飛秒激光誘導金屬表面微納米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、固體表面有序的微納米結(jié)構(gòu)可以使得材料具有獨特的性能，實現(xiàn)諸如超疏水、超黏附、超光學吸收等超性能，在工業(yè)、軍事、航空、航天、醫(yī)療等各個領(lǐng)域都有廣闊的應用前景。因此，探索實用高效的表面微納米結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)是極其重要的工作。近年來剛剛興起的飛秒激光直接誘導固體表面有序結(jié)構(gòu)的方法被認為是該領(lǐng)域極具潛力的制備技術(shù)之一，但對這種微納米結(jié)構(gòu)化的物理機制和對該技術(shù)的優(yōu)化控制等還缺乏系統(tǒng)研究。本文開展飛秒激光誘導金屬表面有序微納米結(jié)構(gòu)的研究，在鈦金屬及鈦

2、合金表面獲得了多種不同特征的有序微納米結(jié)構(gòu)，并探討了它們的形成機制，為進一步開展飛秒激光大面積可控制備固體表面微納米結(jié)構(gòu)研究打下了基礎(chǔ)。全文的主要研究內(nèi)容、結(jié)論與創(chuàng)新性如下：
　　 1.通過考察輻照后樣品表面的電鏡圖發(fā)現(xiàn)不同脈寬的線偏振激光誘導得到的光柵結(jié)構(gòu)的形貌不同：納秒激光輻照區(qū)域內(nèi)完全熔化表面得到的光柵結(jié)構(gòu)的輪廓為正弦波形，光柵周期略小于激光波長；而飛秒激光誘導得到的光柵結(jié)構(gòu)周期比激光波長小很多，并且隨著輻照激光通量增大，

3、光柵周期增大，光柵的峰-谷的占空比逐漸減小。
　　 2.提出了應用表面等離子激元的力學效應來分析光柵結(jié)構(gòu)的形成過程的觀點：利用離子聲波中離子對液體的碰撞壓力效應解釋了納秒激光誘導正弦波形光柵結(jié)構(gòu)的形成機制，利用考慮電子激元的靜電場力燒蝕模型解釋了飛秒激光誘導金屬光柵結(jié)構(gòu)的形成機制。
　　 3.利用掃描電鏡觀察圓偏振飛秒激光誘導金屬表面微納米結(jié)構(gòu)的特征發(fā)現(xiàn)：正入射下，除了已經(jīng)被報告過的光柵矢量一致的規(guī)則光柵結(jié)構(gòu)之外，我們還

4、觀察到了光柵矢量為圓形的光柵結(jié)構(gòu)和帶納米突起的周期性點狀結(jié)構(gòu)；斜入射下，金屬表面會出現(xiàn)正交在一起的二維光柵結(jié)構(gòu)；在相同入射角下，左旋光和右旋光得到的表面微結(jié)構(gòu)具有鏡面對稱性。
　　 4.考察多脈沖飛秒激光誘導Ti金屬形成的微孔的孔壁，發(fā)現(xiàn)了孔壁上可以形成納米一維光柵結(jié)構(gòu)、二維光柵結(jié)構(gòu)、凹陷結(jié)構(gòu)和凸起結(jié)構(gòu)等四種微納米結(jié)構(gòu)。利用激光共聚焦顯微鏡對孔壁二維光柵結(jié)構(gòu)所在位置對應的孔壁傾角進行了測量，利用激光與斜面上表面等離子體波相互作用