飛秒激光作為一種具有高質(zhì)量、低熱影響區(qū)的加工方法逐漸被廣泛應用，本論文使用飛秒激光振鏡系統(tǒng)對碳化硅表面加工誘導出致密的納米結構，并從納米結構的形成、主要影響等方面進行分析，揭示了碳化硅表面納米結構形成的機理。

 結果表明，納米結構主要受掃描速度、激光脈沖能量以及重復頻率等工藝參數(shù)的影響，而納米結構的形成是因為重復頻率較低，納米結構無法在溝槽內(nèi)部形成有效累積，只能在碳化硅表面形成絮狀納米結構。

廣東工業(yè)大學機電工程學院激光微納加工龍江游副教授使用飛秒激光振鏡系統(tǒng)在碳化硅表面進行加工形成致密納米結構，通過改變不同脈沖能量，發(fā)現(xiàn)在低能量時可以在為溝槽附近形成絮狀納米結構，當增大能量后，發(fā)現(xiàn)絮狀納米結構轉(zhuǎn)變成了棉狀結構，并使用SEM和EDS對其形貌和元素組成進行分析，通過使用ICCD相機探究激光誘導等離子體形成過程，解釋了納米結構形成機理，并總結分析得出工藝參數(shù)對納米結構形成的影響和形成的條件。相關工作以題為 “Formation of dense nanostructures on femtosecond laser-processed silicon carbide surfaces”發(fā)表在英文期刊Surfaces and Interfaces 2022年第28期。

本論文首先使用飛秒激光振鏡系統(tǒng)對碳化硅表面掃描溝槽，發(fā)現(xiàn)溝槽附近有大量致密納米結構出現(xiàn)，并對納米結構的形成進行分析。

 通過SEM和TEM進行形貌和成分分析后，發(fā)現(xiàn)改變不同脈沖能量，溝槽附近結構也有所變化，在低能量時，溝槽附近是致密絮狀納米結構，而當增大脈沖能量后，致密絮狀納米結構轉(zhuǎn)變成了由大量球狀納米團簇組成的棉狀納米結構，同時發(fā)現(xiàn)當掃描速度增大時，絮狀納米結構變得較為稀疏，并對納米結構的形成機理進行了分析。

 通過使用ICCD相機對激光誘導等離子體形成過程進行分析，發(fā)現(xiàn)納米結構是由于連續(xù)的激光脈沖作用的累積效應，產(chǎn)生了高密度激光誘導納米顆粒區(qū)域，并且納米顆粒在空氣中經(jīng)過高溫分解、重組和氧化等過程再沉積回激光照射區(qū)域，最終在表面形成絮狀或棉狀納米結構。

 總結得出納米結構受脈沖能量和激光掃描速度的影響，并發(fā)現(xiàn)激光脈沖的有效累積是納米結構形成的關鍵因素，而在使用低重復頻率時，碳化硅溝槽內(nèi)無法發(fā)生有效累積，只能在表面形成絮狀納米結構。

圖片解讀 

圖1. 飛秒激光振鏡加工系統(tǒng)

圖2. 不同脈沖能量下溝槽附近納米結構形貌

圖3. 納米結構成分分析

圖4. 不同掃描速度下溝槽附近納米結構形貌

圖5. ICCD相機觀測激光誘導等離子體形成過程

圖6. 改變重復頻率對比納米結構形貌差異   

論文原文：Long J, He Z, Ou D, et al. Formation of dense nanostructures on femtosecond laser-processed silicon carbide surfaces. Surfaces and Interfaces, 2022, 28: 101624.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101624   

轉(zhuǎn)自：廣工激光實驗室

通訊作者：謝小柱 第一作者：龍江游

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