Asante kwa kutembelea Nature.com.Unatumia toleo la kivinjari lenye uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Kwa kuongeza, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Huonyesha jukwa la slaidi tatu kwa wakati mmoja.Tumia vitufe vilivyotangulia na Vifuatavyo ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha vilivyo mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Kuingiliwa kwa laser ya moja kwa moja (DLIP) pamoja na muundo wa uso wa upimaji unaosababishwa na laser (LIPSS) inaruhusu kuundwa kwa nyuso za kazi kwa vifaa mbalimbali.Upitaji wa mchakato kawaida huongezeka kwa kutumia nguvu ya juu ya wastani ya laser.Hata hivyo, hii inasababisha mkusanyiko wa joto, ambayo huathiri ukali na sura ya muundo wa uso unaosababisha.Kwa hiyo, ni muhimu kujifunza kwa undani ushawishi wa joto la substrate kwenye morpholojia ya vipengele vilivyotengenezwa.Katika utafiti huu, uso wa chuma ulikuwa wa mstari na ps-DLIP saa 532 nm.Ili kuchunguza athari za joto la substrate kwenye topografia iliyosababishwa, sahani ya kupokanzwa ilitumiwa kudhibiti joto.Inapokanzwa hadi 250 \(^{\circ }\)С ilisababisha kupungua kwa kina kwa miundo iliyoundwa kutoka 2.33 hadi 1.06 µm.Kupungua kulihusishwa na kuonekana kwa aina tofauti za LIPSS kulingana na mwelekeo wa nafaka za substrate na oxidation ya uso inayotokana na laser.Utafiti huu unaonyesha athari kali ya halijoto ya substrate, ambayo pia inatarajiwa wakati matibabu ya uso yanafanywa kwa wastani wa juu wa nishati ya leza ili kuunda athari za mkusanyiko wa joto.
Mbinu za matibabu ya uso kwa msingi wa miale ya leza ya mpigo ya kasi ya juu ziko mstari wa mbele katika sayansi na tasnia kutokana na uwezo wao wa kuboresha sifa za uso wa nyenzo muhimu zaidi1.Hasa, utendakazi wa uso maalum unaotokana na leza ni wa hali ya juu katika sekta mbalimbali za viwanda na matukio ya matumizi1,2,3.Kwa mfano, Vercillo et al.Sifa za kuzuia barafu zimeonyeshwa kwenye aloi za titani kwa matumizi ya angani kulingana na superhydrophobicity inayotokana na laser.Epperlein et al aliripoti kuwa vipengele vya nanosized vinavyozalishwa na muundo wa uso wa leza vinaweza kuathiri ukuaji wa biofilm au kuzuiwa kwa vielelezo vya chuma5.Kwa kuongeza, Guai et al.pia iliboresha mali ya macho ya seli za jua za kikaboni.6 Kwa hivyo, muundo wa laser huruhusu utengenezaji wa vitu vya muundo wa azimio la juu kwa uondoaji uliodhibitiwa wa nyenzo za uso1.
Mbinu inayofaa ya uundaji wa leza ya kutengeneza miundo ya uso wa mara kwa mara ni uundaji wa mwingiliano wa laser wa moja kwa moja (DLIP).DLIP inategemea mwingiliano wa karibu wa uso wa mihimili miwili au zaidi ya leza ili kuunda nyuso zenye muundo na sifa katika masafa ya maikromita na nanomita.Kulingana na idadi na mgawanyiko wa mihimili ya leza, DLIP inaweza kubuni na kuunda anuwai ya miundo ya uso wa topografia.Mbinu ya kuahidi ni kuchanganya miundo ya DLIP na miundo ya uso wa upimaji inayotokana na leza (LIPSS) ili kuunda topografia ya uso yenye safu tata ya muundo8,9,10,11,12.Kwa asili, madaraja haya yameonyeshwa kutoa utendakazi bora zaidi kuliko miundo ya kiwango kimoja13.
Chaguo za kukokotoa za LIPSS zinategemea mchakato wa kujikuza (maoni chanya) kulingana na urekebishaji unaoongezeka wa uso wa karibu wa usambazaji wa nguvu ya mionzi.Hii ni kutokana na ongezeko la ukorofi kwani idadi ya mipigo ya leza inayotumika huongezeka 14, 15, 16. Urekebishaji hutokea hasa kwa sababu ya kuingiliwa kwa wimbi linalotolewa na uwanja wa sumakuumeme15,17,18,19,20,21 ya refracted na. vipengele vya wimbi vilivyotawanyika au plasmoni za uso.Uundaji wa LIPSS pia huathiriwa na muda wa mapigo22,23.Hasa, nguvu za juu za wastani za laser ni muhimu kwa matibabu ya juu ya uso yenye tija.Hii kawaida inahitaji matumizi ya viwango vya juu vya kurudia, yaani katika safu ya MHz.Kwa hiyo, umbali wa muda kati ya mapigo ya laser ni mfupi, ambayo husababisha athari za mkusanyiko wa joto 23, 24, 25, 26. Athari hii husababisha ongezeko la jumla la joto la uso, ambalo linaweza kuathiri kwa kiasi kikubwa utaratibu wa muundo wakati wa kuondolewa kwa laser.
Katika kazi iliyotangulia, Rudenko et al.na Tzibidis et al.Utaratibu wa uundaji wa miundo ya convective inajadiliwa, ambayo inapaswa kuwa muhimu zaidi kadiri mkusanyiko wa joto unavyoongezeka19,27.Kwa kuongeza, Bauer et al.Sawazisha kiasi muhimu cha mkusanyiko wa joto na miundo ya uso wa micron.Licha ya mchakato huu wa kuunda muundo unaochochewa na joto, inaaminika kwa ujumla kuwa tija ya mchakato inaweza kuboreshwa kwa kuongeza kiwango cha marudio28.Ingawa hii, kwa upande wake, haiwezi kupatikana bila ongezeko kubwa la hifadhi ya joto.Kwa hivyo, mikakati ya mchakato ambayo hutoa topolojia ya viwango vingi haiwezi kubebeka kwa viwango vya juu vya marudio bila kubadilisha kinetiki za mchakato na uundaji wa muundo9,12.Katika suala hili, ni muhimu sana kuchunguza jinsi joto la substrate huathiri mchakato wa malezi ya DLIP, hasa wakati wa kufanya mifumo ya uso wa layered kutokana na malezi ya wakati huo huo ya LIPSS.
Lengo la utafiti huu lilikuwa kutathmini athari za halijoto ya substrate kwenye topografia ya uso inayotokana wakati wa usindikaji wa DLIP wa chuma cha pua kwa kutumia ps kunde.Wakati wa usindikaji wa leza, halijoto ya sampuli ya substrate ililetwa hadi 250 \(^\circ\)C kwa kutumia sahani ya kupasha joto.Miundo ya uso iliyosababishwa iliainishwa kwa kutumia hadubini ya kuzunguka, hadubini ya elektroni ya skanning, na uchunguzi wa X-ray wa kutawanya nishati.
Katika mfululizo wa kwanza wa majaribio, substrate ya chuma ilichakatwa kwa kutumia usanidi wa mihimili miwili ya DLIP na muda wa anga wa 4.5 µm na halijoto ya sehemu ndogo ya \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ }\)C, ambayo hapo awali inarejelewa kama sehemu ya "isiyo na joto".Katika hali hii, mpigo wa mpigo \(o_{\mathrm {p}}\) ni umbali kati ya mipigo miwili kama kitendakazi cha saizi ya doa.Inatofautiana kutoka 99.0% (mipigo 100 kwa kila nafasi) hadi 99.67% (mipigo 300 kwa kila nafasi).Katika hali zote, msongamano wa nishati ya kilele \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (kwa sawa na Gaussian bila kuingiliwa) na marudio ya marudio f = 200 kHz yalitumiwa.Mwelekeo wa polarization ya boriti ya laser ni sawa na harakati ya meza ya nafasi (Mchoro 1a)), ambayo ni sawa na mwelekeo wa jiometri ya mstari iliyoundwa na muundo wa kuingiliwa kwa boriti mbili.Picha za uwakilishi wa miundo iliyopatikana kwa kutumia darubini ya elektroni ya skanning (SEM) imeonyeshwa kwenye Mtini.1a-c.Ili kusaidia uchanganuzi wa picha za SEM katika suala la topografia, mabadiliko ya Fourier (FFTs, yaliyoonyeshwa katika sehemu za giza) yalifanywa kwenye miundo inayotathminiwa.Katika visa vyote, jiometri ya DLIP iliyosababishwa ilionekana na kipindi cha anga cha 4.5 µm.
Kwa kesi \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% katika eneo lenye giza zaidi la Mtini.1a, sambamba na nafasi ya upeo wa kuingiliwa, mtu anaweza kuchunguza grooves yenye miundo ndogo sambamba.Zinapishana kwa mikanda angavu iliyofunikwa kwenye topografia inayofanana na chembechembe.Kwa sababu muundo wa sambamba kati ya grooves inaonekana kuwa perpendicular kwa polarization ya boriti ya laser na ina kipindi cha \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm, kidogo. chini ya urefu wa wimbi la laser \(\lambda\) (532 nm) inaweza kuitwa LIPSS na mzunguko wa chini wa anga (LSFL-I)15,18.LSFL-I hutoa ishara inayoitwa s-aina katika FFT, "s" kutawanya15,20.Kwa hiyo, ishara ni perpendicular kwa kipengele cha nguvu cha wima cha kati, ambacho kwa upande wake kinazalishwa na muundo wa DLIP (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\approx\) 4.5 µm).Ishara inayotokana na muundo wa mstari wa muundo wa DLIP katika picha ya FFT inajulikana kama "DLIP-aina".
Picha za SEM za miundo ya uso iliyoundwa kwa kutumia DLIP.Kiwango cha juu cha msongamano wa nishati ni \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (kwa usawa wa Gaussian isiyo na kelele) na kiwango cha kurudia f = 200 kHz.Picha zinaonyesha sampuli ya halijoto, utengano na mwekeleo.Mwendo wa awamu ya ujanibishaji umewekwa alama ya mshale mweusi katika (a).Kipengee cheusi kinaonyesha FFT inayolingana iliyopatikana kutoka kwa picha ya 37.25\(\times\)37.25 µm SEM (iliyoonyeshwa hadi wavevector inakuwa \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200 nm).Vigezo vya mchakato vinaonyeshwa katika kila takwimu.
Ukiangalia zaidi katika Kielelezo cha 1, unaweza kuona kwamba jinsi mwingiliano wa \(o_{\mathrm {p}}\) unavyoongezeka, ishara ya sigmoid hujilimbikizia zaidi mhimili wa x wa FFT.LSFL-I iliyobaki inaelekea kuwa sambamba zaidi.Kwa kuongeza, nguvu ya jamaa ya ishara ya aina ya s ilipungua na nguvu ya ishara ya aina ya DLIP iliongezeka.Hii ni kwa sababu ya mifereji inayozidi kutamkwa na mwingiliano zaidi.Pia, mawimbi ya mhimili wa x kati ya aina s na kituo lazima itoke kwa muundo wenye mwelekeo sawa na LSFL-I lakini yenye muda mrefu zaidi (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\approx \ ) 1.4 ± 0.2 µm) kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1c).Kwa hiyo, inachukuliwa kuwa malezi yao ni mfano wa mashimo katikati ya mfereji.Kipengele kipya pia kinaonekana katika masafa ya juu ya masafa (nambari kubwa ya wimbi) ya kuratibu.Ishara hutoka kwa viwimbi sambamba kwenye miteremko ya mtaro, uwezekano mkubwa kutokana na kuingiliwa kwa tukio na mwanga unaoakisiwa mbele kwenye miteremko9,14.Katika zifuatazo, ripples hizi zinaonyeshwa na LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), na ishara zao - kwa aina -s \ (_ {\ mathrm {p)) \).
Katika jaribio lililofuata, joto la sampuli lililetwa hadi 250 ° C chini ya kile kinachoitwa "joto".Muundo ulifanyika kulingana na mkakati wa usindikaji sawa na majaribio yaliyotajwa katika sehemu iliyopita (Mchoro 1a-1c).Picha za SEM zinaonyesha topografia inayotokana kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1d-f.Inapokanzwa sampuli hadi 250 C husababisha kuongezeka kwa kuonekana kwa LSFL, mwelekeo ambao ni sawa na polarization ya laser.Miundo hii inaweza kuainishwa kama LSFL-II na kuwa na kipindi cha anga \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) cha 247 ± 35 nm.Ishara ya LSFL-II haionyeshwa kwenye FFT kutokana na mzunguko wa hali ya juu.\(o_{\mathrm {p}}\) ilipoongezeka kutoka 99.0 hadi 99.67\(\%\) (Mchoro 1d-e), upana wa eneo la bendi mkali uliongezeka, ambayo ilisababisha kuonekana kwa ishara ya DLIP. kwa zaidi ya masafa ya juu.mawimbi (masafa ya chini) na hivyo kuhama kuelekea katikati ya FFT.Safu za mashimo kwenye Mchoro wa 1d inaweza kuwa watangulizi wa kinachojulikana kama grooves iliyoundwa perpendicular kwa LSFL-I22,27.Kwa kuongeza, LSFL-II inaonekana kuwa fupi na umbo lisilo la kawaida.Kumbuka pia kwamba ukubwa wa wastani wa bendi mkali na morphology ya nanograin ni ndogo katika kesi hii.Kwa kuongeza, usambazaji wa ukubwa wa nanoparticles hizi uligeuka kuwa chini ya kutawanywa (au kuongozwa na mkusanyiko mdogo wa chembe) kuliko bila joto.Kwa ubora, hii inaweza kutathminiwa kwa kulinganisha takwimu 1a, d au b, e, kwa mtiririko huo.
Wakati mwingiliano \(o_{\mathrm {p}}\) ulipoongezeka zaidi hadi 99.67% (Kielelezo 1f), topografia tofauti iliibuka hatua kwa hatua kutokana na mifereji inayozidi kuwa dhahiri.Hata hivyo, grooves hii inaonekana chini ya kupangwa na chini ya kina kuliko katika Mchoro 1c.Tofauti ya chini kati ya maeneo ya mwanga na giza ya picha huonekana katika ubora.Matokeo haya yanaungwa mkono zaidi na ishara dhaifu na iliyotawanyika zaidi ya uratibu wa FFT kwenye Mchoro 1f ikilinganishwa na FFT kwenye c.Striae ndogo pia zilionekana wakati wa kuongeza joto wakati wa kulinganisha Kielelezo 1b na e, ambacho kilithibitishwa baadaye na hadubini ya confocal.
Mbali na jaribio la awali, mgawanyiko wa boriti ya leza ulizungushwa na 90 \(^{\circ}\), ambayo ilisababisha mwelekeo wa polarization kusogea perpendicular kwa jukwaa la nafasi.Kwenye mtini.2a-c inaonyesha hatua za awali za uundaji wa muundo, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% katika isiyo na joto (a), yenye joto (b) na kupashwa joto 90\(^{\ circ }\ ) - Kesi na ubaguzi unaozunguka (c).Ili kuibua nanotopography ya miundo, maeneo yaliyowekwa alama ya mraba ya rangi yanaonyeshwa kwenye Mtini.2d, kwa kiwango kilichopanuliwa.
Picha za SEM za miundo ya uso iliyoundwa kwa kutumia DLIP.Vigezo vya mchakato ni sawa na katika Mchoro.1.Picha inaonyesha sampuli ya halijoto \(T_s\), ubaguzi na mwingiliano wa mapigo \(o_\mathrm {p}\).Kiingilio cheusi kinaonyesha tena ubadilishaji unaolingana wa Fourier.Picha katika (d)-(i) ni ukuzaji wa maeneo yaliyowekwa alama katika (a)-(c).
Katika kesi hii, inaweza kuonekana kuwa miundo katika maeneo meusi zaidi ya Mtini. Kielelezo 2g, i), ambacho kinaweza kuonekana kutoka kwa mwelekeo wa ishara ya aina ya s katika FFT inayofanana.Bandwidth ya kipindi cha LSFL-I inaonekana kubwa ikilinganishwa na kipindi b, na aina yake inabadilishwa kuelekea vipindi vidogo kwenye Mchoro 2c, kama inavyoonyeshwa na ishara iliyoenea zaidi ya aina ya s.Kwa hivyo, kipindi kifuatacho cha anga cha LSFL kinaweza kuzingatiwa kwenye sampuli kwa joto tofauti la joto: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}}\) = 418\(\pm 65\) nm saa 21 ^{\circ }\ )C (Kielelezo 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm na \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II) }} \) = 247 ± 35 nm kwa 250 ° C (Mchoro 2b) kwa polarization ya s.Kinyume chake, kipindi cha anga cha p-polarization na 250 \(^{\circ }\)C ni sawa na \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\)\) = 390\(\pm 55\ ) nm na \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (Mchoro 2c).
Hasa, matokeo yanaonyesha kuwa kwa kuongeza tu halijoto ya sampuli, mofolojia ya uso inaweza kubadili kati ya hali mbili kali, ikijumuisha (i) uso ulio na vipengee vya LSFL-I pekee na (ii) eneo lililofunikwa na LSFL-II.Kwa sababu uundaji wa aina hii maalum ya LIPSS kwenye nyuso za chuma huhusishwa na tabaka za oksidi ya uso, uchambuzi wa X-ray wa kutawanya nishati (EDX) ulifanyika.Jedwali la 1 linatoa muhtasari wa matokeo yaliyopatikana.Kila uamuzi unafanywa kwa wastani wa angalau mionekano minne katika maeneo tofauti kwenye uso wa sampuli iliyochakatwa.Vipimo hufanywa kwa sampuli tofauti za halijoto \(T_\mathrm{s}\) na misimamo tofauti ya uso wa sampuli iliyo na maeneo ambayo hayajaundwa au yaliyopangwa.Vipimo pia vina taarifa kuhusu tabaka za kina zisizo na oksidi ambazo ziko moja kwa moja chini ya eneo lililoyeyushwa, lakini ndani ya kina cha kupenya kwa elektroni cha uchambuzi wa EDX.Walakini, inapaswa kuzingatiwa kuwa EDX ni mdogo katika uwezo wake wa kuhesabu yaliyomo ya oksijeni, kwa hivyo maadili haya hapa yanaweza kutoa tathmini ya ubora tu.
Sehemu ambazo hazijatibiwa za sampuli hazikuonyesha kiasi kikubwa cha oksijeni katika halijoto zote za uendeshaji.Baada ya matibabu ya laser, viwango vya oksijeni viliongezeka katika hali zote31.Tofauti ya muundo wa msingi kati ya sampuli mbili ambazo hazijatibiwa ilikuwa kama inavyotarajiwa kwa sampuli za chuma za kibiashara, na viwango vya juu zaidi vya kaboni vilipatikana ikilinganishwa na karatasi ya mtengenezaji ya chuma cha AISI 304 kutokana na uchafuzi wa hydrocarbon32.
Kabla ya kujadili sababu zinazowezekana za kupungua kwa kina cha groove na mpito kutoka LSFL-I hadi LSFL-II, wiani wa spectral ya nguvu (PSD) na maelezo ya urefu hutumiwa.
(i) Msongamano wa spectral wa quasi-mbili-dimensional wa kawaida wa nguvu (Q2D-PSD) wa uso unaonyeshwa kama picha za SEM katika Kielelezo 1 na 2. 1 na 2. Kwa kuwa PSD imerekebishwa, kupungua kwa mawimbi ya jumla kunapaswa kuwa. inaeleweka kama ongezeko la sehemu isiyobadilika (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\), haijaonyeshwa), yaani ulaini.(ii) Wasifu wa wastani wa urefu wa uso unaolingana.Sampuli ya halijoto \(T_s\), mwingiliano \(o_{\mathrm {p}}\), na mgawanyiko wa leza E unaohusiana na mwelekeo \(\vec {v}\) wa harakati ya jukwaa la uwekaji huonyeshwa katika viwanja vyote.
Ili kukadiria mwonekano wa picha za SEM, wigo wa wastani wa nguvu uliosawazishwa ulitolewa kutoka kwa angalau picha tatu za SEM kwa kila kigezo kilichowekwa kwa wastani wa msongamano wa spectral wa nguvu za mwelekeo mmoja (PSDs) katika mwelekeo wa x au y.Grafu inayolingana imeonyeshwa kwenye Mchoro 3i inayoonyesha mabadiliko ya mzunguko wa ishara na mchango wake wa jamaa kwa wigo.
Kwenye mtini.3ia, c, e, kilele cha DLIP hukua karibu na \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ ( ^{- 1}\) au ulinganifu wa hali ya juu zaidi kadiri muingiliano unavyoongezeka \(o_{\mathrm {p))\).Kuongezeka kwa amplitude ya msingi kulihusishwa na maendeleo yenye nguvu ya muundo wa LRIB.Amplitude ya harmonics ya juu huongezeka kwa mwinuko wa mteremko.Kwa vitendakazi vya mstatili kama visa vya kuzuia, ukadiriaji unahitaji idadi kubwa zaidi ya masafa.Kwa hivyo, kilele cha karibu 1.4 µm\(^{-1}\) katika PSD na maumbo yanayolingana yanaweza kutumika kama vigezo vya ubora wa umbo la kijiti.
Kinyume chake, kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo 3(i)b,d,f, PSD ya sampuli ya joto huonyesha vilele hafifu na vipana vyenye mawimbi machache katika uelewano husika.Kwa kuongeza, katika mtini.3(i)f inaonyesha kuwa ishara ya pili ya sauti hata inazidi ishara ya kimsingi.Hii inaonyesha muundo wa DLIP usio wa kawaida na usiotamkwa zaidi wa sampuli ya joto (ikilinganishwa na \(T_s\) = 21\(^\circ\)C).Kipengele kingine ni kwamba mwingiliano \(o_{\mathrm {p}}\) unapoongezeka, mawimbi yanayotokana ya LSFL-I huhama kuelekea nambari ndogo ya wimbi (muda mrefu).Hii inaweza kuelezewa na kuongezeka kwa mwinuko wa kando ya hali ya DLIP na ongezeko la ndani linalohusiana na angle ya matukio14,33.Kufuatia hali hii, upanuzi wa ishara ya LSFL-I pia inaweza kuelezewa.Mbali na miteremko mikali, pia kuna maeneo ya tambarare chini na juu ya miamba ya muundo wa DLIP, kuruhusu aina mbalimbali za vipindi vya LSFL-I.Kwa nyenzo zinazonyonya sana, kipindi cha LSFL-I kawaida hukadiriwa kama:
ambapo \(\theta\) ni pembe ya matukio, na maandikisho s na p yanarejelea mgawanyiko tofauti33.
Ikumbukwe kwamba ndege ya matukio ya usanidi wa DLIP kawaida huwa sawa na harakati ya jukwaa la kuweka, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4 (tazama sehemu ya Nyenzo na Mbinu).Kwa hiyo, s-polarization, kama sheria, ni sawa na harakati ya hatua, na p-polarization ni perpendicular yake.Kulingana na equation.(1), kwa mgawanyiko wa s, kuenea na kuhama kwa mawimbi ya LSFL-I kuelekea nambari ndogo za mawimbi kunatarajiwa.Hii ni kutokana na ongezeko la \(\theta\) na masafa ya angular \(\theta \pm \delta \theta\) huku kina cha mitaro kinapoongezeka.Hii inaweza kuonekana kwa kulinganisha kilele cha LSFL-I kwenye Mchoro 3ia,c,e.
Kulingana na matokeo yaliyoonyeshwa kwenye Mtini.1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) pia inaonekana katika PSD inayolingana kwenye tini.3 yaani.Kwenye mtini.3ig,h inaonyesha PSD kwa ugawanyiko wa p.Tofauti katika vilele vya DLIP inaonekana zaidi kati ya sampuli za joto na zisizo na joto.Katika kesi hii, ishara kutoka kwa LSFL-I inaingiliana na harmonics ya juu ya kilele cha DLIP, na kuongeza kwa ishara karibu na urefu wa lasing.
Ili kujadili matokeo kwa undani zaidi, katika Mchoro 3ii unaonyesha kina cha kimuundo na mwingiliano kati ya mipigo ya usambazaji wa urefu wa mstari wa DLIP katika viwango mbalimbali vya joto.Wasifu wa urefu wa wima wa uso ulipatikana kwa wastani wa wasifu kumi wa urefu wa wima wa kibinafsi kuzunguka katikati ya muundo wa DLIP.Kwa kila joto linalotumiwa, kina cha muundo huongezeka kwa kuongezeka kwa mapigo yanaingiliana.Wasifu wa sampuli yenye joto huonyesha vijiti vilivyo na thamani za wastani za kilele hadi kilele (pvp) ya 0.87 µm kwa s-polarization na 1.06 µm kwa p-polarization.Kinyume chake, mgawanyiko wa s na p-polarization wa sampuli isiyo na joto huonyesha pvp ya 1.75 µm na 2.33 µm, mtawalia.Pvp inayolingana inaonyeshwa kwenye wasifu wa urefu kwenye tini.3ii.Kila wastani wa PvP huhesabiwa kwa wastani wa PvP nane moja.
Kwa kuongeza, katika mtini.3iig,h inaonyesha mgawanyo wa urefu wa p-polarization perpendicular kwa mfumo wa nafasi na harakati ya groove.Mwelekeo wa mgawanyiko wa p una athari chanya kwenye kina cha shimo kwa kuwa husababisha pvp ya juu kidogo kuwa 2.33 µm ikilinganishwa na mgawanyiko wa s katika 1.75 µm pvp.Hii kwa upande inalingana na grooves na harakati ya mfumo wa jukwaa la nafasi.Athari hii inaweza kusababishwa na muundo mdogo katika kesi ya s-polarization ikilinganishwa na kesi ya p-polarization (ona Mchoro 2f, h), ambayo itajadiliwa zaidi katika sehemu inayofuata.
Madhumuni ya majadiliano ni kueleza kupungua kwa kina cha groove kutokana na mabadiliko katika darasa kuu la LIPS (LSFL-I hadi LSFL-II) katika kesi ya sampuli za joto.Kwa hivyo jibu maswali yafuatayo:
Ili kujibu swali la kwanza, ni muhimu kuzingatia taratibu zinazohusika na kupunguza uondoaji wa damu.Kwa mpigo mmoja katika matukio ya kawaida, kina cha uondoaji kinaweza kuelezewa kama:
ambapo \(\delta _{\mathrm {E}}\) ni kina cha kupenya nishati, \(\Phi\) na \(\Phi _{\mathrm {th}}\) ni ufasaha wa kunyonya na ufasaha wa Uondoaji. kizingiti, kwa mtiririko huo34.
Kihisabati, kina cha kupenya kwa nishati kina athari ya kuzidisha kwa kina cha uondoaji, wakati mabadiliko ya nishati yana athari ya logarithmic.Kwa hivyo mabadiliko ya ufasaha hayaathiri \(\Delta z\) mradi tu \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\).Hata hivyo, oxidation kali (kwa mfano, kutokana na uundaji wa oksidi ya chromium) husababisha vifungo vyenye nguvu vya Cr-O35 ikilinganishwa na vifungo vya Cr-Cr, na hivyo kuongeza kizingiti cha uondoaji.Kwa hivyo, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) haijaridhika tena, ambayo husababisha kupungua kwa kasi kwa kina cha uondoaji na kupungua kwa msongamano wa mtiririko wa nishati.Kwa kuongeza, uwiano kati ya hali ya oxidation na kipindi cha LSFL-II inajulikana, ambayo inaweza kuelezewa na mabadiliko katika muundo wa nano yenyewe na mali ya macho ya uso unaosababishwa na oxidation ya uso30,35.Kwa hiyo, usambazaji halisi wa uso wa ufasaha wa kunyonya \(\Phi\) unatokana na mienendo tata ya mwingiliano kati ya kipindi cha kimuundo na unene wa safu ya oksidi.Kulingana na kipindi hicho, muundo wa nano huathiri sana usambazaji wa flux ya nishati iliyoingizwa kutokana na ongezeko kubwa la shamba, msisimko wa plasmoni za uso, uhamisho wa ajabu wa mwanga au kutawanyika17,19,20,21.Kwa hivyo, \(\Phi\) haina usawa karibu na uso, na \(\delta _ {E}\) labda haiwezekani tena kwa mgawo mmoja wa kunyonya \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt} } } ^ { -1} \takriban \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) kwa sauti nzima ya uso wa karibu.Kwa kuwa unene wa filamu ya oksidi hutegemea kwa kiasi kikubwa muda wa uimarishaji [26], athari ya utaratibu wa majina inategemea joto la sampuli.Maikrografu za macho zilizoonyeshwa kwenye Kielelezo S1 katika Nyenzo ya Ziada zinaonyesha mabadiliko katika sifa za macho.
Athari hizi kwa kiasi huelezea kina cha chini cha mitaro katika kesi ya miundo midogo ya uso katika Kielelezo 1d,e na 2b,c na 3(ii)b,d,f.
LSFL-II inajulikana kuunda kwenye semiconductors, dielectrics, na nyenzo zinazokabiliwa na oxidation14,29,30,36,37.Katika kesi ya mwisho, unene wa safu ya oksidi ya uso ni muhimu sana30.Uchunguzi wa EDX uliofanywa ulifunua uundaji wa oksidi za uso kwenye uso uliopangwa.Kwa hivyo, kwa sampuli zisizo na joto, oksijeni iliyoko inaonekana kuchangia uundaji wa sehemu ya chembe za gesi na uundaji wa oksidi za uso.Matukio yote mawili yana mchango mkubwa katika mchakato huu.Kinyume chake, kwa sampuli za joto, oksidi za chuma za hali mbalimbali za oxidation (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, n.k.) ziko wazi 38 kwa kupendelea.Mbali na safu ya oksidi inayohitajika, uwepo wa ukali wa subwavelength, haswa masafa ya juu ya anga ya LIPSS (HSFL), inahitajika kuunda njia za kiwango cha subwavelength (d-aina) 14,30.Hali ya mwisho ya kiwango cha LSFL-II ni kazi ya amplitude ya HSFL na unene wa oksidi.Sababu ya hali hii ni kuingiliwa kwa uwanja wa mbali wa mwanga uliotawanyika na HSFL na mwanga uliopigwa ndani ya nyenzo na kueneza ndani ya nyenzo za dielectric ya uso20,29,30.Picha za SEM za ukingo wa mchoro wa uso katika Kielelezo S2 katika sehemu ya Nyenzo za Ziada ni dalili ya HSFL iliyokuwepo awali.Eneo hili la nje limeathiriwa hafifu na pembezoni ya usambazaji wa nguvu, ambayo inaruhusu uundaji wa HSFL.Kwa sababu ya ulinganifu wa usambazaji wa nguvu, athari hii pia hufanyika kando ya mwelekeo wa skanning.
Kupokanzwa kwa sampuli huathiri mchakato wa malezi ya LSFL-II kwa njia kadhaa.Kwa upande mmoja, ongezeko la joto la sampuli \(T_\mathrm{s}\) lina athari kubwa zaidi kwa kiwango cha ugandishaji na ubaridi kuliko unene wa safu iliyoyeyushwa26.Kwa hivyo, kiolesura cha kioevu cha sampuli yenye joto huwekwa wazi kwa oksijeni iliyoko kwa muda mrefu.Kwa kuongeza, uimarishaji uliocheleweshwa huruhusu maendeleo ya michakato tata ya convective ambayo huongeza mchanganyiko wa oksijeni na oksidi na chuma kioevu26.Hii inaweza kuonyeshwa kwa kulinganisha unene wa safu ya oksidi inayoundwa tu na uenezaji (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) Muda unaolingana wa kuganda ni \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns, na mgawo wa usambaaji \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/ s) Unene wa juu zaidi ulionekana au unahitajika katika uundaji wa LSFL-II30.Kwa upande mwingine, inapokanzwa pia huathiri uundaji wa HSFL na hivyo vitu vya kutawanya vinavyohitajika ili kuhamia kwenye hali ya kiwango cha LSFL-II d.Mfiduo wa nanovoidi zilizonaswa chini ya uso unapendekeza kuhusika kwao katika uundaji wa HSFL39.Kasoro hizi zinaweza kuwakilisha asili ya sumakuumeme ya HSFL kutokana na ruwaza za nguvu za mara kwa mara zinazohitajika14,17,19,29.Kwa kuongeza, njia hizi za nguvu zinazozalishwa ni sawa zaidi na idadi kubwa ya nanovoids19.Kwa hivyo, sababu ya kuongezeka kwa matukio ya HSFL inaweza kuelezewa na mabadiliko katika mienendo ya kasoro za kioo kadiri \(T_\mathrm{s}\) inavyoongezeka.
Hivi karibuni imeonyeshwa kuwa kiwango cha baridi cha silicon ni kigezo muhimu cha uboreshaji wa ndani wa ndani na hivyo kwa mkusanyiko wa kasoro za uhakika na kuundwa kwa dislocations40,41.Uigaji wa mienendo ya molekuli ya metali safi umeonyesha kuwa nafasi za kazi husawika zaidi wakati wa urekebishaji upya wa haraka, na hivyo mlundikano wa nafasi katika metali unaendelea kwa njia sawa42,43,44.Aidha, tafiti za hivi karibuni za majaribio ya fedha zimezingatia utaratibu wa uundaji wa voids na makundi kutokana na mkusanyiko wa kasoro za uhakika45.Kwa hiyo, ongezeko la joto la sampuli \(T_\mathrm {s}\) na, kwa hiyo, kupungua kwa kiwango cha baridi kunaweza kuathiri uundaji wa voids, ambayo ni nuclei ya HSFL.
Ikiwa nafasi ni vitangulizi muhimu vya mashimo na kwa hivyo HSFL, sampuli ya halijoto \(T_s\) inapaswa kuwa na athari mbili.Kwa upande mmoja, \(T_s\) huathiri kiwango cha urekebishaji tena na, kwa hivyo, mkusanyiko wa kasoro za uhakika (mkusanyiko wa nafasi) katika fuwele iliyokua.Kwa upande mwingine, pia huathiri kiwango cha baridi baada ya kuimarisha, na hivyo kuathiri kuenea kwa kasoro za uhakika katika kioo 40,41.Kwa kuongeza, kiwango cha uimara hutegemea mwelekeo wa kioo na hivyo ni anisotropiki ya juu, kama vile uenezi wa kasoro za uhakika42,43.Kulingana na Nguzo hii, kutokana na mwitikio wa anisotropiki wa nyenzo, mwingiliano wa mwanga na jambo huwa anisotropic, ambayo kwa upande wake huongeza kutolewa kwa mara kwa mara kwa nishati.Kwa vifaa vya polycrystalline, tabia hii inaweza kupunguzwa na ukubwa wa nafaka moja.Kwa kweli, uundaji wa LIPSS umeonyeshwa kulingana na mwelekeo wa nafaka46,47.Kwa hivyo, athari ya sampuli ya halijoto \(T_s\) kwenye kasi ya ufuwele inaweza isiwe kali kama athari ya mwelekeo wa nafaka.Kwa hivyo, mwelekeo tofauti wa fuwele wa nafaka tofauti hutoa maelezo ya uwezekano wa kuongezeka kwa utupu na mkusanyiko wa HSFL au LSFL-II, mtawalia.
Ili kufafanua dalili za awali za nadharia hii, sampuli mbichi ziliwekwa ili kufunua uundaji wa nafaka karibu na uso.Ulinganisho wa nafaka kwenye mtini.S3 imeonyeshwa kwenye nyenzo za ziada.Kwa kuongeza, LSFL-I na LSFL-II ilionekana katika vikundi kwenye sampuli za joto.Ukubwa na jiometri ya makundi haya yanahusiana na ukubwa wa nafaka.
Zaidi ya hayo, HSFL hutokea tu katika safu nyembamba katika msongamano wa chini wa flux kutokana na asili yake ya kubadilika19,29,48.Kwa hiyo, katika majaribio, hii labda hutokea tu kwenye pembezoni ya wasifu wa boriti.Kwa hivyo, HSFL iliundwa kwenye nyuso zisizo na oksidi au zilizo na oksidi dhaifu, ambayo ilionekana wazi wakati wa kulinganisha sehemu za oksidi za sampuli zilizotibiwa na ambazo hazijatibiwa (angalia reftab ya jedwali: mfano).Hii inathibitisha dhana kwamba safu ya oksidi inasababishwa hasa na laser.
Ikizingatiwa kuwa uundaji wa LIPSS kwa kawaida hutegemea idadi ya mipigo kutokana na maoni baina ya mpigo, HSFL inaweza kubadilishwa na miundo mikubwa kadri mipigo ya mpigo inavyoongezeka19.HSFL ya kawaida husababisha muundo wa kiwango cha chini cha kawaida (d-mode) unaohitajika ili kuunda LSFL-II.Kwa hiyo, wakati mwingiliano wa \(o_\mathrm {p}\) unavyoongezeka (angalia Mchoro 1 kutoka kwa de), kawaida ya LSFL-II inapungua.
Utafiti huu ulichunguza athari za halijoto ya substrate kwenye mofolojia ya uso ya DLIP iliyotengenezwa kwa leza iliyotibiwa chuma cha pua.Imegundulika kuwa inapokanzwa substrate kutoka 21 hadi 250 ° C husababisha kupungua kwa kina cha uondoaji kutoka 1.75 hadi 0.87 µm katika mgawanyiko wa s na kutoka 2.33 hadi 1.06 µm katika p-polarization.Kupungua huku kunatokana na mabadiliko ya aina ya LIPSS kutoka LSFL-I hadi LSFL-II, ambayo inahusishwa na safu ya oksidi ya uso inayotokana na leza kwenye joto la juu la sampuli.Kwa kuongeza, LSFL-II inaweza kuongeza mtiririko wa kizingiti kutokana na kuongezeka kwa oxidation.Inachukuliwa kuwa katika mfumo huu wa kiteknolojia na mwingiliano wa juu wa mapigo, wiani wa wastani wa nishati na kiwango cha wastani cha kurudia, tukio la LSFL-II pia limedhamiriwa na mabadiliko ya mienendo ya kutenganisha inayosababishwa na joto la sampuli.Ujumlisho wa LSFL-II unakisiwa kuwa umetokana na uundaji wa nanovoidi unaotegemea mwelekeo wa nafaka, na kusababisha HSFL kama kitangulizi cha LSFL-II.Kwa kuongeza, ushawishi wa mwelekeo wa polarization kwenye kipindi cha kimuundo na bandwidth ya kipindi cha kimuundo kinasomwa.Inabadilika kuwa p-polarization ni bora zaidi kwa mchakato wa DLIP katika suala la kina cha uondoaji.Kwa ujumla, utafiti huu unafichua seti ya vigezo vya mchakato ili kudhibiti na kuboresha kina cha utoaji wa DLIP ili kuunda mifumo ya uso iliyogeuzwa kukufaa.Hatimaye, mabadiliko kutoka LSFL-I hadi LSFL-II yanaendeshwa na joto kabisa na ongezeko ndogo la kasi ya kurudia linatarajiwa na mwingiliano wa mara kwa mara wa mapigo kwa sababu ya kuongezeka kwa joto24.Vipengele hivi vyote ni muhimu kwa changamoto inayokuja ya kupanua mchakato wa DLIP, kwa mfano kupitia matumizi ya mifumo ya skanning ya pembe nyingi49.Ili kupunguza ongezeko la joto, mkakati ufuatao unaweza kufuatwa: weka kasi ya kuchanganua ya kichanganuzi cha poligonal juu iwezekanavyo, ukinufaika na saizi kubwa ya doa ya leza, mwelekeo wa utambazaji, na kutumia uondoaji bora zaidi.ufasaha 28. Kwa kuongeza, mawazo haya yanaruhusu kuundwa kwa topografia changamano ya kihierarkia kwa ajili ya utendaji wa hali ya juu wa uso kwa kutumia DLIP.
Katika utafiti huu, sahani za chuma cha pua za electropolished (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0.8 mm nene zilitumiwa.Ili kuondoa uchafuzi wowote kutoka kwa uso, sampuli zilioshwa kwa uangalifu na ethanol kabla ya matibabu ya laser (mkusanyiko kamili wa ethanol \(\ge\) 99.9%).
Mpangilio wa DLIP umeonyeshwa kwenye Mchoro 4. Sampuli zilijengwa kwa kutumia mfumo wa DLIP ulio na chanzo cha laser ya 12 ps ultrashort yenye urefu wa 532 nm na kiwango cha juu cha kurudia cha 50 MHz.Usambazaji wa anga wa nishati ya boriti ni Gaussian.Optics iliyoundwa mahususi hutoa usanidi wa mihimili miwili ili kuunda miundo ya mstari kwenye sampuli.Lenzi yenye urefu wa kulenga wa mm 100 huweka juu mihimili miwili ya ziada ya leza kwenye uso kwa pembe isiyobadilika ya 6.8\(^\circ\), ambayo inatoa muda wa anga wa takriban 4.5 µm.Maelezo zaidi juu ya usanidi wa majaribio yanaweza kupatikana mahali pengine50.
Kabla ya usindikaji wa laser, sampuli huwekwa kwenye sahani ya joto kwa joto fulani.Joto la sahani ya kupokanzwa limewekwa kwa 21 na 250 ° C.Katika majaribio yote, jeti inayopitika ya hewa iliyobanwa ilitumiwa pamoja na kifaa cha kutolea moshi ili kuzuia utuaji wa vumbi kwenye optics.Mfumo wa hatua ya x,y umewekwa ili kuweka sampuli wakati wa uundaji.
Kasi ya mfumo wa hatua ya uwekaji ilitofautiana kutoka 66 hadi 200 mm/s ili kupata mwingiliano kati ya mipigo ya 99.0 hadi 99.67 \(\%\) kwa mtiririko huo.Katika hali zote, kiwango cha kurudia kiliwekwa kwa 200 kHz, na nguvu ya wastani ilikuwa 4 W, ambayo ilitoa nishati kwa pigo la 20 μJ.Kipenyo cha boriti kilichotumika katika jaribio la DLIP ni takriban µm 100, na kilele cha msongamano wa nishati ya leza ni 0.5 J/cm\(^{2}\).Jumla ya nishati iliyotolewa kwa kila eneo la kitengo ni ufasaha wa kilele unaolingana na 50 J/cm\(^2\) kwa \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm \(^2\) kwa \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) na 150 J/cm\(^2\) kwa \(o_{ \mathrm {p} }\) ) = 99.67 \(\%\).Tumia sahani \(\lambda\)/2 ili kubadilisha ugawanyiko wa boriti ya leza.Kwa kila seti ya vigezo vinavyotumiwa, eneo la takriban 35 × 5 mm\(^{2}\) limechorwa kwenye sampuli.Majaribio yote yaliyopangwa yalifanywa chini ya hali ya mazingira ili kuhakikisha utumiaji wa viwanda.
Mofolojia ya sampuli ilichunguzwa kwa kutumia darubini ya confocal yenye ukuzaji wa 50x na azimio la macho na wima la 170 nm na 3 nm, kwa mtiririko huo.Data iliyokusanywa ya topografia ilitathminiwa kwa kutumia programu ya uchanganuzi wa uso.Toa wasifu kutoka kwa data ya ardhi ya eneo kulingana na ISO 1661051.
Sampuli hizo pia ziliainishwa kwa kutumia darubini ya elektroni ya skanning kwa voltage inayoongeza kasi ya 6.0 kV.Muundo wa kemikali wa uso wa sampuli ulitathminiwa kwa kutumia kiambatisho cha X-ray cha kutawanya nishati (EDS) kwa voltage inayoongeza kasi ya 15 kV.Kwa kuongeza, darubini ya macho yenye lengo la 50x ilitumiwa kuamua mofolojia ya punjepunje ya muundo mdogo wa sampuli. Kabla ya hapo, sampuli ziliwekwa kwa joto la kawaida la 50 \(^\circ\)C kwa dakika tano katika doa la chuma cha pua na asidi hidrokloriki na mkusanyiko wa asidi ya nitriki 15-20 \(\%\) na 1\( -<\)5 \(\%\), mtawalia. Kabla ya hapo, sampuli ziliwekwa kwa joto la kawaida la 50 \(^\circ\)C kwa dakika tano katika doa la chuma cha pua na asidi hidrokloriki na mkusanyiko wa asidi ya nitriki 15-20 \(\%\) na 1\( -<\)5 \(\%\), mtawalia. Ilitafsiriwa kama ifuatavyo: 50 \(^\circ\) С в течение пяти минут в краске из нержавеюной температуре из краске из нержавеюной температур 15-20 \(\%\) na 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. Kabla ya hapo, sampuli ziliwekwa kwa joto la kawaida la 50 \(^\circ\)C kwa dakika tano katika rangi ya chuma cha pua na asidi hidrokloriki na nitriki na mkusanyiko wa 15-20 \(\%\) na 1\( -<\)5 \( \%\) mtawalia.在此之前，樣品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C 的恒温蚀刻五分钟，盐酸和硝酸浓度為\15–20) <(15-20) \(1) (\%\),分别.在此之前，樣品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\)，分别.Kabla ya hapo, sampuli zilichujwa kwa dakika tano kwa joto la kawaida la 50 \(^\circ\)C katika suluhisho la madoa kwa chuma cha pua na mkusanyiko wa asidi hidrokloriki na nitriki 15-20 \(\%\) na 1. \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) mtawalia.
Mchoro wa mpangilio wa usanidi wa majaribio wa usanidi wa DLIP wa mihimili miwili, ikijumuisha (1) boriti ya leza, (2) sahani \(\lambda\)/2, (3) kichwa cha DLIP kilicho na usanidi fulani wa macho, (4) ) sahani moto, (5) a cross-fluidic , (6) x,y hatua za kuweka nafasi na (7) vielelezo vya chuma cha pua.Mihimili miwili iliyowekwa juu, iliyozungushiwa nyekundu upande wa kushoto, huunda miundo ya mstari kwenye sampuli katika pembe \(2\theta\) (pamoja na s- na p-polarization).
Seti za data zilizotumika na/au kuchambuliwa katika utafiti wa sasa zinapatikana kutoka kwa waandishi husika kwa ombi linalofaa.
Muda wa kutuma: Jan-07-2023