1268.飛秒激光固體材料表面微納結構制備及其功能特性的研究

1、分類號：Q壘三ZUDC：530飛秒激光固體材料表面微納結構制備及其功能特性的研究lFabricationandPropertiesResearchesofFemtosecondLaserInducedMicro／NanoStructuresonSolidSurface學位授予單位及代碼：籃查堡王太堂(!Q!墨魚2學科專業(yè)名稱及代碼：左堂(QZQ2QZ2論文起止時間：2QQ91窆=20143摘要在自然界生物表面各種功能微納結構的啟示下，人

2、們通過應用飛秒激光在金屬、半導體等表面制備出功能微納結構，從而成功地改善材料的表面性能。固體表面新功能的實現(xiàn)及其技術的發(fā)展可以有效地為人類的生產和生活服務。例如，這些功能微納結構可以進行材料表面的光學、潤濕等性能的調控。固體表面功能性微納結構的制備技術對實現(xiàn)高效太陽能的利用、金屬表面潤滑的改善及防腐自清潔、吸波材料等諸多領域的應用有著深遠的意義。為了進一步加深對飛秒激光制備固體表面功能結構及其功能特性的理解，本文對該領域中所涉及的熱點和

3、關鍵物理問題開展了相應的研究。主要內容包括：開展了飛秒激光誘導金屬表面亞波長周期性條紋結構、飛秒激光誘導硅表面微納結構及其光學特性以及飛秒激光金屬表面著色技術等方面的研究。進一步，利用飛秒激光制備出寬光波段高吸收“黑金屬”，并對其吸光機理進行了分析和數值模擬，開展了利用飛秒激光在材料表面制備微納結構的方法調控金屬、硅材料的潤濕性能，以及其多功能(同時具有寬帶高吸光性及潤濕性)特性集成的表面結構制備研究。最后，利用飛秒激光等離子體細絲進行

4、在非平表面上制備功能微納結構技術的研究。論文首先針對飛秒激光誘導金屬表面亞波長周期性條紋結構進行了實驗研究，并通過麥克斯韋力口內特理論和雙溫方程進行了亞波長周期性條紋結構形成的數值模擬，理論結果與實驗結果符合的較好。隨后開展了硅表面微納結構的制備及其光學特性，研究了不同實驗條件(氣體環(huán)境、激光脈沖寬度、能量密度等)對硅表面微米尺度尖峰結構的影響，并對尖峰的構造機理和光吸收特性進行了分析和解釋。通過進一步的實驗探索，實現(xiàn)了大氣環(huán)境下新型微

5、米孔表面結構黑硅的制備，測試結果表明其對O351lgn波段的光有著良好的減反性能。在飛秒激光金屬表面著色技術研究方面，通過控制實驗條件(激光能量密度，掃描速度，掃描間距等)在鋁樣品上實現(xiàn)了各種顏色表面結構的制備，成功地獲得了自然光照射條件下呈現(xiàn)白、金、棕、灰、黑等顏色的金屬表面微納結構，并對其成色機理進行了分析和解釋。論文對黑色的金屬表面結構進行了細致的研究，通過控制實驗參數，在多種金屬(鋁、鈦、鎳和鉬)表面制備了三種典型的、使金屬表面

6、呈現(xiàn)黑色的微納結構(黑金屬)：1)納米結構覆蓋的微米光柵溝槽結構；2)納米結構覆蓋的微米柱形結構；3)類球型亞微米結構。測試結果表明具有這三種典型微納結構的黑金屬從紫外到紅外波段(0225岬)的反射率小于10％，在有些波段處其光學反射率甚至低于1％。借助于典型納米結構(光柵結構、半球、四面體等)模型，通過時域有限差分法(FDTD)對其光吸收特性進行數值模擬，研究了結構周期、間距、陣列排列狀態(tài)等條件對光吸收特性的影響，特別針對目前還沒有清