激光法制备超细纳米金刚石的相变机理

为了研究激光法制备纳米金刚石的相变机理,采用纳秒脉冲激光冲击微米级石墨悬浮液,并做强酸高温氧化提纯处理,结合X射线衍射、喇曼光谱、高分辨率透射电镜等表征手段以及热力学和动力学分析方法,对实验结果进行了理论分析和实验验证。合成得到分散均匀、尺寸在4nm~12nm的超细纳米金刚石。结果表明,纳秒激光辐照下,石墨是通过固态-气态-液态-固态的形式转变为金刚石结构的;与毫秒脉冲激光相比,高功率密度、短脉宽的纳秒激光为金刚石核的生长提供了大的过冷度,提高了金刚石的形核率和生长速率;但是纳米金刚石的生长温度范围极小,冷却过程中石墨结构与金刚石结构同时形核、长大,引起金刚石颗粒表面的石墨化,限制了纳米金刚石的生长。     

激光辅助EACVD低温生长纳米金刚石薄膜

近年来，利用高温CVD技术淀积大面积、高质量金刚石薄膜的研究已取得了突破性成果。但随着金刚石薄膜在光学、医学、光电子学等领域的应用，低温合成纳米金刚石薄膜已成为目前国内外研究的重点课题。纳米材料本身的优越性及金刚石薄膜所具有的优异物理化学性质，将使纳米金刚石薄膜具有广阔的应用前景。故低温合成纳米金刚石薄膜的研究具有重要的实际意义。本工作采用激光辅助技术，利用非聚焦的准分子激光束激活硅（Si）基片表面粒子，激光能量为70～180mJ，激光脉宽为20us。反应气体为CH4 H2，所用基片为Si（100）单晶片。在基片温度…     

基于类金刚石沉积的短脉宽XeCl激光设计及脉宽分析

在气体配比HCl:Xe:He=0.12％:1％:98.88％实现了大功率短脉冲XeCl准分子激光器,以纳米异质结构、微观量子阱、表面微小尺度薄膜沉积,镀制金刚石薄膜、半导体薄膜、巨磁薄膜,及外延生长及后续的光刻、激光与物质的相互作用、等离子体研究为目的,设计了高能量、短脉宽脉冲放电激励的XeCl准分子激光器新型结构,完成了脉冲波形测试。试验结果表明:激光脉宽最短13ns,单脉冲能量450mJ,矩形光斑大小2cm×1cm,束散角3mrad,最高重复频率5 Hz。验证了激光器结构、动力学速率方程、总结出了饱和增益、脉宽规律。产生的短脉宽激光热融蚀效应小,类金钢石材料对基底形成了良好的等离子溅射羽辉。     

铜合金激光烧蚀的实验观测和动力学分析

本文对高功率脉冲激光作用铜合金的烧蚀特性进行了实验观测,发现作用区域微区富银或银含量的再分布效应。测量了激光烧蚀轮廓得到物质逸出速率,并从气体动力学方程出发对物质逸出速率进行计算,获得与实验测定一致的结果。     

单晶金刚石飞秒激光加工的烧蚀阈值实验

采用不同功率的飞秒激光对单晶金刚石分别进行了单脉冲分离烧蚀实验和多脉冲累积烧蚀实验,计算得到了单晶金刚石材料的单脉冲烧蚀阈值和多脉冲累积烧蚀阈值,并研究了多脉冲作用下单晶金刚石烧蚀阈值的变化。结果表明:单晶金刚石的飞秒激光单脉冲烧蚀阈值为8.80 J/cm^2;随着有效脉冲数增加,烧蚀阈值逐渐减小;当有效脉冲数小于124时,烧蚀阈值随有效脉冲数的增加而急剧减小;当有效脉冲数增加到486后,烧蚀阈值减小的趋势趋于平缓。有效脉冲数486、激光平均功率10.7 W是最优的激光加工工艺参数。     

激光烧蚀制备按尺寸自然分离的纳米Si晶粒

提出了一种将激光烧蚀制备的纳米Si晶粒按尺寸大小进行分离的新方法。在10 Pa高纯环境气体Ar下,采用波长为308 nm的XeCl准分子激光器,固定激光单脉冲能量密度为3 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在等离子羽轴线正下方2.0 cm处平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底来收集纳米Si晶粒。拉曼(Raman)谱测量结果显示,在距靶平行距离为0.5-2.8 cm范围内,所制备的薄膜中均有纳米Si晶粒形成。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面形貌,对图中的纳米Si晶粒统计分析表明,随着离靶平行距离的增大,所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小。从烧蚀动力学角度对实验结果进行了定性解释,因为不同尺寸的纳米Si晶粒获得了不同的水平速度,所以在重力作用下实现了尺寸的自然分离。     

长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究

为了获得聚晶立方氮化硼（PCBN）最优的激光切割质量和切割效率,依据烧蚀直径和入射激光脉冲能量的函数关系,得出PCBN烧蚀阈值为1.796J/cm2。采用Nd:YAG激光器对型号为BN250的PCBN进行切割试验,分析了切割速率、激光功率以及脉冲频率对切割质量的影响规律。通过切缝的显微观测对比,总结出不同激光工艺参量下PCBN缝宽的变化趋势。结果表明,对于脉宽为100μs的激光,当激光功率为28W、脉冲频率为60Hz、切割速率为20mm/min时,能够获得PCBN激光切割的最优切缝和较高的切割效率。该工艺方法和数据的建立,对今后PCBN或其它超硬材料的激光加工有着重要参考价值。     

激光烧蚀技术制备液相金属纳米粒子的研究进展

金属纳米粒子以其尺寸相关的独特的光电子、化学特性在许多领域都有极其重要的应用价值。因而，制备尺寸可控的金属纳米粒子具有重大的研究意义。溶液中制备金属纳米粒子或团簇，有可能控制纳米粒子的形态和尺寸分布，从而获得具有一定大小和结构的功能分子。本文首先介绍了几种制备液相金属纳米粒子的化学方法，然后详细阐述了激光烧蚀制备液相金属纳米粒子的特点、动力学形成机制和国外最新发展状况。另外，展望了激光烧蚀技术用于制备液相金属纳米粒子的发展前景。     

飞秒激光刻蚀纳米金刚石涂层材料去除率的研究

通过改变飞秒激光的重复频率、聚焦光斑的能流密度及扫描速度,研究了不同的激光加工参数对纳米金刚石涂层表面去除率的影响规律.利用白光干涉仪的观测结果,结合数值拟合的方法,建立了材料去除率函数模型.试验结果分析表明:在不同的重复频率下,涂层表面单位时间内累积的激光能量保持稳定,材料的去除率无明显变化;聚焦光斑的能流密度越大,...     

低功率密度激光合成金刚石的相变机制

为了延长激光法合成纳米金刚石的有效作用时间从而提高合成效率,提出采用功率密度低、脉宽长的毫秒脉冲激光照射循环水介质中石墨颗粒合成纳米金刚石的新工艺。高分辨透射电镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)分析结果表明,产物中含大量具有球形单晶体结构或五重孪晶结构的金刚石颗粒(平均颗粒尺寸约为5 nm)。通过对纳米金刚石微观组织结构的分析以及理论计算测算出低功率密度(106W.cm-2)毫秒脉冲激光照射时石墨颗粒表面可达到最高温度5300 K,认为该功率密度毫秒脉冲激光照射石墨颗粒时,不能产生碳等离子体,只能使石墨颗粒熔融,得到液态碳。因此生成纳米金刚石的相变机制为:激光脉冲开始时,石墨颗粒吸收激光能量快速升温并达到熔融状态,激光脉冲过后,碳液滴迅速冷却,金刚石形核并长大得到纳米晶。     

紫外激光刻蚀多层线路板初步研究

描述了固体倍频紫外激光在 35 5nm和 2 6 6nm ,不同聚焦透镜实验条件下 ,对多层电路板的微刻蚀实验 ,进行了其传热一维模型的理论推导 ,并得到了在实验条件下最佳的理论参数为波长 2 6 6nm ,峰值功率大于 2× 10 6J/s ,聚焦透镜焦距为 2 0 0mm ,为激光修复多层线路板的工业应用提供了一定的实验依据     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

长脉冲与连续激光联合辐照铝合金的温度场仿真

为了给长脉冲与连续激光联合作用模式的参数选择提供依据,采用ANSYS分析了长脉冲激光和连续激光共同辐照下2A12铝合金的温度场,得到了不同连续激光与长脉冲激光加载起始时刻的时间间隔和不同光斑半径组合情况下激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小。结果表明,随着时间间隔的增大,激光辐照中心点的最高温度越高;当两束激光的时间间隔大于某特定值时,脉冲激光所造成的温升才会逐渐增加;激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小主要由峰值功率较高的长脉冲激光决定,但是如果选择合适的连续激光预热,尤其是当连续激光的功率密度达到105 W/cm2量级时,联合作用能显著增大熔池的尺寸,并适量提高辐照中心点的温度。     

飞秒激光对发射药切割过程的热分析

对利用飞秒激光的超快速时间和超高峰值的特性烧蚀切割发射药过程进行了热分析建立丁飞秒激光与发射药作用过程中的传热模型,计算丁药剂内部的温度分布以及烧蚀反应放出的热量;在本研究的计算条件下．确定了在切割过程中,受激光作用的表面温度可达2500℃以上,作用深度小于1.0μm.     

激光微弯曲成形机理的数值研究

利用自行研制的含热传导、冲击动力学大、变形有限元程序 ,模拟了小尺寸梁在脉冲激光加热条件下的变形过程。在此基础上 ,利用商用程序模拟了冷却及残余应力的产生 ,研究了激光参数 (强度及分布 )等对于微弯曲的影响。数值模拟结果与文献中的实验观察相吻合     

脉冲激光诱导Zn/InP掺杂过程中温度分布的解析计算

在实验的基础上 ,分析脉冲激光诱导半导体InP掺杂Zn过程 ,利用简化的一维模型 ,在第三类边界条件下 ,给出一种较直观的脉冲激光辐照有限厚双层材料Zn/InP的温度分布解析形式     

自触发脉冲飞行时间激光测距技术研究

提出了一种新型脉冲激光测距方法--自触发脉冲飞行时间激光测距方法.该方法有效解决了传统脉冲激光测距法中存在的提高测距精度和缩短测量时间两者之间的矛盾.对该方法及本质特点进行了详细描述和理论分析,并给出用以描述该方法的基本方程.最后,给出了实验装置,在20 m范围内获得了0.5 mm的测距精度.     

准分子激光消融制备纳米材料的动力学研究

以XeCl准分子激光消融Al, Cu为例,分析了以准分子激光消融平面材料的动力学过程,从激光导致的材料温度场着手,分析材料从缺陷导致断裂并最终形成纳米材料的全过程。     

飞秒激光诱发直接带隙半导体瞬态漂白效应建模

在建立瞬态光谱吸收系数模型的基础上,结合超快载流子动力学机制,建立了可以描述飞秒激光诱发直接带隙半导体瞬态漂白机制的理论模型,对飞秒激光诱发直接带隙半导体的瞬态漂白特性进行了数值仿真研究。结果表明,飞秒激光不仅可以诱发对应波长的瞬态漂白,还能导致激发波长到半导体长波限的宽光谱范围的瞬态漂白,且波长越长漂白现象越明显,甚至会引发能带底部出现负吸收现象。