激光誘導材料靶上合成及其表面微結構的研究.pdf

1、隨著科技與經濟的發(fā)展，眾多領域對材料性能的要求越來越高，急需新型材料與功能微結構的開發(fā)與利用，因此探索制備新材料及功能微結構就顯得尤為重要。激光與物質相互作用在靶表面或內部產生熱學和力學效應，可以用于材料改性，合成新型材料和結構，加深對已知材料的深層理解。研究激光與物質的相互作用對擴展激光應用領域，促進基礎理論研究以及探尋合成材料的新方法都具有重要意義。與通常脈沖激光燒蝕方法用于沉積薄膜和微加工不同，本文提出利用脈沖激光燒蝕固體靶，研究

2、靶上激光誘導合成材料和表面微結構。本文以激光誘導材料靶上合成與表面微結構為研究對象，在材料合成、激光參數(shù)對材料合成與微結構形成的影響進行了實驗和理論研究。
　　利用長脈沖微秒激光和短脈沖飛秒激光分別作用2Al2O3+Tb4O7固體靶，研究不同脈沖寬度激光對合成的影響。研究結果表明利用微秒激光合成出了TbAlO3化合物，并且合成產物中Tb離子的價態(tài)發(fā)生了變化，部分Tb4+離子轉變?yōu)門b3+離子；而利用飛秒激光輻照后，靶表面材料仍然是

3、原材料；在合成TbAlO3的過程中，長脈沖激光誘導的熱效應起著關鍵作用；在飛秒輻照中熱效應可以忽略，激光誘導的反沖壓強等動態(tài)條件無法使材料達到相穩(wěn)定，因而沒有TbAlO3合成。同時利用非聚焦納秒激光合成出了EuFeO3，研究了激光輻照時間與合成產量的關系，結果表明激光輻照60s后作用區(qū)域物質合成基本完成。以上實驗結果驗證了激光靶上合成物質的可行性。
　　利用納秒激光輻照放置在去離子水中的4CeO2+Tb4O7固體靶，研究了脈沖激光

4、強度對合成產物的影響。研究結果表明在靶表面合成了具有螢石結構的CeTbO3+δ固溶體；激光強度不同會對合成物產量造成影響，隨著激光強度的增加，合成產量隨之增加，當激光強度增加到本實驗的最大值1.8×1012W/cm2時，CeTbO3+δ相對含量的增加曲線趨于平緩。因而我們認為存在最優(yōu)化激光參數(shù)使得合成產物的量達到最大。
　　利用飛秒激光在空氣中輻照4CeO2+Tb4O7固體靶，研究了靶上物質合成和微結構制備。研究結果表明，采用飛秒

5、激光合成出了立方螢石結構的CeTbO3+δ固溶體，合成產物分布比較均勻；靶表面沉積一層納米泡沫結構（顆粒尺寸10nm）和球形顆粒（尺寸范圍20～300nm），我們對微結構的形成機制進行了研究；該納米泡沫有較大的比表面積和未成對懸掛鍵，使得表面的吸附能力增強。
　　利用納秒激光輻照單質材料碳和硅，研究激光制備納米泡沫結構的條件和機制。通過改變入射激光強度研究了表面微結構的形成以及與激光強度之間的關系；分析認為是由于激光強度不同造成電

6、離度、等離子體溫度以及團簇的改變，從而導致不同微結構的形成，而且納米泡沫的形成需要高于一定的激光閾值；激光輻照后碳靶表面呈現(xiàn)出深黑色，碳納米泡沫屬于無定形碳，該微結構有利于提高材料的光學吸收系數(shù)，可以用于制備消光器件。分析認為在適當?shù)膶嶒灄l件下可以在其他材料上獲得類似納米泡沫結構，激光誘導納米泡沫結構具有普遍性。
　　通過脈沖激光輻照固體靶的研究，證明了激光誘導靶上材料合成的可行性，研究了不同激光參數(shù)對合成和微結構形成的影響，以及