Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्सचे कॅरोसेल प्रदर्शित करते.एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइडर बटणे वापरा.
थेट लेसर हस्तक्षेप (DLIP) लेसर-प्रेरित नियतकालिक पृष्ठभाग संरचना (LIPSS) सह एकत्रितपणे विविध सामग्रीसाठी कार्यात्मक पृष्ठभाग तयार करण्यास अनुमती देते.प्रक्रियेचा थ्रूपुट सामान्यतः उच्च सरासरी लेसर पॉवर वापरून वाढविला जातो.तथापि, यामुळे उष्णता जमा होते, ज्यामुळे परिणामी पृष्ठभागाच्या नमुन्याचा खडबडीतपणा आणि आकार प्रभावित होतो.म्हणून, तयार केलेल्या घटकांच्या आकारविज्ञानावर सब्सट्रेट तापमानाच्या प्रभावाचा तपशीलवार अभ्यास करणे आवश्यक आहे.या अभ्यासात, स्टीलची पृष्ठभाग 532 nm वर ps-DLIP सह रेखा-पॅटर्न केलेली होती.परिणामी टोपोग्राफीवर सब्सट्रेट तापमानाचा प्रभाव तपासण्यासाठी, तापमान नियंत्रित करण्यासाठी हीटिंग प्लेट वापरली गेली.250 \(^{\circ }\)С पर्यंत गरम केल्याने 2.33 ते 1.06 µm पर्यंत तयार केलेल्या संरचनांच्या खोलीत लक्षणीय घट झाली.ही घट वेगवेगळ्या प्रकारच्या LIPSS दिसण्याशी संबंधित होती जी सब्सट्रेट ग्रेन्सच्या अभिमुखतेवर आणि लेसर-प्रेरित पृष्ठभागाच्या ऑक्सिडेशनवर अवलंबून होती.हा अभ्यास सब्सट्रेट तापमानाचा मजबूत प्रभाव दर्शवितो, जे उष्णता संचयित प्रभाव निर्माण करण्यासाठी उच्च सरासरी लेसर पॉवरवर पृष्ठभाग उपचार केले जाते तेव्हा देखील अपेक्षित आहे.
अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेसर इरॅडिएशनवर आधारित पृष्ठभाग उपचार पद्धती सर्वात महत्त्वाच्या संबंधित सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या गुणधर्मांमध्ये सुधारणा करण्याच्या क्षमतेमुळे विज्ञान आणि उद्योगात आघाडीवर आहेत.विशेषतः, लेसर-प्रेरित सानुकूल पृष्ठभाग कार्यक्षमता औद्योगिक क्षेत्रांच्या विस्तृत श्रेणीमध्ये आणि अनुप्रयोग परिस्थिती 1,2,3 मध्ये अत्याधुनिक आहे.उदाहरणार्थ, Vercillo et al.लेसर-प्रेरित सुपरहायड्रोफोबिसिटीवर आधारित एरोस्पेस अनुप्रयोगांसाठी टायटॅनियम मिश्र धातुंवर अँटी-आयसिंग गुणधर्म प्रदर्शित केले गेले आहेत.Epperlein et al ने नोंदवले की लेसर पृष्ठभागाच्या संरचनेद्वारे उत्पादित नॅनोसाइज्ड वैशिष्ट्ये बायोफिल्मच्या वाढीवर किंवा स्टीलच्या नमुन्यांवरील प्रतिबंधांवर प्रभाव टाकू शकतात.याव्यतिरिक्त, गुई इ.सेंद्रीय सौर पेशींचे ऑप्टिकल गुणधर्म देखील सुधारले.6 अशाप्रकारे, लेसर स्ट्रक्चरिंग पृष्ठभागाच्या सामग्रीचे नियंत्रित पृथक्करण करून उच्च-रिझोल्यूशन संरचनात्मक घटकांचे उत्पादन करण्यास अनुमती देते.
अशा नियतकालिक पृष्ठभाग संरचना तयार करण्यासाठी एक योग्य लेसर संरचना तंत्र म्हणजे डायरेक्ट लेझर इंटरफेरन्स शेपिंग (DLIP).डीएलआयपी मायक्रोमीटर आणि नॅनोमीटर श्रेणीतील वैशिष्ट्यांसह नमुनेदार पृष्ठभाग तयार करण्यासाठी दोन किंवा अधिक लेसर बीमच्या जवळच्या पृष्ठभागाच्या हस्तक्षेपावर आधारित आहे.लेसर बीमची संख्या आणि ध्रुवीकरण यावर अवलंबून, डीएलआयपी विविध प्रकारचे स्थलाकृतिक पृष्ठभाग संरचना डिझाइन आणि तयार करू शकते.जटिल संरचनात्मक पदानुक्रम8,9,10,11,12 सह पृष्ठभागाची स्थलाकृति तयार करण्यासाठी लेसर-प्रेरित नियतकालिक पृष्ठभाग संरचना (LIPSS) सह DLIP संरचना एकत्र करणे हा एक आशादायक दृष्टीकोन आहे.निसर्गात, हे पदानुक्रम सिंगल-स्केल मॉडेल्स 13 पेक्षा अधिक चांगले कार्यप्रदर्शन प्रदान करतात.
LIPSS फंक्शन रेडिएशन तीव्रतेच्या वितरणाच्या वाढत्या जवळ-सरफेस मॉड्युलेशनवर आधारित स्वयं-विवर्धक प्रक्रियेच्या (सकारात्मक प्रतिक्रिया) अधीन आहे.हे नॅनोरोफनेसमध्ये वाढ झाल्यामुळे आहे कारण लागू केलेल्या लेसर डाळींची संख्या 14, 15, 16 वाढते. मॉड्युलेशन प्रामुख्याने इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डसह उत्सर्जित लहरींच्या हस्तक्षेपामुळे होते15,17,18,19,20,21 अपवर्तित आणि विखुरलेले लहरी घटक किंवा पृष्ठभागावरील प्लाझमन्स.LIPSS च्या निर्मितीवर देखील डाळींच्या वेळेचा परिणाम होतो 22,23.विशेषतः, उच्च उत्पादकता पृष्ठभाग उपचारांसाठी उच्च सरासरी लेसर शक्ती अपरिहार्य आहेत.यासाठी सहसा उच्च पुनरावृत्ती दर वापरणे आवश्यक आहे, म्हणजे मेगाहर्ट्झ श्रेणीमध्ये.परिणामी, लेसर डाळींमधील वेळ अंतर कमी आहे, ज्यामुळे उष्णता जमा होण्याचे परिणाम 23, 24, 25, 26 होतात. या परिणामामुळे पृष्ठभागाच्या तापमानात एकंदरीत वाढ होते, ज्यामुळे लेसर पृथक्करणादरम्यान पॅटर्निंग यंत्रणेवर लक्षणीय परिणाम होतो.
मागील कामात, रुडेन्को एट अल.आणि Tzibidis et al.संवहनी संरचनेच्या निर्मितीसाठी एक यंत्रणा चर्चा केली आहे, जी उष्णता संचय वाढल्याने वाढत्या प्रमाणात महत्त्वपूर्ण बनली पाहिजे. 19,27.याव्यतिरिक्त, Bauer et al.मायक्रॉन पृष्ठभागाच्या संरचनेसह उष्णता जमा होण्याचे महत्त्वपूर्ण प्रमाण सहसंबंधित करा.ही थर्मली प्रेरित रचना निर्मिती प्रक्रिया असूनही, सामान्यतः असे मानले जाते की प्रक्रियेची उत्पादकता केवळ पुनरावृत्ती दर वाढवून सुधारली जाऊ शकते28.जरी, यामधून, उष्णता संचयनात लक्षणीय वाढ केल्याशिवाय हे साध्य केले जाऊ शकत नाही.म्हणून, प्रक्रिया गतीशास्त्र आणि संरचना 9,12 बदलल्याशिवाय बहुस्तरीय टोपोलॉजी प्रदान करणार्‍या प्रक्रिया धोरणे उच्च पुनरावृत्ती दरांसाठी पोर्टेबल असू शकत नाहीत.या संदर्भात, सब्सट्रेट तापमानाचा DLIP निर्मिती प्रक्रियेवर कसा परिणाम होतो हे तपासणे फार महत्वाचे आहे, विशेषत: LIPSS च्या एकाचवेळी निर्मितीमुळे स्तरित पृष्ठभागाचे नमुने बनवताना.
या अभ्यासाचे उद्दिष्ट पीएस डाळींचा वापर करून स्टेनलेस स्टीलच्या DLIP प्रक्रियेदरम्यान परिणामी पृष्ठभागाच्या टोपोग्राफीवर सब्सट्रेट तापमानाच्या प्रभावाचे मूल्यांकन करणे हे होते.लेसर प्रक्रियेदरम्यान, हीटिंग प्लेट वापरून नमुना सब्सट्रेटचे तापमान 250 \(^\circ\)C पर्यंत आणले गेले.परिणामी पृष्ठभागाची रचना कॉन्फोकल मायक्रोस्कोपी, स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी आणि एनर्जी-डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी वापरून दर्शविली गेली.
प्रयोगांच्या पहिल्या मालिकेत, 4.5 μm च्या अवकाशीय कालावधीसह दोन-बीम DLIP कॉन्फिगरेशन वापरून स्टील सब्सट्रेटवर प्रक्रिया केली गेली आणि थर तापमान \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ) }\)C, यापुढे “unheated» पृष्ठभाग म्हणून संदर्भित.या प्रकरणात, नाडी ओव्हरलॅप \(o_{\mathrm {p}}\) स्पॉट आकाराचे कार्य म्हणून दोन डाळींमधील अंतर आहे.हे 99.0% (प्रति पोझिशन 100 डाळी) ते 99.67% (प्रति पोझिशन 300 डाळी) पर्यंत बदलते.सर्व प्रकरणांमध्ये, शिखर ऊर्जा घनता \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (हस्तक्षेपाशिवाय गॉशियन समतुल्य) आणि पुनरावृत्ती वारंवारता f = 200 kHz वापरली गेली.लेसर बीमच्या ध्रुवीकरणाची दिशा पोझिशनिंग टेबल (चित्र 1a)) च्या हालचालीशी समांतर आहे, जी दोन-बीम हस्तक्षेप पॅटर्नद्वारे तयार केलेल्या रेखीय भूमितीच्या दिशेने समांतर आहे.स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (SEM) वापरून प्राप्त केलेल्या संरचनांच्या प्रातिनिधिक प्रतिमा अंजीर मध्ये दर्शविल्या आहेत.1a–c.स्थलाकृतिच्या दृष्टीने SEM प्रतिमांच्या विश्लेषणास समर्थन देण्यासाठी, फूरियर ट्रान्सफॉर्म्स (FFTs, गडद इनसेटमध्ये दर्शविलेले) मूल्यांकन केल्या जात असलेल्या संरचनांवर केले गेले.सर्व प्रकरणांमध्ये, परिणामी DLIP भूमिती 4.5 µm च्या अवकाशीय कालावधीसह दृश्यमान होती.
केस \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% अंजीरच्या गडद भागात.1a, जास्तीत जास्त हस्तक्षेपाच्या स्थितीशी संबंधित, एक लहान समांतर संरचना असलेल्या खोबणीचे निरीक्षण करू शकते.ते नॅनोपार्टिकल सारख्या टोपोग्राफीमध्ये झाकलेल्या उजळ पट्ट्यांसह पर्यायी असतात.कारण लेसर बीमच्या ध्रुवीकरणासाठी खोबणींमधील समांतर रचना लंब असल्याचे दिसते आणि त्याचा कालावधी \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm आहे, थोडासा लेसरच्या तरंगलांबीपेक्षा कमी \(\lambda\) (532 nm) कमी अवकाशीय वारंवारता (LSFL-I)15,18 सह LIPSS म्हटले जाऊ शकते.LSFL-I FFT, “s” scattering15,20 मध्ये तथाकथित s-प्रकार सिग्नल तयार करते.म्हणून, सिग्नल मजबूत मध्यवर्ती उभ्या घटकाला लंब असतो, जो यामधून DLIP संरचना (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\ अंदाजे\) 4.5 µm) द्वारे निर्माण होतो.FFT प्रतिमेतील DLIP पॅटर्नच्या रेखीय संरचनेद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या सिग्नलला "DLIP-प्रकार" असे संबोधले जाते.
DLIP वापरून तयार केलेल्या पृष्ठभागाच्या संरचनेच्या SEM प्रतिमा.शिखर उर्जा घनता \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (नो-आवाज गॉशियन समतुल्य साठी) आणि पुनरावृत्ती दर f = 200 kHz आहे.प्रतिमा नमुना तापमान, ध्रुवीकरण आणि आच्छादन दर्शवतात.स्थानिकीकरण टप्प्याची हालचाल (a) मध्ये काळ्या बाणाने चिन्हांकित केली आहे.ब्लॅक इनसेट 37.25\(\times\)37.25 µm SEM प्रतिमेतून मिळालेला संबंधित FFT दाखवतो (वेव्हवेक्टर \(\vec {k}\cdot (2\pi)^ {-1}\) = 200 होईपर्यंत दाखवला जातो. nm).प्रक्रिया पॅरामीटर्स प्रत्येक आकृतीमध्ये दर्शविल्या आहेत.
आकृती 1 मध्ये पुढे पाहिल्यास, आपण पाहू शकता की \(o_{\mathrm {p}}\) ओव्हरलॅप वाढत असताना, सिग्मॉइड सिग्नल FFT च्या x-अक्षाकडे अधिक केंद्रित होतो.उर्वरित LSFL-I अधिक समांतर असतात.याव्यतिरिक्त, एस-प्रकार सिग्नलची सापेक्ष तीव्रता कमी झाली आणि डीएलआयपी-प्रकार सिग्नलची तीव्रता वाढली.हे अधिक ओव्हरलॅपसह वाढत्या उच्चारलेल्या खंदकांमुळे आहे.तसेच, प्रकार s आणि केंद्र यांच्यातील x-अक्ष सिग्नल LSFL-I सारख्याच अभिमुखता असलेल्या संरचनेतून येणे आवश्यक आहे परंतु दीर्घ कालावधीसह (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\approx \ ) 1.4 ± 0.2 µm) आकृती 1c मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे).म्हणून, असे गृहीत धरले जाते की त्यांची निर्मिती खंदकाच्या मध्यभागी असलेल्या खड्ड्यांचा एक नमुना आहे.नवीन वैशिष्ट्य ऑर्डिनेटच्या उच्च वारंवारता श्रेणी (मोठ्या तरंगसंख्या) मध्ये देखील दिसून येते.हा सिग्नल खंदकाच्या उतारावरील समांतर लहरींमधून येतो, बहुधा घटनेच्या हस्तक्षेपामुळे आणि उतारावर पुढे-प्रतिबिंबित होणारा प्रकाश 9,14.खालील मध्ये, या लहरी LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), आणि त्यांचे संकेत - -s \ (_ {\mathrm {p)) \) द्वारे दर्शविल्या जातात.
पुढील प्रयोगात, नमुन्याचे तापमान तथाकथित "गरम" पृष्ठभागाखाली 250 डिग्री सेल्सियस पर्यंत आणले गेले.मागील विभागात (अंजीर 1a–1c) नमूद केलेल्या प्रयोगांप्रमाणेच प्रक्रिया करण्याच्या धोरणानुसार रचना तयार करण्यात आली.SEM प्रतिमा चित्र 1d–f मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे परिणामी स्थलाकृति दर्शवतात.नमुना 250 C पर्यंत गरम केल्याने LSFL चे स्वरूप वाढते, ज्याची दिशा लेसर ध्रुवीकरणाच्या समांतर असते.या रचनांना LSFL-II म्हणून वैशिष्ट्यीकृत केले जाऊ शकते आणि त्यांचा अवकाशीय कालावधी \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) 247 ± 35 nm असतो.उच्च मोड वारंवारतामुळे LSFL-II सिग्नल FFT मध्ये प्रदर्शित होत नाही.जसजसे \(o_{\mathrm {p}}\) 99.0 वरून 99.67\(\%\) पर्यंत वाढले (Fig. 1d–e), ब्राइट बँड क्षेत्राची रुंदी वाढली, ज्यामुळे DLIP सिग्नल दिसू लागला उच्च फ्रिक्वेन्सीपेक्षा जास्त.वेव्हनंबर्स (कमी फ्रिक्वेन्सी) आणि अशा प्रकारे FFT च्या मध्यभागी वळतात.अंजीर 1d मधील खड्ड्यांच्या पंक्ती LSFL-I22,27 ला लंब बनवलेल्या तथाकथित खोबणीच्या पूर्वगामी असू शकतात.याव्यतिरिक्त, LSFL-II लहान आणि अनियमित आकाराचे बनलेले दिसते.या प्रकरणात नॅनोग्रेन मॉर्फोलॉजीसह चमकदार बँडचा सरासरी आकार लहान आहे हे देखील लक्षात घ्या.याव्यतिरिक्त, या नॅनोकणांचे आकारमान वितरण गरम न करता कमी विखुरलेले (किंवा कमी कणांचे एकत्रीकरण) झाले.गुणात्मकदृष्ट्या, अनुक्रमे 1a, d किंवा b, e, आकृत्यांची तुलना करून याचे मूल्यांकन केले जाऊ शकते.
जसजसे ओव्हरलॅप \(o_{\mathrm {p}}\) 99.67% (चित्र 1f) पर्यंत वाढले, तसतसे वाढत्या स्पष्ट उच्छृंखलांमुळे एक वेगळी स्थलाकृति हळूहळू उदयास आली.तथापि, हे चर अंजीर 1c पेक्षा कमी व्यवस्थित आणि कमी खोल दिसतात.प्रतिमेच्या प्रकाश आणि गडद भागांमधील कमी कॉन्ट्रास्ट गुणवत्तेत दिसून येतो.सी वरील FFT च्या तुलनेत चित्र 1f मधील FFT ऑर्डिनेटच्या कमकुवत आणि अधिक विखुरलेल्या सिग्नलद्वारे हे परिणाम आणखी समर्थित आहेत.आकृती 1b आणि e ची तुलना करताना गरम होण्यावर लहान स्ट्राय देखील स्पष्ट होते, ज्याची नंतर कॉन्फोकल मायक्रोस्कोपीने पुष्टी केली.
मागील प्रयोगाव्यतिरिक्त, लेसर बीमचे ध्रुवीकरण 90 \(^{\circ}\) ने फिरवले होते, ज्यामुळे ध्रुवीकरणाची दिशा पोझिशनिंग प्लॅटफॉर्मवर लंब हलवली गेली.अंजीर वर.2a-c संरचना निर्मितीचे प्रारंभिक टप्पे दर्शविते, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% गरम न केलेले (a), गरम (b) आणि गरम 90\(^{\ circ }\ ) - केस फिरणारे ध्रुवीकरण (c) सह.रचनांच्या नॅनोटोग्राफीची कल्पना करण्यासाठी, रंगीत चौरसांनी चिन्हांकित केलेले क्षेत्र अंजीर मध्ये दर्शविले आहेत.2d, मोठ्या प्रमाणात.
DLIP वापरून तयार केलेल्या पृष्ठभागाच्या संरचनेच्या SEM प्रतिमा.प्रक्रिया मापदंड Fig.1 प्रमाणेच आहेत.प्रतिमा नमुना तापमान \(T_s\), ध्रुवीकरण आणि नाडी ओव्हरलॅप \(o_\mathrm {p}\) दर्शवते.काळा इनसेट पुन्हा संबंधित फूरियर ट्रान्सफॉर्म दाखवतो.(d)-(i) मधील प्रतिमा (a)-(c) मधील चिन्हांकित क्षेत्रांचे मोठेीकरण आहेत.
या प्रकरणात, हे पाहिले जाऊ शकते की अंजीर 2b,c च्या गडद भागातील संरचना ध्रुवीकरण संवेदनशील आहेत आणि म्हणून त्यांना LSFL-II14, 20, 29, 30 असे लेबल केले जाते. विशेष म्हणजे, LSFL-I चे अभिमुखता देखील फिरवले जाते ( Fig. 2g, i), जे संबंधित FFT मधील s-प्रकार सिग्नलच्या अभिमुखतेवरून पाहिले जाऊ शकते.LSFL-I कालावधीची बँडविड्थ पीरियड b च्या तुलनेत मोठी दिसते आणि त्याची श्रेणी अंजीर 2c मध्ये लहान कालावधीकडे हलविली जाते, जसे की अधिक व्यापक s-प्रकार सिग्नलने सूचित केले आहे.अशाप्रकारे, खालील LSFL अवकाशीय कालावधी वेगवेगळ्या गरम तापमानांवर नमुन्यावर पाहिला जाऊ शकतो: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 418\(\pm 65\) nm 21 ^{ \circ }\ )C (चित्र 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm आणि \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II }} \) = s ध्रुवीकरणासाठी 250°C (Fig. 2b) वर 247 ± 35 nm.याउलट, p-ध्रुवीकरणाचा अवकाशीय कालावधी आणि 250 \(^{\circ }\)C हा \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\) च्या बरोबरीचा आहे. ) nm आणि \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (चित्र 2c).
विशेष म्हणजे, परिणाम दर्शवितात की फक्त नमुना तापमान वाढवून, पृष्ठभाग आकारविज्ञान दोन टोकांमध्ये बदलू शकते, ज्यात (i) फक्त LSFL-I घटकांचा समावेश असलेला पृष्ठभाग आणि (ii) LSFL-II ने झाकलेले क्षेत्र.धातूच्या पृष्ठभागावर या विशिष्ट प्रकारच्या LIPSS ची निर्मिती पृष्ठभागावरील ऑक्साईड स्तरांशी संबंधित असल्यामुळे, ऊर्जा पसरवणारे एक्स-रे विश्लेषण (EDX) केले गेले.तक्ता 1 प्राप्त झालेल्या परिणामांचा सारांश देते.प्रक्रिया केलेल्या नमुन्याच्या पृष्ठभागावर वेगवेगळ्या ठिकाणी किमान चार स्पेक्ट्राची सरासरी काढून प्रत्येक निर्धार केला जातो.मोजमाप भिन्न नमुना तापमान \(T_\mathrm{s}\) आणि असंरचित किंवा संरचित क्षेत्रे असलेल्या नमुना पृष्ठभागाच्या भिन्न स्थानांवर केले जातात.मोजमापांमध्ये उपचार केलेल्या वितळलेल्या भागाच्या थेट खाली असलेल्या खोल अनऑक्सिडाइज्ड स्तरांबद्दल माहिती देखील असते, परंतु EDX विश्लेषणाच्या इलेक्ट्रॉन प्रवेशाच्या खोलीत असते.तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की EDX ऑक्सिजन सामग्रीचे प्रमाण मोजण्याच्या क्षमतेमध्ये मर्यादित आहे, म्हणून येथे ही मूल्ये केवळ गुणात्मक मूल्यांकन देऊ शकतात.
नमुन्यांचे उपचार न केलेले भाग सर्व ऑपरेटिंग तापमानात लक्षणीय प्रमाणात ऑक्सिजन दर्शवत नाहीत.लेसर उपचारानंतर, सर्व प्रकरणांमध्ये ऑक्सिजनची पातळी वाढली.दोन उपचार न केलेल्या नमुन्यांमधील मूलभूत रचनेतील फरक व्यावसायिक स्टीलच्या नमुन्यांसाठी अपेक्षेप्रमाणे होता आणि हायड्रोकार्बन दूषित झाल्यामुळे AISI 304 स्टीलसाठी उत्पादकाच्या डेटा शीटच्या तुलनेत लक्षणीय उच्च कार्बन मूल्ये आढळून आली.
खोबणी कमी करण्याची खोली आणि LSFL-I ते LSFL-II मधील संक्रमणाच्या संभाव्य कारणांवर चर्चा करण्यापूर्वी, पॉवर स्पेक्ट्रल डेन्सिटी (PSD) आणि उंची प्रोफाइल वापरल्या जातात.
(i) पृष्ठभागाची अर्ध-द्विमीय सामान्यीकृत पॉवर स्पेक्ट्रल घनता (Q2D-PSD) आकृती 1 आणि 2. 1 आणि 2 मध्ये SEM प्रतिमा म्हणून दर्शविली आहे. PSD सामान्यीकृत असल्याने, बेरीज सिग्नलमध्ये घट झाली पाहिजे स्थिर भाग (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\) मध्ये वाढ म्हणून समजले, दर्शविले नाही), म्हणजे गुळगुळीतपणा.(ii) संबंधित सरासरी पृष्ठभाग उंची प्रोफाइल.नमुना तापमान \(T_s\), ओव्हरलॅप \(o_{\mathrm {p}}\), आणि पोझिशनिंग प्लॅटफॉर्म हालचालीच्या अभिमुखता \(\vec {v}\) सापेक्ष लेसर ध्रुवीकरण ई सर्व प्लॉटमध्ये दर्शवले आहेत.
SEM प्रतिमांची छाप मोजण्यासाठी, x किंवा y दिशेने सर्व एक-आयामी (1D) पॉवर स्पेक्ट्रल घनता (PSDs) च्या सरासरीने सेट केलेल्या प्रत्येक पॅरामीटरसाठी किमान तीन SEM प्रतिमांमधून सरासरी सामान्यीकृत पॉवर स्पेक्ट्रम व्युत्पन्न केले गेले.संबंधित आलेख आकृती 3i मध्ये दर्शविला आहे जो सिग्नलची वारंवारता शिफ्ट आणि स्पेक्ट्रममध्ये त्याचे सापेक्ष योगदान दर्शवितो.
अंजीर वर.3ia, c, e, DLIP शिखर \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ (^{-) जवळ वाढते 1}\) किंवा संबंधित उच्च हार्मोनिक्स जसे की ओव्हरलॅप वाढते \(o_{\mathrm {p))\).मूलभूत मोठेपणामध्ये वाढ एलआरआयबी संरचनेच्या मजबूत विकासाशी संबंधित होती.उताराच्या तीव्रतेसह उच्च हार्मोनिक्सचे मोठेपणा वाढते.केसेस मर्यादित म्हणून आयताकृती फंक्शन्ससाठी, अंदाजे फ्रिक्वेन्सीची सर्वात मोठी संख्या आवश्यक आहे.म्हणून, PSD मधील सुमारे 1.4 µm\(^{-1}\) शिखर आणि संबंधित हार्मोनिक्सचा वापर खोबणीच्या आकारासाठी गुणवत्ता मापदंड म्हणून केला जाऊ शकतो.
याउलट, आकृती 3(i)b,d,f मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, तापलेल्या नमुन्याचा PSD संबंधित हार्मोनिक्समध्ये कमी सिग्नलसह कमकुवत आणि विस्तृत शिखरे दाखवतो.याव्यतिरिक्त, अंजीर मध्ये.3(i)f दर्शविते की दुसरा हार्मोनिक सिग्नल अगदी मूलभूत सिग्नलपेक्षा जास्त आहे.हे तापलेल्या नमुन्याची अधिक अनियमित आणि कमी उच्चारित DLIP रचना प्रतिबिंबित करते (\(T_s\) = 21\(^\circ\)C च्या तुलनेत).दुसरे वैशिष्ट्य म्हणजे जसजसे ओव्हरलॅप \(o_{\mathrm {p}}\) वाढते, परिणामी LSFL-I सिग्नल लहान तरंगसंख्येकडे (दीर्घ कालावधी) सरकतो.डीएलआयपी मोडच्या कडांची वाढलेली तीव्रता आणि घटनांच्या कोनात संबंधित स्थानिक वाढ 14,33 द्वारे हे स्पष्ट केले जाऊ शकते.या प्रवृत्तीचे अनुसरण करून, LSFL-I सिग्नलचे विस्तारीकरण देखील स्पष्ट केले जाऊ शकते.उंच उतारांच्या व्यतिरिक्त, DLIP संरचनेच्या तळाशी आणि वरच्या बाजूला सपाट भाग देखील आहेत, ज्यामुळे LSFL-I कालावधीच्या विस्तृत श्रेणीसाठी परवानगी मिळते.अत्यंत शोषक सामग्रीसाठी, LSFL-I कालावधी साधारणतः असा अंदाज केला जातो:
जेथे \(\theta\) हा घटनांचा कोन आहे, आणि सबस्क्रिप्ट s आणि p वेगवेगळ्या ध्रुवीकरणाचा संदर्भ देतात33.
हे लक्षात घेतले पाहिजे की डीएलआयपी सेटअपसाठी घटनांचे विमान सामान्यत: आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे पोझिशनिंग प्लॅटफॉर्मच्या हालचालीसाठी लंब असते (सामग्री आणि पद्धती विभाग पहा).म्हणून, s-ध्रुवीकरण, एक नियम म्हणून, स्टेजच्या हालचालीच्या समांतर आहे, आणि p-ध्रुवीकरण त्याच्यासाठी लंब आहे.समीकरणानुसार.(1), s-ध्रुवीकरणासाठी, LSFL-I सिग्नलचा प्रसार आणि लहान तरंग संख्यांकडे शिफ्ट होणे अपेक्षित आहे.हे \(\theta\) आणि कोनीय श्रेणी \(\theta \pm \delta \theta\) मध्ये वाढ झाल्यामुळे आहे कारण खंदक खोली वाढते.हे चित्र 3ia,c,e मधील LSFL-I शिखरांची तुलना करून पाहिले जाऊ शकते.
अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या परिणामांनुसार.1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) अंजीरमधील संबंधित PSD मध्ये देखील दृश्यमान आहे.3e.अंजीर वर.3ig,h p-ध्रुवीकरणासाठी PSD दाखवते.डीएलआयपी शिखरांमधील फरक गरम आणि गरम न केलेल्या नमुन्यांमध्ये अधिक स्पष्ट आहे.या प्रकरणात, LSFL-I कडील सिग्नल डीएलआयपी शिखराच्या उच्च हार्मोनिक्ससह ओव्हरलॅप होतो, लेसिंग तरंगलांबीच्या जवळ सिग्नलमध्ये जोडतो.
परिणामांची अधिक तपशीलवार चर्चा करण्यासाठी, आकृती 3ii मध्ये विविध तापमानांवर डीएलआयपी रेखीय उंचीच्या वितरणाच्या डाळींमधील संरचनात्मक खोली आणि ओव्हरलॅप दर्शविते.DLIP संरचनेच्या मध्यभागी सरासरी दहा वैयक्तिक उभ्या उंची प्रोफाइलच्या पृष्ठभागाच्या उभ्या उंचीचे प्रोफाइल प्राप्त केले गेले.प्रत्येक लागू केलेल्या तापमानासाठी, वाढत्या पल्स ओव्हरलॅपसह संरचनेची खोली वाढते.गरम केलेल्या नमुन्याचे प्रोफाइल s-ध्रुवीकरणासाठी 0.87 µm आणि p-ध्रुवीकरणासाठी 1.06 µm च्या सरासरी पीक-टू-पीक (pvp) मूल्यांसह खोबणी दाखवते.याउलट, गरम न केलेल्या नमुन्याचे s-ध्रुवीकरण आणि p-ध्रुवीकरण अनुक्रमे 1.75 µm आणि 2.33 µm pvp दाखवतात.संबंधित पीव्हीपी अंजीरमधील उंची प्रोफाइलमध्ये चित्रित केले आहे.3ii.प्रत्येक PvP सरासरीची गणना आठ सिंगल PvP च्या सरासरीने केली जाते.
याव्यतिरिक्त, अंजीर मध्ये.3iig,h पोझिशनिंग सिस्टीम आणि ग्रूव्ह हालचालींना लंबवत p-ध्रुवीकरण उंचीचे वितरण दर्शविते.p-ध्रुवीकरणाच्या दिशेचा खोबणीच्या खोलीवर सकारात्मक परिणाम होतो कारण त्याचा परिणाम 1.75 µm pvp वर s-ध्रुवीकरणाच्या तुलनेत 2.33 µm वर थोडा जास्त pvp होतो.हे यामधून पोझिशनिंग प्लॅटफॉर्म सिस्टमच्या खोबणी आणि हालचालीशी संबंधित आहे.हा परिणाम p-ध्रुवीकरणाच्या तुलनेत s-ध्रुवीकरणाच्या बाबतीत लहान संरचनेमुळे होऊ शकतो (चित्र 2f,h पहा), ज्याची पुढील भागात चर्चा केली जाईल.
चर्चेचा उद्देश गरम नमुन्यांच्या बाबतीत मुख्य LIPS वर्ग (LSFL-I ते LSFL-II) मध्ये झालेल्या बदलामुळे खोबणीची खोली कमी झाल्याचे स्पष्ट करणे हा आहे.तर खालील प्रश्नांची उत्तरे द्या:
पहिल्या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी, पृथक्करण कमी करण्यासाठी जबाबदार यंत्रणा विचारात घेणे आवश्यक आहे.सामान्य घटनांवरील एका नाडीसाठी, पृथक्करण खोलीचे वर्णन असे केले जाऊ शकते:
जेथे \(\delta _{\mathrm {E}}\) ही ऊर्जा प्रवेशाची खोली आहे, \(\Phi\) आणि \(\Phi _{\mathrm {th}}\) शोषण प्रवाह आणि अ‍ॅब्लेशन फ्ल्युन्स आहेत थ्रेशोल्ड, अनुक्रमे 34 .
गणितीयदृष्ट्या, उर्जेच्या प्रवेशाच्या खोलीचा पृथक्करणाच्या खोलीवर गुणाकार प्रभाव असतो, तर ऊर्जेतील बदलाचा लॉगरिदमिक प्रभाव असतो.त्यामुळे प्रवाह बदल \(\Delta z\) वर परिणाम करत नाहीत जोपर्यंत \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\).तथापि, मजबूत ऑक्सिडेशन (उदाहरणार्थ, क्रोमियम ऑक्साईडच्या निर्मितीमुळे) Cr-Cr बॉण्ड्सच्या तुलनेत मजबूत Cr-O35 बॉन्ड्स बनवते, ज्यामुळे पृथक्करण थ्रेशोल्ड वाढते.परिणामी, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) यापुढे समाधानी नाही, ज्यामुळे उर्जा प्रवाह घनता कमी होण्याबरोबर पृथक्करण खोली झपाट्याने कमी होते.याव्यतिरिक्त, ऑक्सिडेशन स्थिती आणि LSFL-II चा कालावधी यांच्यातील परस्परसंबंध ज्ञात आहे, जो नॅनोस्ट्रक्चरमधील बदलांद्वारे आणि पृष्ठभागाच्या ऑक्सिडेशनमुळे 30,35 पृष्ठभागाच्या ऑप्टिकल गुणधर्मांद्वारे स्पष्ट केला जाऊ शकतो.म्हणून, शोषण प्रवाहाचे अचूक पृष्ठभाग वितरण \(\Phi\) हे संरचनात्मक कालावधी आणि ऑक्साईड थरची जाडी यांच्यातील परस्परसंवादाच्या जटिल गतिशीलतेमुळे होते.कालावधीच्या आधारावर, नॅनोस्ट्रक्चर फील्डमध्ये तीव्र वाढ, पृष्ठभागावरील प्लाझमन्सचे उत्तेजित होणे, विलक्षण प्रकाश हस्तांतरण किंवा विखुरणे 17,19,20,21 यामुळे शोषलेल्या ऊर्जा प्रवाहाच्या वितरणावर जोरदार प्रभाव पाडते.त्यामुळे, \(\Phi\) पृष्ठभागाजवळ जोरदार एकसंध आहे, आणि \(\delta _ {E}\) यापुढे कदाचित एका शोषण गुणांकाने शक्य नाही \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt}} ^ { -1} \अंदाजे \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) संपूर्ण जवळच्या पृष्ठभागाच्या व्हॉल्यूमसाठी.ऑक्साईड फिल्मची जाडी मुख्यत्वे घनतेच्या वेळेवर अवलंबून असल्याने [२६], नामकरणाचा परिणाम नमुना तापमानावर अवलंबून असतो.पूरक सामग्रीमधील आकृती S1 मध्ये दर्शविलेले ऑप्टिकल मायक्रोग्राफ ऑप्टिकल गुणधर्मांमधील बदल दर्शवितात.
हे परिणाम आकृती 1d,e आणि 2b,c आणि 3(ii)b,d,f मधील लहान पृष्ठभागाच्या संरचनेच्या बाबतीत उथळ खंदक खोलीचे अंशतः स्पष्ट करतात.
LSFL-II अर्धसंवाहक, डायलेक्ट्रिक्स आणि ऑक्सिडेशनला प्रवण असलेल्या सामग्रीवर तयार करण्यासाठी ओळखले जाते14,29,30,36,37.नंतरच्या प्रकरणात, पृष्ठभागावरील ऑक्साईड थरची जाडी विशेषतः महत्वाची आहे30.केलेल्या EDX विश्लेषणात संरचित पृष्ठभागावर पृष्ठभागावरील ऑक्साईड तयार झाल्याचे दिसून आले.अशा प्रकारे, गरम न केलेल्या नमुन्यांसाठी, वातावरणीय ऑक्सिजन वायू कणांच्या आंशिक निर्मितीमध्ये आणि अंशतः पृष्ठभागावरील ऑक्साईडच्या निर्मितीमध्ये योगदान देत असल्याचे दिसते.दोन्ही घटना या प्रक्रियेत महत्त्वपूर्ण योगदान देतात.याउलट, तापलेल्या नमुन्यांसाठी, विविध ऑक्सिडेशन अवस्थांचे मेटल ऑक्साइड (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, इ.) स्पष्ट ३८ अनुकूल आहेत.आवश्यक ऑक्साईड लेयर व्यतिरिक्त, आवश्यक सबवेव्हलेंथ (d-प्रकार) तीव्रता मोड 14,30 तयार करण्यासाठी सबवेव्हलेंथ रफनेस, प्रामुख्याने उच्च अवकाशीय वारंवारता LIPSS (HSFL) ची उपस्थिती आवश्यक आहे.अंतिम LSFL-II तीव्रता मोड HSFL मोठेपणा आणि ऑक्साईड जाडीचे कार्य आहे.या मोडचे कारण म्हणजे HSFL द्वारे विखुरलेल्या प्रकाशाचा दूर-क्षेत्रातील हस्तक्षेप आणि प्रकाश सामग्रीमध्ये अपवर्तित होणे आणि पृष्ठभागाच्या डायलेक्ट्रिक सामग्रीमध्ये प्रसारित होणे 20,29,30 आहे.पूरक सामग्री विभागातील आकृती S2 मधील पृष्ठभागाच्या नमुन्याच्या काठाच्या SEM प्रतिमा पूर्व-अस्तित्वात असलेल्या HSFL चे सूचक आहेत.हे बाह्य क्षेत्र तीव्रतेच्या वितरणाच्या परिघामुळे कमकुवतपणे प्रभावित होते, जे एचएसएफएल तयार करण्यास परवानगी देते.तीव्रतेच्या वितरणाच्या सममितीमुळे, हा प्रभाव स्कॅनिंगच्या दिशेने देखील होतो.
सॅम्पल हीटिंग LSFL-II निर्मिती प्रक्रियेवर अनेक प्रकारे परिणाम करते.एकीकडे, नमुना तापमानात वाढ \(T_\mathrm{s}\) वितळलेल्या थराच्या जाडीपेक्षा घनता आणि थंड होण्याच्या दरावर खूप जास्त परिणाम करते.अशा प्रकारे, गरम झालेल्या नमुन्याचा द्रव इंटरफेस दीर्घ कालावधीसाठी सभोवतालच्या ऑक्सिजनच्या संपर्कात असतो.याव्यतिरिक्त, विलंबित घनीकरण जटिल संवहनी प्रक्रियांच्या विकासास अनुमती देते ज्यामुळे द्रव स्टील 26 सह ऑक्सिजन आणि ऑक्साईडचे मिश्रण वाढते.हे केवळ प्रसारामुळे तयार झालेल्या ऑक्साईड थराच्या जाडीची तुलना करून दाखवता येते (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) संबंधित कोग्युलेशन वेळ \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns आहे, आणि प्रसार गुणांक \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/s) LSFL-II निर्मिती30 मध्ये लक्षणीय उच्च जाडी आढळून आली किंवा आवश्यक आहे.दुसरीकडे, हीटिंगमुळे एचएसएफएलच्या निर्मितीवरही परिणाम होतो आणि त्यामुळे LSFL-II d-प्रकार तीव्रता मोडमध्ये संक्रमण करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या स्कॅटरिंग ऑब्जेक्ट्स.पृष्ठभागाच्या खाली अडकलेल्या नॅनोवॉइड्सचे प्रदर्शन HSFL39 च्या निर्मितीमध्ये त्यांचा सहभाग सूचित करते.आवश्यक उच्च वारंवारता नियतकालिक तीव्रतेच्या नमुन्यांमुळे हे दोष HSFL चे विद्युत चुंबकीय उत्पत्ती दर्शवू शकतात14,17,19,29.या व्यतिरिक्त, हे व्युत्पन्न केलेले तीव्रता मोड मोठ्या संख्येने नॅनोवॉइड्स 19 सह अधिक एकसमान आहेत.अशाप्रकारे, HSFL च्या वाढलेल्या घटनांचे कारण क्रिस्टल दोषांच्या गतीशीलतेतील बदलाद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकते कारण \(T_\mathrm{s}\) वाढते.
हे अलीकडेच दर्शविले गेले आहे की सिलिकॉनचा शीतलक दर आंतरिक इंटरस्टिशियल सुपरसॅच्युरेशनसाठी आणि अशा प्रकारे 40,41 विस्थापनांच्या निर्मितीसह बिंदू दोषांच्या संचयासाठी एक प्रमुख पॅरामीटर आहे.शुद्ध धातूंच्या आण्विक डायनॅमिक्स सिम्युलेशनमध्ये असे दिसून आले आहे की जलद पुनर्रचना करताना रिक्त पदे अतिसंतृप्त होतात आणि म्हणूनच धातूंमध्ये रिक्त पदांचे संचय 42,43,44 सारख्याच पद्धतीने होते.याव्यतिरिक्त, चांदीच्या अलीकडील प्रायोगिक अभ्यासांमध्ये बिंदू दोषांच्या संचयामुळे व्हॉईड्स आणि क्लस्टर्स तयार होण्याच्या यंत्रणेवर लक्ष केंद्रित केले आहे.म्हणून, नमुन्याच्या तापमानात वाढ \(T_\mathrm {s}\) आणि परिणामी, थंड होण्याच्या दरात घट झाल्यामुळे व्हॉईड्सच्या निर्मितीवर परिणाम होऊ शकतो, जे HSFL चे केंद्रक आहेत.
जर रिक्त पदे पोकळीसाठी आवश्यक पूर्ववर्ती असतील आणि म्हणून HSFL, नमुना तापमान \(T_s\) चे दोन परिणाम असावेत.एकीकडे, \(T_s\) रीक्रिस्टलायझेशनच्या दरावर आणि परिणामी, वाढलेल्या क्रिस्टलमधील बिंदू दोषांच्या एकाग्रतेवर (रिक्तता एकाग्रता) प्रभावित करते.दुसरीकडे, ते घनीकरणानंतर थंड होण्याच्या दरावर देखील परिणाम करते, ज्यामुळे क्रिस्टल 40,41 मधील बिंदू दोषांच्या प्रसारावर परिणाम होतो.याव्यतिरिक्त, घनीकरण दर क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखतेवर अवलंबून असतो आणि अशा प्रकारे बिंदू दोषांचे प्रसार 42,43 प्रमाणे अत्यंत एनिसोट्रॉपिक आहे.या आधारानुसार, सामग्रीच्या अॅनिसोट्रॉपिक प्रतिसादामुळे, प्रकाश आणि पदार्थाचा परस्परसंवाद अॅनिसोट्रॉपिक बनतो, ज्यामुळे ऊर्जेचे हे नियतकालिक नियतकालिक प्रकाशन वाढते.पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्रीसाठी, हे वर्तन एका धान्याच्या आकाराने मर्यादित केले जाऊ शकते.खरं तर, LIPSS निर्मिती ग्रेन ओरिएंटेशन 46,47 वर अवलंबून आहे.त्यामुळे, क्रिस्टलायझेशन दरावर नमुना तापमान \(T_s\) चा प्रभाव धान्याभिमुखतेच्या प्रभावाइतका मजबूत असू शकत नाही.अशा प्रकारे, वेगवेगळ्या धान्यांचे भिन्न क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखता अनुक्रमे HSFL किंवा LSFL-II च्या शून्यता आणि एकत्रीकरणाच्या वाढीसाठी संभाव्य स्पष्टीकरण प्रदान करते.
या गृहीतकाचे प्रारंभिक संकेत स्पष्ट करण्यासाठी, कच्च्या नमुने पृष्ठभागाजवळील धान्य निर्मिती प्रकट करण्यासाठी कोरण्यात आले.अंजीर मध्ये धान्यांची तुलना.S3 पूरक सामग्रीमध्ये दर्शविले आहे.याव्यतिरिक्त, LSFL-I आणि LSFL-II गरम नमुन्यांवर गटांमध्ये दिसू लागले.या क्लस्टर्सचा आकार आणि भूमिती धान्याच्या आकाराशी संबंधित आहेत.
शिवाय, HSFL त्याच्या संवहनी उत्पत्तीमुळे 19,29,48 कमी फ्लक्स घनतेवर फक्त अरुंद श्रेणीत आढळते.म्हणून, प्रयोगांमध्ये, हे बहुधा फक्त बीम प्रोफाइलच्या परिघावर होते.त्यामुळे, HSFL नॉन-ऑक्सिडाइज्ड किंवा कमकुवत ऑक्सिडाइज्ड पृष्ठभागांवर तयार झाले, जे उपचारित आणि उपचार न केलेल्या नमुन्यांच्या ऑक्साईड अंशांची तुलना करताना स्पष्ट झाले (टेबल रेफ्टब: उदाहरण पहा).हे ऑक्साईड थर प्रामुख्याने लेसरद्वारे प्रेरित आहे या गृहिततेची पुष्टी करते.
इंटर-पल्स फीडबॅकमुळे LIPSS ची निर्मिती सामान्यत: डाळींच्या संख्येवर अवलंबून असते, हे लक्षात घेता, HSFL ला मोठ्या स्ट्रक्चर्सने बदलले जाऊ शकते कारण पल्स ओव्हरलॅप वाढते19.कमी नियमित HSFL मुळे LSFL-II च्या निर्मितीसाठी आवश्यक असलेला कमी नियमित तीव्रतेचा नमुना (डी-मोड) तयार होतो.म्हणून, \(o_\mathrm {p}\) चा ओव्हरलॅप जसजसा वाढत जातो (de वरून आकृती 1 पहा), LSFL-II ची नियमितता कमी होते.
या अभ्यासाने लेसर संरचित डीएलआयपी उपचारित स्टेनलेस स्टीलच्या पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञानावरील थर तापमानाच्या प्रभावाची तपासणी केली.असे आढळून आले आहे की सब्सट्रेट 21 ते 250°C पर्यंत गरम केल्याने s-ध्रुवीकरणामध्ये पृथक्करण खोली 1.75 ते 0.87 µm पर्यंत कमी होते आणि p-ध्रुवीकरणामध्ये 2.33 ते 1.06 µm पर्यंत कमी होते.ही घट LSFL-I वरून LSFL-II मध्ये LIPSS प्रकारातील बदलामुळे झाली आहे, जो उच्च नमुना तापमानात लेसर-प्रेरित पृष्ठभागावरील ऑक्साईड स्तराशी संबंधित आहे.याव्यतिरिक्त, LSFL-II वाढलेल्या ऑक्सिडेशनमुळे थ्रेशोल्ड फ्लक्स वाढवू शकतो.असे गृहीत धरले जाते की उच्च पल्स ओव्हरलॅप, सरासरी उर्जा घनता आणि सरासरी पुनरावृत्ती दर असलेल्या या तांत्रिक प्रणालीमध्ये, LSFL-II ची घटना देखील सॅम्पल हीटिंगमुळे होणा-या डिस्लोकेशन डायनॅमिक्समधील बदलाद्वारे निर्धारित केली जाते.LSFL-II चे एकत्रीकरण ग्रेन ओरिएंटेशन-आश्रित नॅनोव्हॉइड फॉर्मेशनमुळे असावे असे गृहित धरले जाते, ज्यामुळे HSFL LSFL-II ची पूर्वसूचक बनते.याव्यतिरिक्त, संरचनात्मक कालावधीवर ध्रुवीकरणाच्या दिशेचा प्रभाव आणि संरचनात्मक कालावधीच्या बँडविड्थचा अभ्यास केला जातो.हे निष्पन्न झाले की पी-ध्रुवीकरण डीएलआयपी प्रक्रियेसाठी पृथक्करण खोलीच्या बाबतीत अधिक कार्यक्षम आहे.एकंदरीत, या अभ्यासात सानुकूलित पृष्ठभागाचे नमुने तयार करण्यासाठी डीएलआयपी पृथक्करणाची खोली नियंत्रित आणि ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी प्रक्रिया पॅरामीटर्सचा संच उघड होतो.शेवटी, LSFL-I ते LSFL-II चे संक्रमण पूर्णपणे उष्णतेने चालते आणि वाढलेल्या उष्मा वाढीमुळे सतत नाडी ओव्हरलॅपसह पुनरावृत्ती दरात थोडी वाढ अपेक्षित आहे.हे सर्व पैलू DLIP प्रक्रियेचा विस्तार करण्याच्या आगामी आव्हानाशी संबंधित आहेत, उदाहरणार्थ, बहुभुज स्कॅनिंग प्रणाली वापरून49.उष्णता निर्माण कमी करण्यासाठी, खालील धोरण अवलंबले जाऊ शकते: बहुभुज स्कॅनरची स्कॅनिंग गती शक्य तितकी उच्च ठेवा, मोठ्या लेसर स्पॉट आकाराचा फायदा घेऊन, स्कॅनिंगच्या दिशेने ऑर्थोगोनल, आणि इष्टतम पृथक्करण वापरा.fluence 28. याव्यतिरिक्त, या कल्पना DLIP वापरून प्रगत पृष्ठभागाच्या कार्यक्षमतेसाठी जटिल श्रेणीबद्ध स्थलाकृति तयार करण्यास परवानगी देतात.
या अभ्यासात, इलेक्ट्रोपॉलिश केलेल्या स्टेनलेस स्टील प्लेट्स (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0.8 मिमी जाडीचा वापर करण्यात आला.पृष्ठभागावरील कोणतेही दूषित पदार्थ काढून टाकण्यासाठी, लेसर उपचारापूर्वी नमुने इथेनॉलने काळजीपूर्वक धुतले गेले (इथेनॉलची संपूर्ण एकाग्रता \(\ge\) 99.9%).
DLIP सेटिंग आकृती 4 मध्ये दर्शविली आहे. 532 nm तरंगलांबी आणि 50 MHz च्या कमाल पुनरावृत्ती दरासह 12 ps अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेसर स्त्रोतासह सुसज्ज DLIP प्रणाली वापरून नमुने तयार केले गेले.बीम ऊर्जेचे अवकाशीय वितरण गौसियन आहे.नमुन्यावर रेखीय संरचना तयार करण्यासाठी खास डिझाइन केलेले ऑप्टिक्स ड्युअल-बीम इंटरफेरोमेट्रिक कॉन्फिगरेशन प्रदान करतात.100 मिमीच्या फोकल लांबीसह लेन्स पृष्ठभागावर 6.8\(^\circ\) च्या स्थिर कोनात दोन अतिरिक्त लेसर बीम लावते, जे सुमारे 4.5 µm चा अवकाशीय कालावधी देते.प्रायोगिक सेटअपबद्दल अधिक माहिती इतरत्र आढळू शकते50.
लेसर प्रक्रिया करण्यापूर्वी, नमुना एका विशिष्ट तापमानात हीटिंग प्लेटवर ठेवला जातो.हीटिंग प्लेटचे तापमान 21 आणि 250 डिग्री सेल्सियस वर सेट केले होते.सर्व प्रयोगांमध्ये, ऑप्टिक्सवर धूळ जमा होण्यापासून रोखण्यासाठी एक्झॉस्ट उपकरणासह संकुचित हवेचा ट्रान्सव्हर्स जेट वापरला गेला.स्ट्रक्चरिंग दरम्यान नमुना ठेवण्यासाठी x, y स्टेज सिस्टम सेट केले जाते.
अनुक्रमे 99.0 ते 99.67 \(\%\) च्या डाळींमधील ओव्हरलॅप मिळविण्यासाठी पोझिशनिंग स्टेज सिस्टमची गती 66 ते 200 मिमी/से पर्यंत बदलली होती.सर्व प्रकरणांमध्ये, पुनरावृत्ती दर 200 kHz वर निश्चित केला गेला आणि सरासरी शक्ती 4 W होती, ज्याने 20 μJ प्रति नाडी ऊर्जा दिली.डीएलआयपी प्रयोगात वापरलेल्या बीमचा व्यास सुमारे 100 µm आहे, आणि परिणामी शिखर लेसर ऊर्जा घनता 0.5 J/cm\(^{2}\) आहे.प्रति युनिट क्षेत्रफळ सोडलेली एकूण ऊर्जा ही \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm साठी 50 J/cm\(^2\) शी संबंधित शिखर संचयी प्रवाह आहे. \(^2\) \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) आणि 150 J/cm\(^2\) साठी \(o_{ \mathrm {p} }\ ) = ९९.६७ \(\%\).लेसर बीमचे ध्रुवीकरण बदलण्यासाठी \(\lambda\)/2 प्लेट वापरा.वापरलेल्या पॅरामीटर्सच्या प्रत्येक सेटसाठी, नमुन्यावर अंदाजे 35 × 5 मिमी\(^{2}\) क्षेत्र टेक्सचर केलेले आहे.सर्व संरचित प्रयोग औद्योगिक लागूता सुनिश्चित करण्यासाठी सभोवतालच्या परिस्थितीत आयोजित केले गेले.
नमुन्यांचे मॉर्फोलॉजी 50x मॅग्निफिकेशन आणि 170 nm आणि 3 nm चे ऑप्टिकल आणि उभ्या रिझोल्यूशनसह कॉन्फोकल मायक्रोस्कोप वापरून तपासले गेले.गोळा केलेल्या टोपोग्राफिक डेटाचे नंतर पृष्ठभाग विश्लेषण सॉफ्टवेअर वापरून मूल्यांकन केले गेले.ISO 1661051 नुसार भूप्रदेश डेटामधून प्रोफाइल काढा.
6.0 kV च्या प्रवेगक व्होल्टेजवर स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप वापरून नमुने देखील वैशिष्ट्यीकृत केले गेले.15 kV च्या प्रवेगक व्होल्टेजवर एनर्जी-डिस्पर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS) संलग्नक वापरून नमुन्यांच्या पृष्ठभागाच्या रासायनिक रचनेचे मूल्यांकन केले गेले.याव्यतिरिक्त, नमुन्यांच्या मायक्रोस्ट्रक्चरचे ग्रॅन्युलर मॉर्फोलॉजी निर्धारित करण्यासाठी 50x उद्दिष्टासह ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप वापरला गेला. त्याआधी, हायड्रोक्लोरिक ऍसिड आणि नायट्रिक ऍसिड 15-20 \(\%\) आणि 1\(च्या एकाग्रतेसह स्टेनलेस स्टीलच्या डागात पाच मिनिटे 50 \(^\circ\)C तापमानावर नमुने कोरले गेले. -<\)5 \(\%\), अनुक्रमे. त्याआधी, हायड्रोक्लोरिक ऍसिड आणि नायट्रिक ऍसिड 15-20 \(\%\) आणि 1\(च्या एकाग्रतेसह स्टेनलेस स्टीलच्या डागात पाच मिनिटे 50 \(^\circ\)C तापमानावर नमुने कोरले गेले. -<\)5 \(\%\), अनुक्रमे. Перед этим образцы травили при при постоянной температуре 50 \(^\circ\)С в течение пяти минут в краске из нержавейайной температуре лотами концентрацией 15-20 \(\%\) आणि 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. त्यापूर्वी, नमुने 50 \(^\circ\)C च्या स्थिर तापमानावर 15-20 \(\%\) आणि 1\( च्या एकाग्रतेसह हायड्रोक्लोरिक आणि नायट्रिक ऍसिडसह स्टेनलेस स्टीलच्या पेंटमध्ये पाच मिनिटे कोरलेले होते. -<\)5 \( \%\) अनुक्रमे.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)सी \)५ \ (\%\), 分别.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\), 分别.त्यापूर्वी, हायड्रोक्लोरिक आणि नायट्रिक ऍसिडस् 15-20 \(\%\) आणि 1 च्या एकाग्रतेसह स्टेनलेस स्टीलच्या स्टेनिग सोल्युशनमध्ये 50 \(^\circ\)C च्या स्थिर तापमानात पाच मिनिटे नमुने पिकवले गेले. \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) अनुक्रमे.
दोन-बीम डीएलआयपी सेटअपच्या प्रायोगिक सेटअपचे योजनाबद्ध आकृती, ज्यामध्ये (1) लेसर बीम, (2) a \(\lambda\)/2 प्लेट, (3) विशिष्ट ऑप्टिकल कॉन्फिगरेशनसह DLIP हेड, (4) ) एक हॉट प्लेट, (5) क्रॉस-फ्लुइडिक , (6) x,y पोझिशनिंग स्टेप्स आणि (7) स्टेनलेस स्टीलचे नमुने.दोन सुपरइम्पोज्ड बीम, डाव्या बाजूला लाल रंगात वर्तुळाकार, नमुन्यावर \(2\theta\) कोनांवर (s- आणि p-ध्रुवीकरण दोन्हीसह) रेखीय संरचना तयार करतात.
सध्याच्या अभ्यासात वापरलेले आणि/किंवा विश्लेषण केलेले डेटासेट संबंधित लेखकांकडून वाजवी विनंतीवर उपलब्ध आहेत.
पोस्ट वेळ: जानेवारी-07-2023