար՝ միջինացնելով բոլոր միաչափ (1D) հզորության սպեկտրալ խտությունները (PSD) x կամ y ուղղությամբ:Համապատասխան գրաֆիկը ներկայացված է Նկար 3i-ում, որը ցույց է տալիս ազդանշանի հաճախականության տեղաշարժը և դրա հարաբերական ներդրումը սպեկտրում:
Նկ.3ia, c, e, DLIP գագաթն աճում է \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4,5 մկմ)\(^{-1}\) = 1,4 մկմ \ ( ^{- 1}\) կամ համապատասխան ավելի բարձր ներդաշնակությունը, երբ համընկնումը մեծանում է \(o_{\mathrm {p))\):Հիմնարար ամպլիտուդի աճը կապված էր LRIB կառուցվածքի ավելի ուժեղ զարգացման հետ:Ավելի բարձր ներդաշնակության ամպլիտուդը մեծանում է լանջի կտրուկության հետ:Ուղղանկյուն ֆունկցիաների համար՝ որպես սահմանափակող դեպքեր, մոտարկումը պահանջում է հաճախականությունների ամենամեծ քանակությունը:Հետևաբար, PSD-ում 1,4 մկմ\(^{-1}\) գագաթնակետը և համապատասխան հարմոնիկները կարող են օգտագործվել որպես ակոսի ձևի որակի պարամետրեր:
Ընդհակառակը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3(i)b,d,f-ում, տաքացված նմուշի PSD-ն ցույց է տալիս ավելի թույլ և լայն գագաթներ՝ համապատասխան ներդաշնակություններում ավելի քիչ ազդանշանով:Բացի այդ, նկ.3(i)f-ը ցույց է տալիս, որ երկրորդ ներդաշնակ ազդանշանը նույնիսկ գերազանցում է հիմնարար ազդանշանը:Սա արտացոլում է տաքացված նմուշի ավելի անկանոն և ավելի քիչ արտահայտված DLIP կառուցվածքը (համեմատած \(T_s\) = 21\(^\circ\)C-ի հետ):Մեկ այլ առանձնահատկությունն այն է, որ երբ համընկնումը \(o_{\mathrm {p}}\) մեծանում է, արդյունքում ստացված LSFL-I ազդանշանը տեղափոխվում է դեպի ավելի փոքր ալիքային թիվը (ավելի երկար ժամանակահատված):Դա կարելի է բացատրել DLIP ռեժիմի եզրերի կտրուկ աճով և անկման անկյան հետ կապված տեղական աճով14,33:Հետևելով այս միտումին, LSFL-I ազդանշանի ընդլայնումը նույնպես կարող է բացատրվել:Բացի զառիթափ լանջերից, կան նաև հարթ տարածքներ DLIP կառուցվածքի գագաթների ներքևում և վերևում, ինչը թույլ է տալիս LSFL-I ժամանակաշրջանների ավելի լայն շրջանակ:Բարձր ներծծող նյութերի համար LSFL-I ժամանակաշրջանը սովորաբար գնահատվում է հետևյալ կերպ.
որտեղ \(\theta\) անկման անկյունն է, իսկ s և p ենթագրերը վերաբերում են տարբեր բևեռացումներին33:
Պետք է նշել, որ DLIP-ի տեղադրման անկման հարթությունը սովորաբար ուղղահայաց է դիրքավորման հարթակի շարժմանը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում (տես Նյութեր և մեթոդներ բաժինը):Ուստի s-բևեռացումը, որպես կանոն, զուգահեռ է բեմի շարժմանը, իսկ p-բևեռացումը՝ ուղղահայաց դրան։Ըստ հավասարման.(1), s-բևեռացման համար ակնկալվում է LSFL-I ազդանշանի տարածում և տեղաշարժ դեպի ավելի փոքր ալիքային թվեր:Սա պայմանավորված է \(\theta\)-ի և \(\theta \pm \delta \theta\) անկյունային միջակայքի աճով, երբ խրամուղիների խորությունը մեծանում է:Սա կարելի է տեսնել՝ համեմատելով LSFL-I գագաթները Նկ. 3ia,c,e:
Ըստ նկ.1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) տեսանելի է նաև համապատասխան PSD-ում՝ նկ.3ie.Նկ.3ig,h ցույց է տալիս PSD-ն p-բևեռացման համար:DLIP պիկերի տարբերությունն ավելի ցայտուն է տաքացվող և չջեռուցվող նմուշների միջև:Այս դեպքում LSFL-I-ի ազդանշանը համընկնում է DLIP գագաթնակետի ավելի բարձր ներդաշնակության հետ՝ ավելացնելով ազդանշանին լազինգային ալիքի երկարության մոտ:
Արդյունքներն ավելի մանրամասն քննարկելու համար Նկար 3ii-ում ցուցադրվում է տարբեր ջերմաստիճաններում DLIP գծային բարձրության բաշխման իմպուլսների կառուցվածքային խորությունը և համընկնումը:Մակերեւույթի ուղղահայաց բարձրության պրոֆիլը ստացվել է DLIP կառուցվածքի կենտրոնի շուրջ տասը անհատական ուղղահայաց բարձրության պրոֆիլների միջինացման միջոցով:Յուրաքանչյուր կիրառվող ջերմաստիճանի համար կառուցվածքի խորությունը մեծանում է զարկերակային համընկնման աճով:Տաքացվող նմուշի պրոֆիլը ցույց է տալիս ակոսներ՝ գագաթից գագաթ (pvp) միջին արժեքներով 0,87 մկմ՝ s-բևեռացման և 1,06 մկմ՝ p-բևեռացման համար:Ի հակադրություն, չջեռուցված նմուշի s-բևեռացումը և p-բևեռացումը ցույց են տալիս pvp-ը համապատասխանաբար 1,75 մկմ և 2,33 մկմ:Համապատասխան pvp-ն պատկերված է նկ.3ii.Յուրաքանչյուր PvP միջինը հաշվարկվում է միջինը ութ միայնակ PvP-ով:
Բացի այդ, նկ.3iig,h ցույց է տալիս p-բևեռացման բարձրության բաշխումը, որը ուղղահայաց է դիրքավորման համակարգին և ակոսի շարժմանը:P-բևեռացման ուղղությունը դրական ազդեցություն է ունենում ակոսի խորության վրա, քանի որ այն հանգեցնում է մի փոքր ավելի բարձր pvp-ի 2,33 մկմ-ի համեմատ, համեմատած s-բևեռացման 1,75 մկմ pvp-ի վրա:Սա իր հերթին համապատասխանում է դիրքավորման հարթակի համակարգի ակոսներին և շարժմանը:Այս էֆեկտը կարող է առաջանալ s-բևեռացման դեպքում ավելի փոքր կառուցվածքի պատճառով՝ համեմատած p-բևեռացման դեպքի հետ (տես Նկար 2f,h), որը կքննարկվի հաջորդ բաժնում:
Քննարկման նպատակն է բացատրել ակոսների խորության նվազումը հիմնական LIPS դասի (LSFL-I-ից LSFL-II) փոփոխության պատճառով տաքացված նմուշների դեպքում:Այսպիսով, պատասխանեք հետևյալ հարցերին.
Առաջին հարցին պատասխանելու համար անհրաժեշտ է դիտարկել աբլացիայի կրճատման համար պատասխանատու մեխանիզմները։Նորմալ հաճախականությամբ մեկ զարկերակի համար աբլացիայի խորությունը կարող է նկարագրվել հետևյալ կերպ.
որտեղ \(\դելտա _{\ mathrm {E}}\) էներգիայի ներթափանցման խորությունն է, \(\Phi\) և \(\Phi _{\mathrm {th}}\) կլանման հոսքն են և աբլացիոն հոսքը: շեմը, համապատասխանաբար34:
Մաթեմատիկորեն էներգիայի ներթափանցման խորությունը մուլտիպլիկատիվ ազդեցություն ունի աբլացիայի խորության վրա, մինչդեռ էներգիայի փոփոխությունը՝ լոգարիթմական էֆեկտ։Այսպիսով, սահուն փոփոխությունները չեն ազդում \(\Delta z\)-ի վրա այնքան ժամանակ, քանի դեռ \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\):Այնուամենայնիվ, ուժեղ օքսիդացումը (օրինակ՝ քրոմի օքսիդի ձևավորման շնորհիվ) հանգեցնում է ավելի ամուր Cr-O35 կապերի՝ համեմատած Cr-Cr կապերի հետ՝ դրանով իսկ մեծացնելով աբլյացիայի շեմը:Հետևաբար, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) այլևս բավարարված չէ, ինչը հանգեցնում է աբլացիայի խորության արագ նվազմանը էներգիայի հոսքի խտության նվազմամբ:Բացի այդ, հայտնի է հարաբերակցություն օքսիդացման վիճակի և LSFL-II ժամանակաշրջանի միջև, ինչը կարելի է բացատրել հենց նանոկառուցվածքի փոփոխություններով և մակերեսի օքսիդացումից առաջացած մակերեսի օպտիկական հատկություններով30,35:Հետևաբար, կլանման հոսքի \(\Phi\) մակերեսի ճշգրիտ բաշխումը պայմանավորված է կառուցվածքային շրջանի և օքսիդի շերտի հաստության փոխազդեցության բարդ դինամիկայով:Կախված ժամանակաշրջանից՝ նանոկառուցվածքը մեծ ազդեցություն է ունենում կլանված էներգիայի հոսքի բաշխման վրա՝ դաշտի կտրուկ աճի, մակերեսային պլազմոնների գրգռման, արտասովոր լույսի փոխանցման կամ ցրման պատճառով17,19,20,21:Հետևաբար, \(\Phi\) մակերեսի մոտ խիստ անհամասեռ է, և \(\delta _ {E}\) այլևս հնարավոր չէ կլանման մեկ գործակցի դեպքում \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt} } ^ { -1} \approx \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) ամբողջ մերձմակերևույթի ծավալի համար:Քանի որ օքսիդի թաղանթի հաստությունը մեծապես կախված է պնդացման ժամանակից [26], նոմենկլատուրային ազդեցությունը կախված է նմուշի ջերմաստիճանից։Լրացուցիչ նյութի Նկար S1-ում ներկայացված օպտիկական միկրոգրաֆիկները ցույց են տալիս օպտիկական հատկությունների փոփոխությունները:
Այս էֆեկտները մասամբ բացատրում են խրամուղու ավելի փոքր խորությունը 1d,e և 2b,c և 3(ii)b,d,f նկարներում ներկայացված փոքր մակերեսային կառույցների դեպքում:
Հայտնի է, որ LSFL-II ձևավորվում է կիսահաղորդիչների, դիէլեկտրիկների և օքսիդացման հակված նյութերի վրա14,29,30,36,37:Վերջին դեպքում հատկապես կարևոր է մակերեսային օքսիդային շերտի հաստությունը30:Իրականացված EDX վերլուծությունը պարզել է կառուցվածքային մակերեսի վրա մակերեսային օքսիդների առաջացում:Այսպիսով, չջեռուցվող նմուշների դեպքում շրջակա միջավայրի թթվածինը, կարծես, նպաստում է գազային մասնիկների մասնակի ձևավորմանը և մասամբ մակերեսային օքսիդների առաջացմանը:Երկու երևույթներն էլ զգալի ներդրում ունեն այս գործընթացում։Ընդհակառակը, տաքացված նմուշների համար տարբեր օքսիդացման վիճակների մետաղների օքսիդներ (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO և այլն) հստակ են 38 կողմ:Պահանջվող օքսիդային շերտից բացի, ենթաալիքի երկարության կոշտության, հիմնականում բարձր տարածական հաճախականության LIPSS-ի (HSFL) առկայությունը անհրաժեշտ է ենթաալիքի երկարության (d-տիպի) ինտենսիվության պահանջվող ռեժիմների ձևավորման համար14,30:LSFL-II ինտենսիվության վերջնական ռեժիմը HSFL ամպլիտուդի և օքսիդի հաստության ֆունկցիան է:Այս ռեժիմի պատճառը HSFL-ով ցրված լույսի և նյութի մեջ բեկված լույսի և մակերեսի դիէլեկտրիկ նյութի ներսում տարածվող լույսի հեռավոր դաշտային միջամտությունն է20,29,30:Լրացուցիչ նյութեր բաժնում Նկար S2-ի մակերևույթի եզրագծի SEM պատկերները վկայում են նախկինում գոյություն ունեցող HSFL-ի մասին:Այս արտաքին շրջանը թույլ է ազդում ինտենսիվության բաշխման ծայրամասից, ինչը թույլ է տալիս ձևավորել HSFL:Ինտենսիվության բաշխման համաչափության պատճառով այս ազդեցությունը տեղի է ունենում նաև սկանավորման ուղղությամբ:
Նմուշի ջեռուցումն ազդում է LSFL-II ձևավորման գործընթացի վրա մի քանի ձևով:Մի կողմից, նմուշի ջերմաստիճանի \(T_\mathrm{s}\) բարձրացումը շատ ավելի մեծ ազդեցություն ունի պնդացման և սառեցման արագության վրա, քան հալած շերտի հաստությունը26:Այսպիսով, տաքացված նմուշի հեղուկ միջերեսը ավելի երկար ժամանակով ենթարկվում է շրջակա միջավայրի թթվածնի ազդեցությանը:Բացի այդ, հետաձգված պնդացումը թույլ է տալիս զարգացնել բարդ կոնվեկտիվ պրոցեսներ, որոնք մեծացնում են թթվածնի և օքսիդների խառնումը հեղուկ պողպատի հետ26:Դա կարելի է ցույց տալ՝ համեմատելով միայն դիֆուզիայի միջոցով ձևավորված օքսիդի շերտի հաստությունը (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) նմ) Համապատասխան կոագուլյացիայի ժամանակը \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns է, իսկ դիֆուզիայի գործակիցը \(D~\le\) 10\(^{-5}\) սմ\(^ 2 \ )/ վ) Զգալիորեն ավելի մեծ հաստություն է նկատվել կամ պահանջվել է LSFL-II ձևավորման մեջ30:Մյուս կողմից, ջեռուցումն ազդում է նաև HSFL-ի ձևավորման և, հետևաբար, ցրման առարկաների վրա, որոնք անհրաժեշտ են LSFL-II d-տիպի ինտենսիվության ռեժիմին անցնելու համար:Մակերեւույթի տակ թակարդված նանոիդների բացահայտումը հուշում է նրանց մասնակցությունը HSFL39-ի առաջացմանը:Այս թերությունները կարող են ներկայացնել HSFL-ի էլեկտրամագնիսական ծագումը` պայմանավորված բարձր հաճախականության պարբերական ինտենսիվության պահանջվող օրինաչափություններով14,17,19,29:Բացի այդ, այս գեներացվող ինտենսիվության ռեժիմները ավելի միատեսակ են մեծ թվով նանովիդների հետ19:Այսպիսով, HSFL-ի հաճախականության աճի պատճառը կարելի է բացատրել բյուրեղային արատների դինամիկայի փոփոխությամբ, քանի որ \(T_\mathrm{s}\) մեծանում է:
Վերջերս ցույց է տրվել, որ սիլիցիումի սառեցման արագությունը առանցքային պարամետր է ներքին ինտերստիցիալ գերհագեցման և, հետևաբար, տեղահանումների ձևավորման հետ կապված կետային թերությունների կուտակման համար40,41:Մաքուր մետաղների մոլեկուլային դինամիկայի սիմուլյացիաները ցույց են տվել, որ թափուր տեղերը գերհագեցվում են արագ վերաբյուրեղացման ժամանակ, և, հետևաբար, մետաղներում թափուր տեղերի կուտակումն ընթանում է նույն ձևով42,43,44:Բացի այդ, արծաթի վերջին փորձարարական ուսումնասիրությունները կենտրոնացել են կետային արատների կուտակման պատճառով դատարկությունների և կլաստերների առաջացման մեխանիզմի վրա45:Հետևաբար, նմուշի \(T_\mathrm {s}\) ջերմաստիճանի բարձրացումը և, հետևաբար, սառեցման արագության նվազումը կարող է ազդել դատարկությունների ձևավորման վրա, որոնք հանդիսանում են HSFL-ի միջուկները:
Եթե թափուր աշխատատեղերը խոռոչների և, հետևաբար, HSFL-ի անհրաժեշտ նախադրյալներն են, ապա նմուշի ջերմաստիճանը \(T_s\) պետք է ունենա երկու ազդեցություն:Մի կողմից, \(T_s\) ազդում է վերաբյուրեղացման արագության վրա և, հետևաբար, աճեցված բյուրեղում կետային թերությունների (թափուր կոնցենտրացիան) վրա:Մյուս կողմից, այն նաև ազդում է պնդացումից հետո սառեցման արագության վրա՝ դրանով իսկ ազդելով բյուրեղում 40,41 կետային թերությունների տարածման վրա:Բացի այդ, պնդացման արագությունը կախված է բյուրեղագրական կողմնորոշումից և, հետևաբար, խիստ անիզոտրոպ է, ինչպես նաև կետային արատների դիֆուզիան42,43:Այս նախադրյալի համաձայն՝ նյութի անիզոտրոպ արձագանքման շնորհիվ լույսի և նյութի փոխազդեցությունը դառնում է անիզոտրոպ, որն իր հերթին ուժեղացնում է էներգիայի այս դետերմինիստական պարբերական արտազատումը։Բազմաբյուրեղային նյութերի համար այս վարքագիծը կարող է սահմանափակվել մեկ հատիկի չափով:Փաստորեն, LIPSS-ի ձևավորումը ցուցադրվել է կախված հացահատիկի կողմնորոշումից46,47:Հետևաբար, նմուշի ջերմաստիճանի \(T_s\) ազդեցությունը բյուրեղացման արագության վրա կարող է այնքան ուժեղ չլինել, որքան հատիկի կողմնորոշման ազդեցությունը:Այսպիսով, տարբեր հատիկների բյուրեղագրական տարբեր կողմնորոշումը պոտենցիալ բացատրություն է տալիս դատարկությունների ավելացման և համապատասխանաբար HSFL կամ LSFL-II-ի ագրեգացման համար:
Այս վարկածի նախնական ցուցումները պարզաբանելու համար հում նմուշները փորագրվեցին՝ մակերեսին մոտ հացահատիկի ձևավորումը հայտնաբերելու համար:Հացահատիկների համեմատությունը նկ.S3-ը ներկայացված է լրացուցիչ նյութում:Բացի այդ, LSFL-I-ը և LSFL-II-ը խմբերով հայտնվեցին տաքացված նմուշների վրա:Այս կլաստերների չափերն ու երկրաչափությունը համապատասխանում են հատիկի չափին։
Ավելին, HSFL-ը հանդիպում է միայն նեղ միջակայքում ցածր հոսքի խտության դեպքում՝ իր կոնվեկտիվ ծագման պատճառով19,29,48:Հետևաբար, փորձերում դա հավանաբար տեղի է ունենում միայն ճառագայթի պրոֆիլի ծայրամասում:Հետևաբար, HSFL-ը ձևավորվել է չօքսիդացված կամ թույլ օքսիդացված մակերեսների վրա, ինչը ակնհայտ է դարձել մշակված և չմշակված նմուշների օքսիդի ֆրակցիաները համեմատելիս (տես աղյուսակի reftab. օրինակ):Սա հաստատում է այն ենթադրությունը, որ օքսիդի շերտը հիմնականում առաջանում է լազերի կողմից:
Հաշվի առնելով, որ LIPSS-ի ձևավորումը սովորաբար կախված է իմպուլսների քանակից՝ միջզարկերակային հետադարձ կապի պատճառով, HSFL-ները կարող են փոխարինվել ավելի մեծ կառուցվածքներով, քանի որ իմպուլսների համընկնումը մեծանում է19:Պակաս կանոնավոր HSFL-ը հանգեցնում է ավելի քիչ կանոնավոր ինտենսիվության օրինաչափության (d-mode), որն անհրաժեշտ է LSFL-II-ի ձևավորման համար:Հետևաբար, երբ \(o_\mathrm {p}\)-ի համընկնումը մեծանում է (տես նկ. 1-ից de), LSFL-II-ի օրինաչափությունը նվազում է:
Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է ենթաշերտի ջերմաստիճանի ազդեցությունը լազերային կառուցվածքով DLIP մշակված չժանգոտվող պողպատի մակերեսի մորֆոլոգիայի վրա:Պարզվել է, որ ենթաշերտի տաքացումը 21-ից մինչև 250°C հանգեցնում է աբլացիայի խորության նվազմանը 1,75-ից մինչև 0,87 մկմ s-բևեռացման և 2,33-ից մինչև 1,06 մկմ p-բևեռացման դեպքում:Այս նվազումը պայմանավորված է LIPSS տիպի LSFL-I-ից LSFL-II-ի փոփոխությամբ, որը կապված է լազերային առաջացրած մակերեսային օքսիդի շերտի հետ ավելի բարձր նմուշի ջերմաստիճանում:Բացի այդ, LSFL-II-ը կարող է մեծացնել շեմային հոսքը օքսիդացման ավելացման պատճառով:Ենթադրվում է, որ բարձր իմպուլսային համընկնմամբ, էներգիայի միջին խտությամբ և միջին կրկնության արագությամբ այս տեխնոլոգիական համակարգում LSFL-II-ի առաջացումը որոշվում է նաև նմուշի տաքացման հետևանքով առաջացած տեղահանման դինամիկայի փոփոխությամբ:Ենթադրվում է, որ LSFL-II-ի ագրեգացումը պայմանավորված է հացահատիկի կողմնորոշումից կախված նանոոիդ ձևավորմամբ, ինչը հանգեցնում է HSFL-ի՝ որպես LSFL-II-ի նախադրյալի:Բացի այդ, ուսումնասիրվում է բևեռացման ուղղության ազդեցությունը կառուցվածքային ժամանակաշրջանի և կառուցվածքային շրջանի թողունակության վրա։Պարզվում է, որ p-բևեռացումն ավելի արդյունավետ է DLIP գործընթացի համար՝ աբլյացիայի խորության առումով:Ընդհանուր առմամբ, այս ուսումնասիրությունը բացահայտում է գործընթացի պարամետրերի մի շարք՝ DLIP աբլյացիայի խորությունը վերահսկելու և օպտիմալացնելու համար՝ հարմարեցված մակերեսային նախշեր ստեղծելու համար:Ի վերջո, LSFL-I-ից LSFL-II-ի անցումը ամբողջովին ջերմային է, և ակնկալվում է կրկնության արագության փոքր աճ՝ մշտական զարկերակային համընկնմամբ՝ ջերմության ավելացման պատճառով24:Այս բոլոր ասպեկտները վերաբերում են DLIP գործընթացի ընդլայնման առաջիկա մարտահրավերին, օրինակ՝ բազմանկյուն սկանավորման համակարգերի օգտագործման միջոցով49:Ջերմության կուտակումը նվազագույնի հասցնելու համար կարելի է հետևել հետևյալ ռազմավարությանը. հնարավորինս բարձր պահել բազմանկյուն սկաների սկանավորման արագությունը՝ օգտվելով լազերային կետի ավելի մեծ չափից, ուղղահայաց դեպի սկանավորման ուղղությունը և օգտագործելով օպտիմալ աբլացիա:fluence 28. Բացի այդ, այս գաղափարները թույլ են տալիս ստեղծել բարդ հիերարխիկ տեղագրություն՝ DLIP-ի միջոցով մակերեսի առաջադեմ ֆունկցիոնալացման համար:
Այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործվել են 0,8 մմ հաստությամբ էլեկտրոփղկված չժանգոտվող պողպատից թիթեղներ (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304):Մակերեւույթից ցանկացած աղտոտիչ հեռացնելու համար նմուշները լազերային մշակումից առաջ զգուշորեն լվացվել են էթանոլով (էթանոլի բացարձակ կոնցենտրացիան \(\ge\) 99,9%):
DLIP-ի կարգավորումը ներկայացված է Նկար 4-ում: Նմուշները կառուցվել են DLIP համակարգի միջոցով, որը հագեցած է 12 վրկ գերկարճ իմպուլսային լազերային աղբյուրով՝ 532 նմ ալիքի երկարությամբ և 50 ՄՀց առավելագույն կրկնման արագությամբ:Փնջի էներգիայի տարածական բաշխումը գաուսյան է։Հատուկ նախագծված օպտիկան ապահովում է կրկնակի ճառագայթային ինտերֆերոմետրիկ կոնֆիգուրացիա՝ նմուշի վրա գծային կառուցվածքներ ստեղծելու համար:100 մմ կիզակետային երկարությամբ ոսպնյակը մակերեսի վրա 6,8\(^\circ\) ֆիքսված անկյան տակ ներդնում է երկու լրացուցիչ լազերային ճառագայթներ, ինչը տալիս է մոտ 4,5 մկմ տարածական շրջան:Փորձարարական կարգավորումների մասին լրացուցիչ տեղեկություններ կարելի է գտնել այլուր50:
Նախքան լազերային մշակումը, նմուշը տեղադրվում է ջեռուցման ափսեի վրա որոշակի ջերմաստիճանում:Ջեռուցման ափսեի ջերմաստիճանը սահմանվել է 21 և 250°C:Բոլոր փորձերում սեղմված օդի լայնակի շիթն օգտագործվել է արտանետվող սարքի հետ համատեղ՝ օպտիկայի վրա փոշու կուտակումը կանխելու համար:Ստեղծվում է x,y փուլային համակարգ՝ նմուշը կառուցվածքավորման ընթացքում տեղադրելու համար:
Դիրքորոշման փուլային համակարգի արագությունը տատանվում էր 66-ից 200 մմ/վրկ՝ համապատասխանաբար 99,0-ից մինչև 99,67 \(\%\) իմպուլսների միջև համընկնումը ստանալու համար:Բոլոր դեպքերում կրկնության արագությունը ֆիքսված էր 200 կՀց-ի վրա, իսկ միջին հզորությունը 4 Վտ էր, ինչը մեկ իմպուլսի էներգիա էր տալիս 20 մկՋ։DLIP-ի փորձարկումներում օգտագործվող ճառագայթի տրամագիծը մոտ 100 մկմ է, և արդյունքում լազերային էներգիայի առավելագույն խտությունը 0,5 Ջ/սմ\(^{2}\):Մեկ միավորի մակերեսով թողարկվող ընդհանուր էներգիան գագաթնակետային կուտակային հոսքն է, որը համապատասխանում է 50 Ջ/սմ\(^2\) \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm-ի համար: \(^2\) \(o_{\mathrm {p))\)=99,5 \(\%\) և 150 J/cm\(^2\) \(o_{ \mathrm {p} }\) համար ) = 99,67 \(\%\):Լազերային ճառագայթի բևեռացումը փոխելու համար օգտագործեք \(\lambda\)/2 թիթեղը:Օգտագործված պարամետրերի յուրաքանչյուր հավաքածուի համար նմուշի վրա տեքստուրավորվում է մոտավորապես 35 × 5 մմ\(^{2}\) տարածք:Բոլոր կառուցվածքային փորձերն իրականացվել են շրջակա միջավայրի պայմաններում՝ ապահովելու արդյունաբերական կիրառելիությունը:
Նմուշների մորֆոլոգիան հետազոտվել է կոնֆոկալ մանրադիտակի միջոցով՝ 50x խոշորացումով և համապատասխանաբար 170 նմ և 3 նմ օպտիկական և ուղղահայաց լուծաչափով:Այնուհետև հավաքագրված տեղագրական տվյալները գնահատվել են մակերեսային վերլուծության ծրագրային ապահովման միջոցով:Քաղեք պրոֆիլներ տեղանքի տվյալներից՝ համաձայն ISO 1661051-ի:
Նմուշները բնութագրվել են նաև սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով 6,0 կՎ արագացնող լարման դեպքում:Նմուշների մակերևույթի քիմիական բաղադրությունը գնահատվել է էներգիայի ցրման ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի (EDS) կցորդի միջոցով 15 կՎ արագացնող լարման դեպքում:Բացի այդ, նմուշների միկրոկառուցվածքի հատիկավոր մորֆոլոգիան որոշելու համար օգտագործվել է օպտիկական մանրադիտակ՝ 50x օբյեկտիվով: Մինչ այդ, նմուշները փորագրվել են 50 \(^\circ\)C հաստատուն ջերմաստիճանում հինգ րոպե չժանգոտվող պողպատից ներկված աղաթթվի և ազոտական թթվի կոնցենտրացիաներով 15–20 \(\%\) և 1\( -<\)5 \(\%\), համապատասխանաբար: Մինչ այդ, նմուշները փորագրվել են 50 \(^\circ\)C հաստատուն ջերմաստիճանում հինգ րոպե չժանգոտվող պողպատից ներկված աղաթթվի և ազոտական թթվի կոնցենտրացիաներով 15–20 \(\%\) և 1\( -<\)5 \(\%\), համապատասխանաբար: Перед этим образцы травили при постоянной температура 50 \(^\circ\)С в течение пяти минут в краске из нержавеющей стали соляной и азотной кислотами концентрацией 15-20 \(\%\( -\) и 1. \%\) соответственно. Մինչ այդ, նմուշները փորագրվել են 50 \(^\circ\)C հաստատուն ջերմաստիճանում հինգ րոպե չժանգոտվող պողպատի ներկով աղաթթուներով և ազոտական թթուներով 15-20 \(\%\) և 1\( կոնցենտրացիայով: -<\)5 \( \%\) համապատասխանաբար: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，盐酸咟\1% ) 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。Մինչ այդ, նմուշները թթու են դրվել հինգ րոպե 50 \(^\circ\)C մշտական ջերմաստիճանում չժանգոտվող պողպատի ներկման լուծույթում՝ աղաթթուների և ազոտական թթուների 15-20 \(\%\) և 1 կոնցենտրացիայով։ \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) համապատասխանաբար:
Երկու ճառագայթով DLIP տեղադրման փորձարարական գծապատկերի սխեմատիկ դիագրամ, ներառյալ (1) լազերային ճառագայթ, (2) \(\lambda\)/2 թիթեղ, (3) որոշակի օպտիկական կոնֆիգուրացիայով DLIP գլուխ, (4) ) տաք ափսե, (5) խաչաձև հեղուկ, (6) x,y դիրքավորման աստիճաններ և (7) չժանգոտվող պողպատից նմուշներ։Երկու գերադրված ճառագայթներ, որոնք շրջված են կարմիրով ձախ կողմում, նմուշի վրա գծային կառուցվածքներ են ստեղծում \(2\թետա\) անկյուններով (ներառյալ s- և p-բևեռացումը):
Ընթացիկ ուսումնասիրության մեջ օգտագործված և/կամ վերլուծված տվյալների հավաքածուները հասանելի են համապատասխան հեղինակներից ողջամիտ պահանջով:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հունվար-07-2023