Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Bein leysir truflun (DLIP) ásamt leysir-framkölluðu reglubundinni yfirborðsbyggingu (LIPSS) gerir kleift að búa til virka yfirborð fyrir ýmis efni.Afköst ferlisins er venjulega aukið með því að nota hærra meðaltal leysirafls.Hins vegar leiðir þetta til uppsöfnunar hita, sem hefur áhrif á grófleika og lögun yfirborðsmynstrsins sem myndast.Þess vegna er nauðsynlegt að rannsaka ítarlega áhrif hitastigs undirlagsins á formgerð tilbúnu frumefnanna.Í þessari rannsókn var stályfirborðið línumynstrað með ps-DLIP við 532 nm.Til að kanna áhrif hitastigs undirlags á landslag sem myndast, var hitaplata notuð til að stjórna hitastigi.Upphitun í 250 \(^{\circ }\)С leiddi til verulegrar minnkunar á dýpi myndaðra mannvirkja úr 2,33 í 1,06 µm.Lækkunin tengdist útliti mismunandi tegunda af LIPSS eftir stefnu hvarflagskornanna og yfirborðsoxun af völdum leysis.Þessi rannsókn sýnir sterk áhrif hitastigs undirlags, sem einnig er gert ráð fyrir þegar yfirborðsmeðferð er framkvæmd við há meðalleysisstyrk til að skapa hitauppsöfnunaráhrif.
Yfirborðsmeðferðaraðferðir sem byggja á ultrashort púls leysigeislun eru í fremstu röð í vísindum og iðnaði vegna getu þeirra til að bæta yfirborðseiginleika mikilvægustu viðeigandi efna1.Sérstaklega er sérsniðin yfirborðsvirkni af völdum leysis af nýjustu gerð í fjölmörgum iðngreinum og notkunarsviðum1,2,3.Til dæmis, Vercillo o.fl.Sýnt hefur verið fram á eiginleika gegn ísingu á títaníum málmblöndur til notkunar í geimferðum sem byggjast á ofurvatnsfælni af völdum leysir.Epperlein o.fl. greindu frá því að eiginleikar í nanóstærð sem framleiddir eru með leysi yfirborðsbyggingu geta haft áhrif á líffilmuvöxt eða hömlun á stálsýnum5.Að auki, Guai o.fl.bætti einnig sjónræna eiginleika lífrænna sólarsellna.6 Þannig gerir leysir uppbyggingu kleift að framleiða háupplausnar byggingarhluta með stýrðri eyðingu yfirborðsefnisins1.
Hentug leysiruppbyggingartækni til að framleiða slíka reglubundna yfirborðsbyggingu er bein leysistruflumótun (DLIP).DLIP byggir á truflunum nálægt yfirborði tveggja eða fleiri leysigeisla til að mynda mynstraða fleti með eiginleika á míkrómetra- og nanómetrasviði.Það fer eftir fjölda og skautun leysigeislanna, DLIP getur hannað og búið til fjölbreytt úrval af staðfræðilegum yfirborðsbyggingum.Efnileg nálgun er að sameina DLIP mannvirki með laser-induced periodic surface structures (LIPSS) til að búa til yfirborðs landslag með flóknu byggingastigveldi8,9,10,11,12.Í náttúrunni hefur verið sýnt fram á að þessi stigveldi veita enn betri frammistöðu en einskala líkön13.
LIPSS aðgerðin er háð sjálfsmögnunarferli (jákvæð endurgjöf) sem byggist á aukinni mótun nær yfirborði á dreifingu geislunarstyrks.Þetta stafar af aukningu á nanójöfnuði þar sem fjöldi beittra leysipúlsa eykst 14, 15, 16. Mótun á sér stað aðallega vegna truflunar bylgjunnar sem gefin er út á rafsegulsviðið15,17,18,19,20,21 af brotnu og dreifðir bylgjuhlutar eða yfirborðsplasmons.Myndun LIPSS hefur einnig áhrif á tímasetningu púlsanna22,23.Sérstaklega er hærra meðaltal leysirafls ómissandi fyrir yfirborðsmeðferðir með mikla framleiðni.Þetta krefst venjulega notkunar á háum endurtekningartíðni, þ.e. á MHz bilinu.Þar af leiðandi er tímafjarlægðin milli leysirpúlsa styttri, sem leiðir til hitauppsöfnunaráhrifa 23, 24, 25, 26. Þessi áhrif leiða til heildaraukningar á yfirborðshita, sem getur haft veruleg áhrif á mynsturmyndunarbúnaðinn við leysireyðingu.
Í fyrra verki, Rudenko o.fl.og Tzibidis o.fl.Fjallað er um kerfi til að mynda konvective mannvirki, sem ætti að verða sífellt mikilvægari eftir því sem hitasöfnun eykst19,27.Auk þess hafa Bauer o.fl.Tengja mikilvægu magn hitasöfnunar við míkron yfirborðsbyggingar.Þrátt fyrir þetta hitaframkallaða myndunarferli, er almennt talið að hægt sé að bæta framleiðni ferlisins með því einfaldlega að auka endurtekningartíðni28.Þó að þetta sé aftur á móti ekki hægt að ná án verulegrar aukningar á varmageymslu.Þess vegna er hugsanlegt að ferliaðferðir sem bjóða upp á fjölþrepa svæðisfræði séu ekki færanlegar til hærri endurtekningarhraða án þess að breyta vinnsluhvarfafræði og uppbyggingu 9,12.Í þessu sambandi er mjög mikilvægt að kanna hvernig hitastig undirlagsins hefur áhrif á DLIP myndunarferlið, sérstaklega þegar búið er til lagskipt yfirborðsmynstur vegna samtímis myndunar LIPSS.
Markmið þessarar rannsóknar var að meta áhrif hitastigs undirlags á yfirborð yfirborðs sem myndast við DLIP vinnslu á ryðfríu stáli með ps púlsum.Við laservinnslu var hitastig sýnis undirlagsins fært upp í 250 \(^\circ\)C með því að nota hitaplötu.Yfirborðsbyggingin sem myndast var einkennd með því að nota confocal smásjárskoðun, skönnun rafeindasmásjár og orkudreifandi röntgenlitrófsgreiningu.
Í fyrstu röð tilrauna var stál undirlagið unnið með því að nota tveggja geisla DLIP stillingar með 4,5 µm rýmistímabili og undirlagshitastig upp á \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ }\)C, hér eftir nefnt „óhitað » yfirborð.Í þessu tilviki er púlsskörun \(o_{\mathrm {p}}\) fjarlægðin milli tveggja púlsa sem fall af blettastærð.Það er breytilegt frá 99,0% (100 púls á hverja stöðu) til 99,67% (300 púls á hverja stöðu).Í öllum tilfellum var notast við hámarksorkuþéttleika \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0,5 J/cm\(^2\) (fyrir Gauss-jafngildi án truflana) og endurtekningartíðni f = 200 kHz.Stefna pólunar leysigeislans er samsíða hreyfingu staðsetningarborðsins (Mynd 1a)), sem er samsíða stefnu línulegu rúmfræðinnar sem myndast af truflunarmynstri tveggja geisla.Fulltrúar myndir af mannvirkjum sem fengust með því að nota skanna rafeindasmásjá (SEM) eru sýndar á myndum.1a–c.Til að styðja við greiningu á SEM myndum með tilliti til staðfræði voru Fourier umbreytingar (FFT, sýndar í dökkum innfellingum) gerðar á mannvirkjum sem verið er að meta.Í öllum tilfellum var DLIP rúmfræðin sem myndaðist sýnileg með 4,5 µm staðbundið tímabil.
Fyrir tilvikið \(o_{\mathrm {p}}\) = 99,0% á dekkra svæðinu á mynd.1a, sem samsvarar stöðu truflunarhámarksins, má sjá rifur sem innihalda smærri samhliða mannvirki.Þeir skiptast á með bjartari böndum sem eru þakin nanóagnalíkri landslagi.Vegna þess að samhliða uppbyggingin á milli rifanna virðist vera hornrétt á skautun leysigeislans og hefur tímabilið \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm, örlítið minni en bylgjulengd leysisins \(\lambda\) (532 nm) má kalla LIPSS með lágri staðbundinni tíðni (LSFL-I)15,18.LSFL-I framleiðir svokallað s-gerð merki í FFT, „s“ dreifingu15,20.Þess vegna er merkið hornrétt á sterka miðlæga lóðrétta þáttinn, sem aftur er myndaður af DLIP uppbyggingu (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\u.þ.b.\) 4,5 µm).Merkið sem myndast af línulegri uppbyggingu DLIP mynstursins í FFT myndinni er nefnt „DLIP-gerð“.
SEM myndir af yfirborðsbyggingum búin til með DLIP.Hámarksorkuþéttleiki er \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0,5 J/cm\(^2\) (fyrir jafngildi án hávaða Gauss) og endurtekningartíðni f = 200 kHz.Myndirnar sýna sýnishitastig, skautun og yfirborð.Hreyfing staðsetningarfasa er merkt með svartri ör í (a).Svarta innfellingin sýnir samsvarandi FFT sem fæst úr 37,25\(\times\)37,25 µm SEM myndinni (sýnt þar til bylgjuvektorinn verður \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200 nm).Ferlisbreytur eru sýndar á hverri mynd.
Þegar litið er lengra inn á mynd 1, geturðu séð að eftir því sem \(o_{\mathrm {p}}\) skörun eykst, er sigmoid merkið einbeitt meira í átt að x-ás FFT.Restin af LSFL-I hefur tilhneigingu til að vera samhliða.Að auki minnkaði hlutfallslegur styrkleiki s-gerð merkis og styrkleiki DLIP-gerð merkis jókst.Þetta stafar af sífellt áberandi skotgröfum með meiri skörun.Einnig þarf x-ás merki milli tegundar s og miðju að koma frá byggingu með sömu stefnu og LSFL-I en með lengri tíma (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\u.þ.b. \ ) 1,4 ± 0,2 µm) eins og sýnt er á mynd 1c).Þess vegna er gert ráð fyrir að myndun þeirra sé mynstur gryfja í miðju skurðarinnar.Nýi eiginleikinn birtist einnig á hátíðnisviðinu (stór bylgjutala) ordinatunnar.Merkið kemur frá samhliða gára í hlíðum skurðarins, líklega vegna truflunar á atviki og framendurspegluðu ljósi í hlíðunum9,14.Hér á eftir eru þessar gárur táknaðar með LSFL \ (_ \ mathrm {brún} \), og merki þeirra - með gerð -s \ (_ {\mathrm {p)) \).
Í næstu tilraun var hitastig sýnisins fært upp í 250 °C undir svokölluðu „hitaða“ yfirborði.Uppbygging var framkvæmd samkvæmt sömu vinnsluaðferð og tilraunirnar sem nefndar voru í fyrri kafla (myndir 1a–1c).SEM myndirnar sýna landslag sem myndast eins og sýnt er á mynd 1d–f.Upphitun sýnisins í 250 C leiðir til aukningar á útliti LSFL, stefna þess er samsíða leysiskautuninni.Þessar mannvirki má einkenna sem LSFL-II og hafa staðbundið tímabil \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) 247 ± 35 nm.LSFL-II merkið birtist ekki í FFT vegna hárrar tíðni.Eftir því sem \(o_{\mathrm {p}}\) jókst úr 99,0 í 99,67\(\%\) (mynd 1d–e), jókst breidd bjarta bandsvæðisins, sem leiddi til þess að DLIP merki kom fram. fyrir meira en há tíðni.bylgjutölur (lægri tíðni) og færast þannig í átt að miðju FFT.Röðirnar af gryfjum á mynd 1d geta verið undanfarar svokallaðra grópa sem myndast hornrétt á LSFL-I22,27.Að auki virðist LSFL-II hafa orðið styttri og óreglulega lagaður.Athugaðu einnig að meðalstærð björtra bönda með nanókornformgerð er minni í þessu tilfelli.Auk þess reyndist stærðardreifing þessara nanóagna vera minna dreifð (eða leiddi til minni agnaþéttingar) en án hitunar.Eigindlega er hægt að meta þetta með því að bera saman myndir 1a, d eða b, e, í sömu röð.
Þegar skörun \(o_{\mathrm {p}}\) jókst enn frekar í 99,67% (mynd 1f), kom smám saman fram sérstakt landslag vegna sífellt augljósari furrows.Hins vegar virðast þessar rifur minna skipaðar og minna djúpar en á mynd 1c.Lítil birtuskil milli ljósra og dökkra svæða á myndinni koma fram í gæðum.Þessar niðurstöður eru frekar studdar af veikara og dreifðara merki FFT ordinatunnar á mynd 1f samanborið við FFT á c.Smærri rákir komu einnig fram við hitun þegar borin voru saman myndir 1b og e, sem síðar var staðfest með samfókus smásjá.
Til viðbótar við fyrri tilraun var skautun leysigeislans snúið um 90 \(^{\circ}\), sem olli því að skautunarstefnan færðist hornrétt á staðsetningarpallinn.Á mynd.2a-c sýnir fyrstu stig byggingamyndunar, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99,0% í óupphituðu (a), hitað (b) og upphitað 90\(^{\ circ }\ ) – Tilfelli með snúningsskautun (c).Til að sjá nanómyndafræði mannvirkjanna eru svæðin merkt með lituðum ferningum sýnd á myndum.2d, í stækkuðum mælikvarða.
SEM myndir af yfirborðsbyggingum búin til með DLIP.Ferlisbreytur eru þær sömu og á mynd 1.Myndin sýnir sýnishitastig \(T_s\), skautun og púls skarast \(o_\mathrm {p}\).Svarta innfellingin sýnir aftur samsvarandi Fourier umbreytingu.Myndirnar í (d)-(i) eru stækkun á merktum svæðum í (a)-(c).
Í þessu tilviki má sjá að mannvirkin á dekkri svæðum á mynd 2b,c eru skautunarviðkvæm og eru því merkt LSFL-II14, 20, 29, 30. Athyglisvert er að stefna LSFL-I er einnig snúið ( mynd 2g, i), sem sést af stefnu s-gerð merksins í samsvarandi FFT.Bandbreidd LSFL-I tímabilsins virðist stærri miðað við tímabil b, og svið þess færist í átt að smærri tímabilum á mynd 2c, eins og gefið er til kynna með útbreiddari s-gerð merkinu.Þannig er hægt að sjá eftirfarandi LSFL rýmistímabil á sýninu við mismunandi hitunarhita: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 418\(\pm 65\) nm við 21 ^{ \circ }\ )C (Mynd 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm og \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II }} \) = 247 ± 35 nm við 250°C (mynd 2b) fyrir s skautun.Þvert á móti, staðbundið tímabil p-skautunar og 250 \(^{\circ }\)C er jafnt \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\ ) nm og \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (mynd 2c).
Athyglisvert er að niðurstöðurnar sýna að með því að hækka sýnishitastigið getur yfirborðsformgerð skipt á milli tveggja öfga, þar á meðal (i) yfirborð sem inniheldur aðeins LSFL-I frumefni og (ii) svæði þakið LSFL-II.Vegna þess að myndun þessarar tilteknu tegundar LIPSS á málmflötum tengist yfirborðsoxíðlögum, var gerð orkudreifandi röntgengreining (EDX).Tafla 1 tekur saman þær niðurstöður sem fengust.Hver ákvörðun er framkvæmd með því að taka meðaltal að minnsta kosti fjögurra litróf á mismunandi stöðum á yfirborði unnar sýnis.Mælingarnar eru gerðar við mismunandi sýnishitastig \(T_\mathrm{s}\) og mismunandi staðsetningu sýnisyfirborðs sem inniheldur ómótuð eða uppbyggð svæði.Mælingarnar innihalda einnig upplýsingar um dýpri óoxuðu lögin sem liggja beint fyrir neðan meðhöndlaða bráðna svæðið, en innan rafeindadýptar EDX greiningarinnar.Hins vegar skal tekið fram að EDX er takmörkuð í getu sinni til að mæla súrefnisinnihaldið, þannig að þessi gildi hér geta aðeins gefið eigindlegt mat.
Ómeðhöndlaðir hlutar sýnanna sýndu ekki marktækt magn af súrefni við öll vinnsluhitastig.Eftir lasermeðferð jókst súrefnismagn í öllum tilvikum31.Munurinn á frumefnasamsetningu á milli tveggja ómeðhöndlaðra sýnanna var eins og búist var við fyrir sýnin úr verslunarstáli og marktækt hærri kolefnisgildi fundust samanborið við gagnablað framleiðanda fyrir AISI 304 stál vegna kolvetnismengunar32.
Áður en rætt er um mögulegar ástæður fyrir minnkun á grópablæðingardýpt og umskiptin frá LSFL-I yfir í LSFL-II eru notuð aflrófsþéttleiki (PSD) og hæðarsnið.
(i) Tvívíddar eðlilegur aflrófsþéttleiki (Q2D-PSD) yfirborðsins er sýndur sem SEM myndir á myndum 1 og 2. 1 og 2. Þar sem PSD er staðlað ætti lækkun á summamerkinu að vera skilið sem aukningu á fasta hlutanum (k \(\le\) 0,7 µm\(^{-1}\), ekki sýnt), þ.e. sléttleiki.(ii) Samsvarandi meðalhæðarsnið yfirborðs.Sýnishitastig \(T_s\), skörun \(o_{\mathrm {p}}\), og leysiskautun E miðað við stefnu \(\vec {v}\) hreyfingar staðsetningarpallsins eru sýndar í öllum myndum.
Til að mæla birtingu SEM-mynda var meðaltal staðlað aflróf myndað úr að minnsta kosti þremur SEM-myndum fyrir hverja færibreytu með því að taka meðaltal allra einvíddar (1D) aflrófsþéttleika (PSDs) í x- eða y-stefnu.Samsvarandi línurit er sýnt á mynd 3i sem sýnir tíðnifærslu merkisins og hlutfallslegt framlag þess til litrófsins.
Á mynd.3ia, c, e, DLIP toppurinn vex nálægt \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4,5 µm)\(^{-1}\) = 1,4 µm \ ( ^{- 1}\) eða samsvarandi hærri harmonikkum eftir því sem skörunin eykst \(o_{\mathrm {p))\).Aukning á grundvallaramplitude tengdist sterkari þróun LRIB uppbyggingu.Amplitude hærri harmonics eykst með bratta halla.Fyrir rétthyrndar aðgerðir sem takmarkandi tilvik krefst nálgunin stærsta fjölda tíðna.Þess vegna er hægt að nota toppinn í kringum 1,4 µm\(^{-1}\) í PSD og samsvarandi harmonikum sem gæðabreytur fyrir lögun grópsins.
Þvert á móti, eins og sýnt er á mynd 3(i)b,d,f, sýnir PSD upphitaðs sýnis veikari og breiðari toppa með minna merki í viðkomandi harmonikum.Að auki, á mynd.3(i)f sýnir að annað harmonic merkið fer jafnvel yfir grunnmerki.Þetta endurspeglar óreglulegri og minna áberandi DLIP uppbyggingu upphitaðs sýnis (samanborið við \(T_s\) = 21\(^\circ\)C).Annar eiginleiki er sá að þegar skörun \(o_{\mathrm {p}}\) eykst, færist LSFL-I merki sem myndast í átt að minni bylgjutölu (lengra tímabil).Þetta má skýra með auknum bratta brúnum DLIP hamsins og tilheyrandi staðbundinni aukningu á innfallshorni14,33.Í kjölfar þessarar þróunar var einnig hægt að útskýra breikkun LSFL-I merkisins.Til viðbótar við brattar brekkur eru einnig flöt svæði á botni og ofan við toppa DLIP-byggingarinnar, sem gerir ráð fyrir fjölbreyttari LSFL-I tímabilum.Fyrir mjög gleypið efni er LSFL-I tímabilið venjulega áætlað sem:
þar sem \(\theta\) er innfallshornið, og undirskriftirnar s og p vísa til mismunandi skautunar33.
Það skal tekið fram að fallplanið fyrir DLIP uppsetningu er venjulega hornrétt á hreyfingu staðsetningarpallsins, eins og sýnt er á mynd 4 (sjá kaflann um efni og aðferðir).Þess vegna er s-skautun að jafnaði samsíða hreyfingu sviðsins og p-skautun er hornrétt á hana.Samkvæmt jöfnunni.(1), fyrir s-skautun er búist við dreifingu og tilfærslu á LSFL-I merkinu í átt að minni bylgjutölum.Þetta stafar af aukningu á \(\theta\) og hornsviðinu \(\theta \pm \delta \theta\) eftir því sem dýpt skurðarinnar eykst.Þetta má sjá með því að bera saman LSFL-I toppana á mynd 3ia,c,e.
Samkvæmt niðurstöðunum sem sýndar eru á mynd.1c, LSFL\(_\mathrm {brún}\) er einnig sýnilegt í samsvarandi PSD á mynd.3ie.Á mynd.3ig,h sýnir PSD fyrir p-skautun.Munurinn á DLIP-toppum er meira áberandi á milli upphitaðra og óhitaðra sýna.Í þessu tilviki skarast merkið frá LSFL-I við hærri harmoniku DLIP-toppsins og bætir við merkið nálægt leysibylgjulengdinni.
Til að ræða niðurstöðurnar nánar, á mynd 3ii sýnir byggingardýpt og skörun milli púlsa DLIP línulegrar hæðardreifingar við mismunandi hitastig.Lóðrétt hæðarsnið yfirborðsins var fengið með því að taka tíu einstök lóðrétt hæðarsnið að meðaltali um miðju DLIP-byggingarinnar.Fyrir hvert notað hitastig eykst dýpt byggingarinnar með aukinni púlsskörun.Snið upphitaðs sýnis sýnir gróp með meðalgildi frá toppi til topps (pvp) upp á 0,87 µm fyrir s-skautun og 1,06 µm fyrir p-skautun.Aftur á móti sýna s-skautun og p-skautun óhitaðs sýnis pvp 1,75 µm og 2,33 µm, í sömu röð.Samsvarandi pvp er sýnt í hæðarsniðinu á mynd.3ii.Hvert PvP meðaltal er reiknað út með því að taka átta staka PvP að meðaltali.
Að auki, á mynd.3iig,h sýnir p-skautunarhæðardreifingu hornrétt á staðsetningarkerfi og gróphreyfingu.Stefna p-skautunarinnar hefur jákvæð áhrif á dýpt gróparinnar þar sem hún leiðir til aðeins hærra pvp við 2,33 µm samanborið við s-skautunina við 1,75 µm pvp.Þetta samsvarar aftur rifum og hreyfingu staðsetningarpallskerfisins.Þessi áhrif geta stafað af minni uppbyggingu þegar um s-skautun er að ræða samanborið við p-skautun (sjá mynd 2f,h), sem nánar verður fjallað um í næsta kafla.
Tilgangur umræðunnar er að útskýra minnkun á grópdýpt vegna breytinga á aðal LIPS flokki (LSFL-I í LSFL-II) þegar um er að ræða hituð sýni.Svaraðu því eftirfarandi spurningum:
Til að svara fyrstu spurningunni er nauðsynlegt að íhuga aðferðirnar sem bera ábyrgð á minnkun á brottnámi.Fyrir stakan púls við eðlilega tíðni má lýsa brottnámsdýptinni sem:
þar sem \(\delta _{\mathrm {E}}\) er skarpskyggni orkunnar, \(\Phi\) og \(\Phi _{\mathrm {th}}\) eru frásogsflæðið og brottfallsflæðið þröskuldur, hver um sig34 .
Stærðfræðilega hefur dýpt orkupennslis margföldunaráhrif á dýpt brottnáms en breyting á orku hefur logaritmísk áhrif.Þannig að sveiflubreytingar hafa ekki mikil áhrif á \(\Delta z\) svo lengi sem \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\).Hins vegar leiðir sterk oxun (til dæmis vegna myndun krómoxíðs) til sterkari Cr-O35 tengis samanborið við Cr-Cr tengi, og eykur þar með brottnámsþröskuldinn.Þar af leiðandi er \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) ekki lengur uppfyllt, sem leiðir til hraðrar minnkunar á brottnámsdýpt með minnkandi orkuflæðisþéttleika.Auk þess er þekkt fylgni á milli oxunarástands og tímabils LSFL-II sem skýra má með breytingum á nanóbyggingunni sjálfri og sjónrænum eiginleikum yfirborðsins af völdum yfirborðsoxunar30,35.Þess vegna er nákvæm yfirborðsdreifing frásogsflæðisins \(\Phi\) vegna flókins gangverks víxlverkunar milli byggingartímabilsins og þykkt oxíðlagsins.Það fer eftir tímabilinu, nanóbyggingin hefur mikil áhrif á dreifingu frásogaðs orkuflæðis vegna mikillar aukningar á sviði, örvunar yfirborðsplasmona, óvenjulegs ljósflutnings eða dreifingar17,19,20,21.Þess vegna er \(\Phi\) mjög ójafn nálægt yfirborðinu og \(\delta _ {E}\) er líklega ekki lengur mögulegt með einum frásogsstuðli \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt} } ^ { -1} \approx \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) fyrir allt rúmmálið nálægt yfirborði.Þar sem þykkt oxíðfilmunnar fer að miklu leyti eftir storknunartímanum [26], fer flokkunaráhrifin eftir hitastigi sýnisins.Ljósmyndirnar sem sýndar eru á mynd S1 í viðbótarefninu gefa til kynna breytingar á sjónrænum eiginleikum.
Þessi áhrif skýra að hluta til grynnri skurðardýpt þegar um er að ræða lítil yfirborðsmannvirki á myndum 1d,e og 2b,c og 3(ii)b,d,f.
Vitað er að LSFL-II myndast á hálfleiðurum, rafeindatækjum og efnum sem eru viðkvæm fyrir oxun14,29,30,36,37.Í síðara tilvikinu er þykkt yfirborðsoxíðlagsins sérstaklega mikilvæg30.EDX greiningin sem framkvæmd var leiddi í ljós myndun yfirborðsoxíða á uppbyggða yfirborðinu.Þannig, fyrir óhituð sýni, virðist umhverfissúrefni stuðla að hluta myndun loftkenndra agna og að hluta til myndun yfirborðsoxíða.Bæði fyrirbærin leggja mikið af mörkum til þessa ferlis.Þvert á móti, fyrir hituð sýni, málmaoxíð með mismunandi oxunarástand (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO o.s.frv.) eru skýr 38 í vil.Til viðbótar við nauðsynlega oxíðlag er tilvist undirbylgjulengdar ójöfnur, aðallega há rýmistíðni LIPSS (HSFL), nauðsynleg til að mynda nauðsynlegar undirbylgjulengdar (d-gerð) styrkleikastillingar14,30.Endanleg LSFL-II styrkleikastilling er fall af HSFL amplitude og oxíðþykkt.Ástæðan fyrir þessari stillingu er truflun á fjarsviði ljóss sem dreift er af HSFL og ljóss sem brotnar inn í efnið og breiðist út inni í yfirborðsrafmagnsefninu20,29,30.SEM myndir af brún yfirborðsmynstrsins á mynd S2 í viðbótarefnishlutanum eru til marks um fyrirliggjandi HSFL.Þetta ytra svæði er veikt fyrir áhrifum af jaðri styrkleikadreifingarinnar, sem gerir kleift að mynda HSFL.Vegna samhverfu styrkardreifingarinnar eiga þessi áhrif sér einnig stað meðfram skönnunarstefnunni.
Upphitun sýnis hefur áhrif á LSFL-II myndunarferlið á nokkra vegu.Annars vegar hefur hækkun á sýnishitastigi \(T_\mathrm{s}\) mun meiri áhrif á hraða storknunar og kælingar en þykkt bráðna lagsins26.Þannig er vökvaviðmót upphitaðs sýnis útsett fyrir umhverfissúrefni í lengri tíma.Að auki gerir seinkuð storknun kleift að þróa flókna leiðsluferla sem auka blöndun súrefnis og oxíða við fljótandi stál26.Þetta er hægt að sýna fram á með því að bera saman þykkt oxíðlagsins sem myndast eingöngu við dreifingu (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) Samsvarandi storkutími er \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns, og dreifingarstuðullinn \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/ s) Marktækt meiri þykkt sást eða krafist var í LSFL-II mynduninni30.Á hinn bóginn hefur hitun einnig áhrif á myndun HSFL og þar af leiðandi dreifandi hluti sem þarf til að skipta yfir í LSFL-II d-gerð styrkleikaham.Útsetning nanovoids sem eru föst undir yfirborðinu bendir til þátttöku þeirra í myndun HSFL39.Þessir gallar geta táknað rafseguluppruna HSFL vegna tilskilinna hátíðni reglubundinna styrkleikamynstra14,17,19,29.Að auki eru þessar mynduðu styrkleikastillingar einsleitari með miklum fjölda nanovoids19.Þannig má skýra ástæðuna fyrir aukinni tíðni HSFL með breytingu á gangverki kristalgalla eftir því sem \(T_\mathrm{s}\) eykst.
Nýlega hefur verið sýnt fram á að kælihraði kísils er lykilbreyta fyrir innri millivefs yfirmettun og þar með uppsöfnun punktgalla með myndun liðbreytinga40,41.Sameindavirkni eftirlíkingar á hreinum málmum hafa sýnt að laus rými yfirmettast við hraða endurkristöllun og þess vegna fer uppsöfnun lausra staða í málmum fram á svipaðan hátt42,43,44.Að auki hafa nýlegar tilraunarannsóknir á silfri beinst að aðferð við myndun tóma og klasa vegna uppsöfnunar punktgalla45.Þess vegna getur hækkun á hitastigi sýnisins \(T_\mathrm {s}\) og þar af leiðandi lækkun á kælihraða haft áhrif á myndun holrúma, sem eru kjarnar HSFL.
Ef laus rými eru nauðsynlegir undanfarar holrúma og þar af leiðandi HSFL, ætti sýnishiti \(T_s\) að hafa tvö áhrif.Annars vegar hefur \(T_s\) áhrif á hraða endurkristöllunar og þar af leiðandi á styrk punktgalla (þéttni tómarúms) í vaxna kristalinu.Á hinn bóginn hefur það einnig áhrif á kælihraða eftir storknun og hefur þar með áhrif á dreifingu punktgalla í kristalnum 40,41.Auk þess er storknunarhraðinn háður kristöllunarstefnunni og er því mjög anisotropic, eins og dreifing punktgalla42,43.Samkvæmt þessari forsendu, vegna anísótrópískra viðbragða efnisins, verður víxlverkun ljóss og efnis anísótrópísk, sem aftur magnar upp þessa ákveðinni reglubundnu losun orku.Fyrir fjölkristallað efni er hægt að takmarka þessa hegðun af stærð eins korns.Reyndar hefur verið sýnt fram á myndun LIPSS eftir kornastefnu46,47.Þess vegna gætu áhrif sýnishitastigs \(T_s\) á kristöllunarhraða ekki verið eins sterk og áhrif kornstefnu.Þannig gefur mismunandi kristallófræðileg stefna mismunandi korna hugsanlega skýringu á aukningu á tómum og samsöfnun HSFL eða LSFL-II, í sömu röð.
Til að skýra fyrstu vísbendingar um þessa tilgátu voru hrásýnin ætuð til að sýna kornmyndun nálægt yfirborðinu.Samanburður á korni á mynd.S3 er sýnd í aukaefninu.Að auki komu LSFL-I og LSFL-II fram í hópum á upphituðum sýnum.Stærð og rúmfræði þessara klasa samsvara kornastærðinni.
Þar að auki kemur HSFL aðeins fram á þröngu bili við lágan flæðisþéttleika vegna leiðsöguuppruna þess19,29,48.Þess vegna, í tilraunum, gerist þetta líklega aðeins á jaðri geislasniðsins.Þess vegna myndaðist HSFL á óoxuðu eða veikt oxuðu yfirborði, sem kom í ljós þegar borinn var saman oxíðhluti meðhöndlaðra og ómeðhöndlaðra sýna (sjá töflu afturtöflu: dæmi).Þetta staðfestir þá forsendu að oxíðlagið sé aðallega framkallað af leysinum.
Í ljósi þess að LIPSS myndun er venjulega háð fjölda púlsa vegna endurgjöf milli púlsa, er hægt að skipta út HSFLs fyrir stærri mannvirki eftir því sem púlsskörun eykst19.Óreglulegt HSFL leiðir til minna reglulegra styrkleikamynsturs (d-ham) sem þarf til að mynda LSFL-II.Þess vegna, þegar skörun \(o_\mathrm {p}\) eykst (sjá mynd 1 frá de), minnkar regluleiki LSFL-II.
Þessi rannsókn rannsakaði áhrif hitastigs undirlags á yfirborðsformgerð DLIP-meðhöndlaðs ryðfríu stáls með leysir uppbyggingu.Komið hefur í ljós að hitun undirlagsins úr 21 til 250°C leiðir til minnkunar á brottnámsdýpt úr 1,75 til 0,87 µm í s-skautuninni og úr 2,33 til 1,06 µm í p-skautuninni.Þessi lækkun stafar af breytingu á LIPSS gerð úr LSFL-I í LSFL-II, sem tengist leysi-framkölluðu yfirborðsoxíðlagi við hærra sýnishitastig.Að auki getur LSFL-II aukið þröskuldflæði vegna aukinnar oxunar.Gert er ráð fyrir að í þessu tæknikerfi með mikla púlsskörun, meðalorkuþéttleika og meðalendurtekningarhraða, ræðst tilvik LSFL-II einnig af breytingunni á liðfærsluvirkni sem orsakast af upphitun sýna.Gert er ráð fyrir að samsöfnun LSFL-II sé vegna kornaháðrar nanovoidmyndunar, sem leiðir til HSFL sem undanfara LSFL-II.Að auki eru áhrif skautunarstefnunnar á byggingartímabilið og bandbreidd byggingartímabilsins rannsökuð.Það kemur í ljós að p-skautun er skilvirkari fyrir DLIP ferlið hvað varðar brottnámsdýpt.Á heildina litið afhjúpar þessi rannsókn sett af ferlibreytum til að stjórna og hámarka dýpt DLIP brottnáms til að búa til sérsniðin yfirborðsmynstur.Að lokum er umskiptin frá LSFL-I yfir í LSFL-II algjörlega hitadrifin og búist er við lítilli aukningu á endurtekningartíðni með stöðugri skörun púls vegna aukinnar hitauppsöfnunar24.Allir þessir þættir skipta máli fyrir komandi áskorun um að stækka DLIP ferlið, til dæmis með því að nota marghyrnda skannakerfi49.Til að lágmarka hitauppsöfnun er hægt að fylgja eftirfarandi aðferð: Haltu skönnunarhraða marghyrningsskannarans eins háum og mögulegt er, notfærðu þér stærri leysiblettastærðina, hornrétt á skönnunarstefnuna og notaðu bestu brottnám.flæði 28. Að auki gera þessar hugmyndir kleift að búa til flókna stigveldisfræði fyrir háþróaða yfirborðsvirkni með því að nota DLIP.
Í þessari rannsókn voru notaðar rafpússaðar ryðfríar stálplötur (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0,8 mm þykkar.Til að fjarlægja mengunarefni af yfirborðinu voru sýnin þvegin vandlega með etanóli fyrir lasermeðferð (alger styrkur etanóls \(\ge\) 99,9%).
DLIP stillingin er sýnd á mynd 4. Sýni voru smíðuð með því að nota DLIP kerfi búið 12 ps ultrashort púls leysigjafa með bylgjulengd 532 nm og hámarks endurtekningartíðni 50 MHz.Staðbundin dreifing geislaorkunnar er Gauss.Sérhönnuð ljósfræði veita tvígeisla interferometric stillingar til að búa til línulega uppbyggingu á sýninu.Linsa með 100 mm brennivídd leggur tvo leysigeisla til viðbótar ofan á yfirborðið með föstu horninu 6,8\(^\circ\), sem gefur um það bil 4,5 µm rýmistímabil.Frekari upplýsingar um tilraunauppsetninguna má finna annars staðar50.
Fyrir laservinnslu er sýnið sett á hitaplötu við ákveðið hitastig.Hitastig hitaplötunnar var stillt á 21 og 250°C.Í öllum tilraunum var þverskiptur þjappað loftstraumur notaður ásamt útblástursbúnaði til að koma í veg fyrir rykútfellingu á ljósleiðara.X,y þrepakerfi er sett upp til að staðsetja sýnið á meðan á uppbyggingu stendur.
Hraði staðsetningarþrepakerfisins var breytilegur frá 66 til 200 mm/s til að fá skörun á milli púlsa upp á 99,0 til 99,67 \(\%\) í sömu röð.Í öllum tilfellum var endurtekningarhraðinn fastur við 200 kHz og meðalafl var 4 W sem gaf orku á púls upp á 20 μJ.Geislaþvermálið sem notað var í DLIP tilrauninni er um 100 µm og hámarks orkuþéttleiki leysisins er 0,5 J/cm\(^{2}\).Heildarorkan sem losnar á hverja flatarmálseiningu er hámark uppsafnaðs flæðis sem samsvarar 50 J/cm\(^2\) fyrir \(o_{\mathrm {p}}\) = 99,0 \(\%\), 100 J/cm \(^2\) fyrir \(o_{\mathrm {p))\)=99,5\(\%\) og 150 J/cm\(^2\) fyrir \(o_{ \mathrm {p} }\ ) = 99,67 \(\%\).Notaðu \(\lambda\)/2 plötuna til að breyta skautun leysigeislans.Fyrir hvert sett af breytum sem notað er er svæði sem er um það bil 35 × 5 mm\(^{2}\) áferð á sýninu.Allar skipulagðar tilraunir voru gerðar við umhverfisaðstæður til að tryggja hagkvæmni í iðnaði.
Formgerð sýnanna var skoðuð með confocal smásjá með 50x stækkun og sjón- og lóðrétta upplausn 170 nm og 3 nm, í sömu röð.Söfnuðu staðfræðigögnin voru síðan metin með yfirborðsgreiningarhugbúnaði.Dragðu út snið úr landslagsgögnum samkvæmt ISO 1661051.
Sýnin voru einnig auðkennd með því að nota rafeindasmásjá við hröðunarspennu 6,0 kV.Efnasamsetning yfirborðs sýnanna var metin með því að nota orkudreifandi röntgengeislagreiningu (EDS) viðhengi við 15 kV hröðunarspennu.Auk þess var sjónsmásjá með 50x hlutfalli notuð til að ákvarða kornformgerð smábyggingar sýnanna. Þar áður voru sýnin ætuð við stöðugt hitastig 50 \(^\circ\)C í fimm mínútur í ryðfríu stáli með saltsýru og saltpéturssýrustyrk 15–20 \(\%\) og 1\( -<\)5 \(\%\), í sömu röð. Þar áður voru sýnin ætuð við stöðugt hitastig 50 \(^\circ\)C í fimm mínútur í ryðfríu stáli með saltsýru og saltpéturssýrustyrk 15–20 \(\%\) og 1\( -<\)5 \(\%\), í sömu röð. Перед этим образцы травили при постоянной температуре 50 \(^\circ\) азотной кислотами концентрацией 15-20 \(\%\) og 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. Þar áður voru sýnin ætuð við stöðugt hitastig 50 \(^\circ\)C í fimm mínútur í málningu úr ryðfríu stáli með salt- og saltpéturssýrum með styrkleika 15-20 \(\%\) og 1\( -<\)5 \( \%\) í sömu röð.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，鸡酸和为盐酸和\(5%)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。Þar áður voru sýnin súrsuð í fimm mínútur við stöðugt hitastig 50 \(^\circ\)C í litunarlausn fyrir ryðfrítt stál með styrk saltsýru og saltpéturssýru 15-20 \(\%\) og 1 \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) í sömu röð.
Skýringarmynd af tilraunauppsetningu tveggja geisla DLIP uppsetningar, þar á meðal (1) leysigeisla, (2) \(\lambda\)/2 plötu, (3) DLIP höfuð með ákveðinni ljósstillingu, (4 ) heita plötu, (5) krossflæði, (6) x,y staðsetningarþrep og (7) sýni úr ryðfríu stáli.Tveir lagðir geislar, hringir í rauðum hring til vinstri, búa til línulega uppbyggingu á sýninu við \(2\theta\) horn (þar á meðal bæði s- og p-skautun).
Gagnasöfnin sem notuð eru og/eða greind í yfirstandandi rannsókn eru fáanleg hjá viðkomandi höfundum gegn sanngjörnum beiðni.
Pósttími: Jan-07-2023