飛秒激光誘導(dǎo)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(dú)特的性能，實(shí)現(xiàn)諸如超疏水、超黏附、超光學(xué)吸收等超性能，在工業(yè)、軍事、航空、航天、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。因此，探索實(shí)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(dǎo)固體表面有序結(jié)構(gòu)的方法被認(rèn)為是該領(lǐng)域極具潛力的制備技術(shù)之一，但對(duì)這種微納米結(jié)構(gòu)化的物理機(jī)制和對(duì)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(dǎo)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(jī)制，為進(jìn)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?jī)?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(dǎo)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(zhǎng)；而飛秒激光誘導(dǎo)得到的光柵結(jié)構(gòu)周期比激光波長(zhǎng)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(yīng)用表面等離子激元的力學(xué)效應(yīng)來分析光柵結(jié)構(gòu)的形成過程的觀點(diǎn)：利用離子聲波中離子對(duì)液體的碰撞壓力效應(yīng)解釋了納秒激光誘導(dǎo)正弦波形光柵結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制，利用考慮電子激元的靜電場(chǎng)力燒蝕模型解釋了飛秒激光誘導(dǎo)金屬光柵結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制。
　　 3.利用掃描電鏡觀察圓偏振飛秒激光誘導(dǎo)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(bào)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(diǎn)狀結(jié)構(gòu)；斜入射下，金屬表面會(huì)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(duì)稱性。
　　 4.考察多脈沖飛秒激光誘導(dǎo)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(duì)孔壁二維光柵結(jié)構(gòu)所在位置對(duì)應(yīng)的孔壁傾角進(jìn)行了測(cè)量，利用激光與斜面上表面等離子體波相互作用