Nature.com पर आने के लिए धन्यवाद।आप सीमित सीएसएस समर्थन वाले ब्राउज़र संस्करण का उपयोग कर रहे हैं।सर्वोत्तम अनुभव के लिए, हम अनुशंसा करते हैं कि आप एक अद्यतन ब्राउज़र का उपयोग करें (या इंटरनेट एक्सप्लोरर में संगतता मोड अक्षम करें)।इसके अलावा, निरंतर समर्थन सुनिश्चित करने के लिए, हम साइट को शैलियों और जावास्क्रिप्ट के बिना दिखाते हैं।
एक साथ तीन स्लाइडों का हिंडोला प्रदर्शित करता है।एक समय में तीन स्लाइडों में जाने के लिए पिछले और अगले बटन का उपयोग करें, या एक समय में तीन स्लाइडों में जाने के लिए अंत में स्लाइडर बटन का उपयोग करें।
लेजर-प्रेरित आवधिक सतह संरचना (LIPSS) के साथ संयुक्त प्रत्यक्ष लेजर हस्तक्षेप (DLIP) विभिन्न सामग्रियों के लिए कार्यात्मक सतहों के निर्माण की अनुमति देता है।प्रक्रिया का थ्रूपुट आमतौर पर उच्च औसत लेजर शक्ति का उपयोग करके बढ़ाया जाता है।हालाँकि, इससे गर्मी का संचय होता है, जो परिणामी सतह पैटर्न के खुरदरेपन और आकार को प्रभावित करता है।इसलिए, निर्मित तत्वों की आकृति विज्ञान पर सब्सट्रेट तापमान के प्रभाव का विस्तार से अध्ययन करना आवश्यक है।इस अध्ययन में, स्टील की सतह को 532 एनएम पर पीएस-डीएलआईपी के साथ लाइन-पैटर्न किया गया था।परिणामी स्थलाकृति पर सब्सट्रेट तापमान के प्रभाव की जांच करने के लिए, तापमान को नियंत्रित करने के लिए एक हीटिंग प्लेट का उपयोग किया गया था।250 \(^{\circ }\)С तक गर्म करने से गठित संरचनाओं की गहराई में 2.33 से 1.06 µm तक उल्लेखनीय कमी आई।कमी सब्सट्रेट अनाज के अभिविन्यास और लेजर-प्रेरित सतह ऑक्सीकरण के आधार पर विभिन्न प्रकार के एलआईपीएसएस की उपस्थिति से जुड़ी थी।यह अध्ययन सब्सट्रेट तापमान के मजबूत प्रभाव को दर्शाता है, जो तब भी अपेक्षित होता है जब गर्मी संचय प्रभाव पैदा करने के लिए उच्च औसत लेजर शक्ति पर सतह का उपचार किया जाता है।
सबसे महत्वपूर्ण प्रासंगिक सामग्रियों की सतह के गुणों में सुधार करने की क्षमता के कारण अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर विकिरण पर आधारित सतह उपचार विधियां विज्ञान और उद्योग में सबसे आगे हैं।विशेष रूप से, लेजर-प्रेरित कस्टम सतह कार्यक्षमता औद्योगिक क्षेत्रों और अनुप्रयोग परिदृश्यों1,2,3 की एक विस्तृत श्रृंखला में अत्याधुनिक है।उदाहरण के लिए, वर्सिल्लो एट अल।लेजर-प्रेरित सुपरहाइड्रोफोबिसिटी के आधार पर एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए टाइटेनियम मिश्र धातुओं पर एंटी-आइसिंग गुणों का प्रदर्शन किया गया है।एपरलीन एट अल ने बताया कि लेजर सतह संरचना द्वारा उत्पादित नैनोसाइज्ड विशेषताएं स्टील नमूनों पर बायोफिल्म विकास या अवरोध को प्रभावित कर सकती हैं।इसके अलावा, गुई एट अल।जैविक सौर कोशिकाओं के ऑप्टिकल गुणों में भी सुधार हुआ।6 इस प्रकार, लेजर संरचना सतह सामग्री1 के नियंत्रित पृथक्करण द्वारा उच्च-रिज़ॉल्यूशन संरचनात्मक तत्वों के उत्पादन की अनुमति देती है।
ऐसी आवधिक सतह संरचनाओं के उत्पादन के लिए एक उपयुक्त लेजर संरचना तकनीक प्रत्यक्ष लेजर हस्तक्षेप आकार देने (डीएलआईपी) है।डीएलआईपी माइक्रोमीटर और नैनोमीटर रेंज में विशेषताओं के साथ पैटर्न वाली सतहों को बनाने के लिए दो या दो से अधिक लेजर बीम के निकट-सतह हस्तक्षेप पर आधारित है।लेजर बीम की संख्या और ध्रुवीकरण के आधार पर, डीएलआईपी विभिन्न प्रकार की स्थलाकृतिक सतह संरचनाओं को डिजाइन और बना सकता है।एक जटिल संरचनात्मक पदानुक्रम8,9,10,11,12 के साथ सतह स्थलाकृति बनाने के लिए लेजर-प्रेरित आवधिक सतह संरचनाओं (LIPSS) के साथ DLIP संरचनाओं को संयोजित करना एक आशाजनक दृष्टिकोण है।प्रकृति में, इन पदानुक्रमों को एकल-स्तरीय मॉडल13 से भी बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हुए दिखाया गया है।
LIPSS फ़ंक्शन विकिरण तीव्रता वितरण के बढ़ते निकट-सतह मॉड्यूलेशन के आधार पर एक स्व-प्रवर्धित प्रक्रिया (सकारात्मक प्रतिक्रिया) के अधीन है।यह नैनोरफनेस में वृद्धि के कारण है क्योंकि लागू लेजर पल्स की संख्या 14, 15, 16 बढ़ जाती है। मॉड्यूलेशन मुख्य रूप से अपवर्तित और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र 15,17,18,19,20,21 के साथ उत्सर्जित तरंग के हस्तक्षेप के कारण होता है। बिखरे हुए तरंग घटक या सतह प्लास्मोंस।LIPSS का गठन दालों22,23 के समय से भी प्रभावित होता है।विशेष रूप से, उच्च उत्पादकता वाले सतह उपचार के लिए उच्च औसत लेजर शक्तियाँ अपरिहार्य हैं।इसके लिए आमतौर पर उच्च पुनरावृत्ति दरों के उपयोग की आवश्यकता होती है, यानी मेगाहर्ट्ज रेंज में।नतीजतन, लेजर पल्स के बीच समय की दूरी कम होती है, जिससे गर्मी संचय प्रभाव 23, 24, 25, 26 होता है। इस प्रभाव से सतह के तापमान में समग्र वृद्धि होती है, जो लेजर एब्लेशन के दौरान पैटर्निंग तंत्र को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है।
पिछले काम में, रुडेंको एट अल।और त्ज़िबिडिस एट अल।संवहन संरचनाओं के निर्माण के लिए एक तंत्र पर चर्चा की गई है, जो गर्मी संचय बढ़ने के साथ और अधिक महत्वपूर्ण हो जाना चाहिए।19,27।इसके अलावा, बाउर एट अल।ऊष्मा संचय की महत्वपूर्ण मात्रा को माइक्रोन सतह संरचनाओं के साथ सहसंबंधित करें।इस तापीय रूप से प्रेरित संरचना निर्माण प्रक्रिया के बावजूद, आमतौर पर यह माना जाता है कि प्रक्रिया की उत्पादकता में केवल पुनरावृत्ति दर को बढ़ाकर सुधार किया जा सकता है।हालाँकि, यह, गर्मी भंडारण में उल्लेखनीय वृद्धि के बिना हासिल नहीं किया जा सकता है।इसलिए, प्रक्रिया रणनीतियाँ जो एक बहुस्तरीय टोपोलॉजी प्रदान करती हैं, प्रक्रिया गतिकी और संरचना गठन9,12 को बदले बिना उच्च पुनरावृत्ति दर के लिए पोर्टेबल नहीं हो सकती हैं।इस संबंध में, यह जांचना बहुत महत्वपूर्ण है कि सब्सट्रेट तापमान डीएलआईपी गठन प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करता है, खासकर जब एलआईपीएसएस के एक साथ गठन के कारण स्तरित सतह पैटर्न बनाते हैं।
इस अध्ययन का उद्देश्य पीएस दालों का उपयोग करके स्टेनलेस स्टील के डीएलआईपी प्रसंस्करण के दौरान परिणामी सतह स्थलाकृति पर सब्सट्रेट तापमान के प्रभाव का मूल्यांकन करना था।लेजर प्रसंस्करण के दौरान, हीटिंग प्लेट का उपयोग करके नमूना सब्सट्रेट का तापमान 250 \(^\circ\)C तक लाया गया था।परिणामी सतह संरचनाओं को कन्फोकल माइक्रोस्कोपी, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और ऊर्जा-फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके चित्रित किया गया था।
प्रयोगों की पहली श्रृंखला में, स्टील सब्सट्रेट को 4.5 µm की स्थानिक अवधि और \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ) के सब्सट्रेट तापमान के साथ दो-बीम DLIP कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके संसाधित किया गया था }\)सी, इसके बाद इसे "बिना गर्म की गई" सतह के रूप में संदर्भित किया जाएगा।इस मामले में, पल्स ओवरलैप \(o_{\mathrm {p}}\) स्पॉट आकार के फ़ंक्शन के रूप में दो पल्स के बीच की दूरी है।यह 99.0% (प्रति स्थिति 100 पल्स) से 99.67% (प्रति स्थिति 300 पल्स) तक भिन्न होता है।सभी मामलों में, एक चरम ऊर्जा घनत्व \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (बिना किसी हस्तक्षेप के गाऊसी समकक्ष के लिए) और एक पुनरावृत्ति आवृत्ति f = 200 kHz का उपयोग किया गया था।लेज़र बीम के ध्रुवीकरण की दिशा पोजिशनिंग टेबल (छवि 1 ए)) की गति के समानांतर है, जो दो-बीम हस्तक्षेप पैटर्न द्वारा बनाई गई रैखिक ज्यामिति की दिशा के समानांतर है।स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) का उपयोग करके प्राप्त संरचनाओं की प्रतिनिधि छवियां अंजीर में दिखाई गई हैं।1ए-सी.स्थलाकृति के संदर्भ में एसईएम छवियों के विश्लेषण का समर्थन करने के लिए, मूल्यांकन की जा रही संरचनाओं पर फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी, डार्क इनसेट में दिखाया गया) का प्रदर्शन किया गया।सभी मामलों में, परिणामी डीएलआईपी ज्यामिति 4.5 µm की स्थानिक अवधि के साथ दिखाई दे रही थी।
मामले के लिए \(o_{\mathrm {p}}\) = अंजीर के गहरे क्षेत्र में 99.0%।1ए, अधिकतम हस्तक्षेप की स्थिति के अनुरूप, कोई छोटे समानांतर संरचनाओं वाले खांचे का निरीक्षण कर सकता है।वे नैनोकण जैसी स्थलाकृति में ढंके चमकीले बैंड के साथ वैकल्पिक होते हैं।क्योंकि खांचे के बीच की समानांतर संरचना लेजर बीम के ध्रुवीकरण के लंबवत प्रतीत होती है और इसकी अवधि \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) एनएम, थोड़ी सी होती है लेजर की तरंग दैर्ध्य से कम \(\lambda\) (532 एनएम) को कम स्थानिक आवृत्ति (एलएसएफएल-आई)15,18 के साथ एलआईपीएसएस कहा जा सकता है।एलएसएफएल-आई एफएफटी में एक तथाकथित एस-प्रकार सिग्नल उत्पन्न करता है, "एस" स्कैटरिंग15,20।इसलिए, सिग्नल मजबूत केंद्रीय ऊर्ध्वाधर तत्व के लंबवत है, जो बदले में DLIP संरचना (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\लगभग\) 4.5 µm) द्वारा उत्पन्न होता है।एफएफटी छवि में डीएलआईपी पैटर्न की रैखिक संरचना द्वारा उत्पन्न सिग्नल को "डीएलआईपी-प्रकार" कहा जाता है।
डीएलआईपी का उपयोग करके बनाई गई सतह संरचनाओं की एसईएम छवियां।शिखर ऊर्जा घनत्व \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (बिना शोर वाले गॉसियन समकक्ष के लिए) और पुनरावृत्ति दर f = 200 kHz है।छवियां नमूना तापमान, ध्रुवीकरण और ओवरले दिखाती हैं।स्थानीयकरण चरण की गति को (ए) में एक काले तीर से चिह्नित किया गया है।काला इनसेट 37.25\(\times\)37.25 µm SEM छवि से प्राप्त संगत FFT को दर्शाता है (जब तक वेववेक्टर \(\vec {k}\cdot (2\pi )^ {-1}\) = 200 नहीं हो जाता तब तक दिखाया गया है एनएम).प्रक्रिया पैरामीटर प्रत्येक चित्र में दर्शाए गए हैं।
चित्र 1 में आगे देखने पर, आप देख सकते हैं कि जैसे-जैसे \(o_{\mathrm {p}}\) ओवरलैप बढ़ता है, सिग्मॉइड सिग्नल FFT के x-अक्ष की ओर अधिक केंद्रित होता है।एलएसएफएल-आई के बाकी हिस्से अधिक समानांतर होते हैं।इसके अलावा, एस-प्रकार सिग्नल की सापेक्ष तीव्रता कम हो गई और डीएलआईपी-प्रकार सिग्नल की तीव्रता बढ़ गई।यह अधिक ओवरलैप वाली तेजी से स्पष्ट होती खाइयों के कारण है।साथ ही, प्रकार s और केंद्र के बीच x-अक्ष सिग्नल LSFL-I के समान अभिविन्यास वाली संरचना से आना चाहिए, लेकिन लंबी अवधि के साथ (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\लगभग \ ) 1.4 ± 0.2 µm) जैसा चित्र 1सी में दिखाया गया है।इसलिए, यह माना जाता है कि उनका गठन खाई के केंद्र में गड्ढों का एक पैटर्न है।नई सुविधा कोर्डिनेट की उच्च आवृत्ति रेंज (बड़ी तरंग संख्या) में भी दिखाई देती है।संकेत खाई की ढलानों पर समानांतर तरंगों से आता है, संभवतः ढलानों पर घटना और आगे से परावर्तित प्रकाश के हस्तक्षेप के कारण।निम्नलिखित में, इन तरंगों को LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \) द्वारा दर्शाया गया है, और उनके संकेतों को - प्रकार -s \ (_ {mathrm {p)) \) द्वारा दर्शाया गया है।
अगले प्रयोग में, नमूने का तापमान तथाकथित "गर्म" सतह के नीचे 250 डिग्री सेल्सियस तक लाया गया।संरचना उसी प्रसंस्करण रणनीति के अनुसार की गई थी जैसा कि पिछले अनुभाग में उल्लिखित प्रयोगों (चित्र 1ए-1सी) के अनुसार किया गया था।एसईएम छवियां परिणामी स्थलाकृति को दर्शाती हैं जैसा कि चित्र 1डी-एफ में दिखाया गया है।नमूने को 250 C तक गर्म करने से एलएसएफएल की उपस्थिति में वृद्धि होती है, जिसकी दिशा लेजर ध्रुवीकरण के समानांतर होती है।इन संरचनाओं को एलएसएफएल-II के रूप में जाना जा सकता है और इनकी स्थानिक अवधि \(\लैम्ब्डा _\मैथ्रम {एलएसएफएल-II}\) 247 ± 35 एनएम है।उच्च मोड आवृत्ति के कारण एलएसएफएल-II सिग्नल एफएफटी में प्रदर्शित नहीं होता है।जैसे ही \(o_{\mathrm {p}}\) 99.0 से बढ़कर 99.67\(\%\) हो गया (चित्र 1d–e), ब्राइट बैंड क्षेत्र की चौड़ाई बढ़ गई, जिससे DLIP सिग्नल की उपस्थिति हुई उच्च आवृत्तियों से अधिक के लिए.तरंग संख्याएँ (कम आवृत्तियाँ) और इस प्रकार एफएफटी के केंद्र की ओर स्थानांतरित हो जाती हैं।चित्र 1d में गड्ढों की पंक्तियाँ LSFL-I22,27 के लंबवत बने तथाकथित खांचे की पूर्ववर्ती हो सकती हैं।इसके अलावा, ऐसा प्रतीत होता है कि एलएसएफएल-II छोटा और अनियमित आकार का हो गया है।यह भी ध्यान दें कि इस मामले में नैनोग्रेन आकृति विज्ञान के साथ चमकीले बैंड का औसत आकार छोटा है।इसके अलावा, इन नैनोकणों का आकार वितरण बिना गर्म किए की तुलना में कम फैला हुआ था (या कम कण एकत्रीकरण का कारण बना)।गुणात्मक रूप से, इसका आकलन क्रमशः आंकड़े 1ए, डी या बी, ई की तुलना करके किया जा सकता है।
जैसे-जैसे ओवरलैप \(o_{\mathrm {p}}\) बढ़कर 99.67% (छवि 1f) हो गया, तेजी से स्पष्ट खाइयों के कारण एक अलग स्थलाकृति धीरे-धीरे उभरी।हालाँकि, ये खांचे चित्र 1सी की तुलना में कम व्यवस्थित और कम गहरे दिखाई देते हैं।छवि के प्रकाश और अंधेरे क्षेत्रों के बीच कम कंट्रास्ट गुणवत्ता में दिखाई देता है।इन परिणामों को सी पर एफएफटी की तुलना में चित्र 1एफ में एफएफटी कोर्डिनेट के कमजोर और अधिक बिखरे हुए सिग्नल द्वारा समर्थित किया गया है।चित्र 1बी और ई की तुलना करने पर गर्म करने पर छोटी धारियां भी स्पष्ट दिखाई दीं, जिसकी बाद में कन्फोकल माइक्रोस्कोपी द्वारा पुष्टि की गई।
पिछले प्रयोग के अलावा, लेजर बीम के ध्रुवीकरण को 90 \(^{\circ}\) घुमाया गया, जिससे ध्रुवीकरण की दिशा पोजिशनिंग प्लेटफॉर्म के लंबवत हो गई।अंजीर पर.2a-c संरचना निर्माण के प्रारंभिक चरणों को दर्शाता है, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% बिना गर्म किए (ए), गर्म (बी) और गर्म 90\(^{\ circ }\ ) - केस घूर्णन ध्रुवीकरण के साथ (सी)।संरचनाओं की नैनोटोपोग्राफी की कल्पना करने के लिए, रंगीन वर्गों से चिह्नित क्षेत्रों को चित्र में दिखाया गया है।2डी, बड़े पैमाने पर।
डीएलआईपी का उपयोग करके बनाई गई सतह संरचनाओं की एसईएम छवियां।प्रक्रिया पैरामीटर चित्र 1 के समान हैं।छवि नमूना तापमान \(T_s\), ध्रुवीकरण और पल्स ओवरलैप \(o_\mathrm {p}\) दिखाती है।काला इनसेट फिर से संबंधित फूरियर रूपांतरण को दर्शाता है।(डी)-(आई) में छवियां (ए)-(सी) में चिह्नित क्षेत्रों के आवर्धन हैं।
इस मामले में, यह देखा जा सकता है कि चित्र 2 बी, सी के गहरे क्षेत्रों में संरचनाएं ध्रुवीकरण संवेदनशील हैं और इसलिए उन्हें एलएसएफएल-II14, 20, 29, 30 लेबल किया गया है। उल्लेखनीय रूप से, एलएसएफएल-आई का अभिविन्यास भी घुमाया गया है ( चित्र 2जी, आई), जिसे संबंधित एफएफटी में एस-टाइप सिग्नल के अभिविन्यास से देखा जा सकता है।एलएसएफएल-I अवधि की बैंडविड्थ अवधि बी की तुलना में बड़ी दिखाई देती है, और इसकी सीमा चित्र 2 सी में छोटी अवधि की ओर स्थानांतरित हो जाती है, जैसा कि अधिक व्यापक एस-प्रकार सिग्नल द्वारा दर्शाया गया है।इस प्रकार, विभिन्न ताप तापमानों पर नमूने पर निम्नलिखित एलएसएफएल स्थानिक अवधि देखी जा सकती है: \(\लैम्ब्डा _{\mathrm {एलएसएफएल-I}}\) = 418\(\pm 65\) एनएम 21 ^{ \circ पर }\ )C (चित्र 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 एनएम और \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II) }} \) = एस ध्रुवीकरण के लिए 250°C पर 247 ± 35 एनएम (चित्र 2बी)।इसके विपरीत, पी-ध्रुवीकरण और 250 \(^{\circ }\)C की स्थानिक अवधि \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\) के बराबर है ) एनएम और \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 एनएम (चित्र 2c)।
विशेष रूप से, परिणाम बताते हैं कि केवल नमूना तापमान बढ़ाने से, सतह आकृति विज्ञान दो चरम सीमाओं के बीच स्विच कर सकता है, जिसमें (i) केवल एलएसएफएल-I तत्वों वाली सतह और (ii) एलएसएफएल-II से ढका क्षेत्र शामिल है।क्योंकि धातु की सतहों पर इस विशेष प्रकार के LIPSS का निर्माण सतह ऑक्साइड परतों से जुड़ा होता है, ऊर्जा फैलाने वाला एक्स-रे विश्लेषण (EDX) किया गया था।तालिका 1 प्राप्त परिणामों का सारांश प्रस्तुत करती है।प्रत्येक निर्धारण संसाधित नमूने की सतह पर विभिन्न स्थानों पर औसतन कम से कम चार स्पेक्ट्रा द्वारा किया जाता है।माप विभिन्न नमूना तापमान \(T_\mathrm{s}\) और असंरचित या संरचित क्षेत्रों वाले नमूना सतह की विभिन्न स्थितियों पर किए जाते हैं।माप में गहरी अनऑक्सीडाइज्ड परतों के बारे में भी जानकारी होती है जो सीधे उपचारित पिघले हुए क्षेत्र के नीचे होती हैं, लेकिन ईडीएक्स विश्लेषण की इलेक्ट्रॉन प्रवेश गहराई के भीतर होती हैं।हालाँकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि EDX ऑक्सीजन सामग्री को मापने की क्षमता में सीमित है, इसलिए यहां ये मान केवल गुणात्मक मूल्यांकन दे सकते हैं।
नमूनों के अनुपचारित भागों में सभी ऑपरेटिंग तापमानों पर ऑक्सीजन की महत्वपूर्ण मात्रा नहीं दिखाई दी।लेजर उपचार के बाद, सभी मामलों में ऑक्सीजन का स्तर बढ़ गया31।दो अनुपचारित नमूनों के बीच मौलिक संरचना में अंतर वाणिज्यिक स्टील के नमूनों के लिए अपेक्षित था, और हाइड्रोकार्बन संदूषण32 के कारण एआईएसआई 304 स्टील के लिए निर्माता की डेटा शीट की तुलना में काफी अधिक कार्बन मूल्य पाए गए।
ग्रूव एब्लेशन गहराई में कमी और एलएसएफएल-I से एलएसएफएल-II में संक्रमण के संभावित कारणों पर चर्चा करने से पहले, पावर स्पेक्ट्रल घनत्व (पीएसडी) और ऊंचाई प्रोफाइल का उपयोग किया जाता है।
(i) सतह के अर्ध-द्वि-आयामी सामान्यीकृत पावर स्पेक्ट्रल घनत्व (Q2D-PSD) को चित्र 1 और 2. 1 और 2 में SEM छवियों के रूप में दिखाया गया है। चूंकि PSD सामान्यीकृत है, इसलिए योग संकेत में कमी होनी चाहिए स्थिर भाग (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\), नहीं दिखाया गया) में वृद्धि के रूप में समझा जाता है, यानी चिकनाई।(ii) संगत माध्य सतह ऊंचाई प्रोफ़ाइल।नमूना तापमान \(T_s\), ओवरलैप \(o_{\mathrm {p}}\), और पोजिशनिंग प्लेटफॉर्म मूवमेंट के ओरिएंटेशन \(\vec {v}\) के सापेक्ष लेजर ध्रुवीकरण ई को सभी प्लॉट में दिखाया गया है।
SEM छवियों के प्रभाव को मापने के लिए, x या y दिशा में सभी एक-आयामी (1D) पावर स्पेक्ट्रल घनत्व (PSDs) के औसत द्वारा निर्धारित प्रत्येक पैरामीटर के लिए कम से कम तीन SEM छवियों से एक औसत सामान्यीकृत पावर स्पेक्ट्रम उत्पन्न किया गया था।संबंधित ग्राफ चित्र 3i में दिखाया गया है जो सिग्नल की आवृत्ति बदलाव और स्पेक्ट्रम में इसके सापेक्ष योगदान को दर्शाता है।
अंजीर पर.3ia, c, e, DLIP शिखर \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ ( ^{-) के करीब बढ़ता है 1}\) या ओवरलैप बढ़ने पर संबंधित उच्च हार्मोनिक्स \(o_{\mathrm {p))\)।मौलिक आयाम में वृद्धि एलआरआईबी संरचना के मजबूत विकास से जुड़ी थी।उच्च हार्मोनिक्स का आयाम ढलान की स्थिरता के साथ बढ़ता है।सीमित मामलों के रूप में आयताकार कार्यों के लिए, सन्निकटन के लिए सबसे बड़ी संख्या में आवृत्तियों की आवश्यकता होती है।इसलिए, PSD में लगभग 1.4 µm\(^{-1}\) का शिखर और संबंधित हार्मोनिक्स का उपयोग खांचे के आकार के लिए गुणवत्ता पैरामीटर के रूप में किया जा सकता है।
इसके विपरीत, जैसा कि चित्र 3(i)b,d,f में दिखाया गया है, गर्म नमूने का PSD संबंधित हार्मोनिक्स में कम सिग्नल के साथ कमजोर और व्यापक चोटियों को दर्शाता है।इसके अलावा, अंजीर में.3(i)f दर्शाता है कि दूसरा हार्मोनिक सिग्नल मौलिक सिग्नल से भी अधिक है।यह गर्म नमूने की अधिक अनियमित और कम स्पष्ट डीएलआईपी संरचना को दर्शाता है (\(T_s\) = 21\(^\circ\)C की तुलना में)।एक अन्य विशेषता यह है कि जैसे-जैसे ओवरलैप \(o_{\mathrm {p}}\) बढ़ता है, परिणामी LSFL-I सिग्नल एक छोटी तरंग संख्या (लंबी अवधि) की ओर स्थानांतरित हो जाता है।इसे डीएलआईपी मोड के किनारों की बढ़ी हुई ढलान और घटना के कोण में संबंधित स्थानीय वृद्धि 14,33 द्वारा समझाया जा सकता है।इस प्रवृत्ति के बाद, एलएसएफएल-आई सिग्नल के विस्तार को भी समझाया जा सकता है।खड़ी ढलानों के अलावा, डीएलआईपी संरचना के शिखरों के नीचे और ऊपर समतल क्षेत्र भी हैं, जो एलएसएफएल-आई अवधि की एक विस्तृत श्रृंखला की अनुमति देते हैं।अत्यधिक अवशोषक सामग्रियों के लिए, एलएसएफएल-I अवधि का अनुमान आमतौर पर इस प्रकार लगाया जाता है:
जहां \(\theta\) आपतन का कोण है, और सबस्क्रिप्ट s और p विभिन्न ध्रुवीकरणों33 को संदर्भित करते हैं।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि डीएलआईपी सेटअप के लिए घटना का विमान आमतौर पर पोजिशनिंग प्लेटफॉर्म की गति के लंबवत होता है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है (सामग्री और तरीके अनुभाग देखें)।इसलिए, एस-ध्रुवीकरण, एक नियम के रूप में, मंच की गति के समानांतर है, और पी-ध्रुवीकरण इसके लंबवत है।समीकरण के अनुसार.(1), एस-ध्रुवीकरण के लिए, छोटे तरंग संख्याओं की ओर एलएसएफएल-आई सिग्नल का प्रसार और बदलाव अपेक्षित है।यह खाई की गहराई बढ़ने पर \(\theta\) और कोणीय सीमा \(\theta \pm \delta \theta\) में वृद्धि के कारण होता है।इसे चित्र 3ia,c,e में LSFL-I चोटियों की तुलना करके देखा जा सकता है।
अंजीर में दिखाए गए परिणामों के अनुसार।1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) अंजीर में संबंधित PSD में भी दिखाई देता है।3ई.अंजीर पर.3ig,h पी-ध्रुवीकरण के लिए PSD दिखाता है।डीएलआईपी शिखरों में अंतर गर्म और बिना गर्म किए नमूनों के बीच अधिक स्पष्ट है।इस मामले में, एलएसएफएल-आई से सिग्नल डीएलआईपी शिखर के उच्च हार्मोनिक्स के साथ ओवरलैप होता है, जिससे लेज़िंग तरंग दैर्ध्य के पास सिग्नल जुड़ जाता है।
परिणामों पर अधिक विस्तार से चर्चा करने के लिए, चित्र 3ii में विभिन्न तापमानों पर डीएलआईपी रैखिक ऊंचाई वितरण के दालों के बीच संरचनात्मक गहराई और ओवरलैप दिखाया गया है।सतह की ऊर्ध्वाधर ऊंचाई प्रोफ़ाइल डीएलआईपी संरचना के केंद्र के चारों ओर औसतन दस व्यक्तिगत ऊर्ध्वाधर ऊंचाई प्रोफाइल द्वारा प्राप्त की गई थी।प्रत्येक लागू तापमान के लिए, पल्स ओवरलैप बढ़ने के साथ संरचना की गहराई बढ़ती है।गर्म नमूने की प्रोफ़ाइल एस-ध्रुवीकरण के लिए 0.87 µm और पी-ध्रुवीकरण के लिए 1.06 µm के औसत शिखर-से-शिखर (पीवीपी) मान के साथ खांचे दिखाती है।इसके विपरीत, बिना गरम किए गए नमूने का एस-ध्रुवीकरण और पी-ध्रुवीकरण क्रमशः 1.75 µm और 2.33 µm का पीवीपी दिखाता है।संबंधित पीवीपी को अंजीर में ऊंचाई प्रोफ़ाइल में दर्शाया गया है।3ii.प्रत्येक PvP औसत की गणना आठ एकल PvP के औसत से की जाती है।
इसके अलावा, अंजीर में.3iig,h पोजिशनिंग सिस्टम और ग्रूव मूवमेंट के लंबवत पी-ध्रुवीकरण ऊंचाई वितरण को दर्शाता है।पी-ध्रुवीकरण की दिशा का खांचे की गहराई पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है क्योंकि इसके परिणामस्वरूप 1.75 µm पीवीपी पर एस-ध्रुवीकरण की तुलना में 2.33 µm पर थोड़ा अधिक पीवीपी होता है।यह बदले में पोजिशनिंग प्लेटफ़ॉर्म सिस्टम के खांचे और गति से मेल खाता है।यह प्रभाव पी-ध्रुवीकरण के मामले की तुलना में एस-ध्रुवीकरण के मामले में एक छोटी संरचना के कारण हो सकता है (चित्र 2एफ, एच देखें), जिस पर अगले भाग में आगे चर्चा की जाएगी।
चर्चा का उद्देश्य गर्म नमूनों के मामले में मुख्य LIPS वर्ग (LSFL-I से LSFL-II) में परिवर्तन के कारण खांचे की गहराई में कमी की व्याख्या करना है।तो निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर दीजिए:
पहले प्रश्न का उत्तर देने के लिए, उच्छेदन में कमी के लिए जिम्मेदार तंत्रों पर विचार करना आवश्यक है।सामान्य घटना पर एकल नाड़ी के लिए, उच्छेदन गहराई को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:
जहां \(\delta _{\mathrm {E}}\) ऊर्जा प्रवेश गहराई है, \(\Phi\) और \(\Phi _{\mathrm {th}}\) अवशोषण प्रवाह और पृथक्करण प्रवाह है दहलीज, क्रमशः34 .
गणितीय रूप से, ऊर्जा प्रवेश की गहराई का पृथक्करण की गहराई पर गुणात्मक प्रभाव पड़ता है, जबकि ऊर्जा में परिवर्तन का लघुगणकीय प्रभाव होता है।इसलिए फ़्लुएंस परिवर्तन \(\Delta z\) को तब तक प्रभावित नहीं करते जब तक \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\)।हालाँकि, मजबूत ऑक्सीकरण (उदाहरण के लिए, क्रोमियम ऑक्साइड के निर्माण के कारण) Cr-Cr बांड की तुलना में मजबूत Cr-O35 बांड की ओर जाता है, जिससे एब्लेशन थ्रेशोल्ड बढ़ जाता है।नतीजतन, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) अब संतुष्ट नहीं है, जिससे ऊर्जा प्रवाह घनत्व में कमी के साथ एब्लेशन गहराई में तेजी से कमी आती है।इसके अलावा, ऑक्सीकरण अवस्था और एलएसएफएल-II की अवधि के बीच एक सहसंबंध ज्ञात है, जिसे नैनोस्ट्रक्चर में परिवर्तन और सतह ऑक्सीकरण के कारण सतह के ऑप्टिकल गुणों द्वारा समझाया जा सकता है।इसलिए, अवशोषण प्रवाह \(\Phi\) का सटीक सतह वितरण संरचनात्मक अवधि और ऑक्साइड परत की मोटाई के बीच बातचीत की जटिल गतिशीलता के कारण होता है।अवधि के आधार पर, नैनोस्ट्रक्चर क्षेत्र में तेज वृद्धि, सतह प्लास्मों की उत्तेजना, असाधारण प्रकाश हस्तांतरण या बिखरने 17,19,20,21 के कारण अवशोषित ऊर्जा प्रवाह के वितरण को दृढ़ता से प्रभावित करता है।इसलिए, \(\Phi\) सतह के पास दृढ़ता से अमानवीय है, और \(\delta _ {E}\) संभवतः एक अवशोषण गुणांक के साथ संभव नहीं है \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt}} ^ { -1} \लगभग \डेल्टा _{\mathrm {E}}^{-1}\) संपूर्ण निकट-सतह आयतन के लिए।चूंकि ऑक्साइड फिल्म की मोटाई काफी हद तक जमने के समय पर निर्भर करती है [26], नामकरण प्रभाव नमूना तापमान पर निर्भर करता है।अनुपूरक सामग्री में चित्र S1 में दिखाए गए ऑप्टिकल माइक्रोग्राफ ऑप्टिकल गुणों में परिवर्तन दर्शाते हैं।
ये प्रभाव आंशिक रूप से चित्र 1d,e और 2b,c और 3(ii)b,d,f में छोटी सतह संरचनाओं के मामले में उथली खाई की गहराई की व्याख्या करते हैं।
एलएसएफएल-II को अर्धचालकों, डाइलेक्ट्रिक्स और ऑक्सीकरण की संभावना वाली सामग्रियों 14,29,30,36,37 पर बनने के लिए जाना जाता है।बाद के मामले में, सतह ऑक्साइड परत की मोटाई विशेष रूप से महत्वपूर्ण है30।किए गए ईडीएक्स विश्लेषण से संरचित सतह पर सतह ऑक्साइड के गठन का पता चला।इस प्रकार, बिना गरम किए गए नमूनों के लिए, परिवेशी ऑक्सीजन आंशिक रूप से गैसीय कणों के निर्माण और आंशिक रूप से सतह ऑक्साइड के निर्माण में योगदान करती प्रतीत होती है।दोनों घटनाएँ इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण योगदान देती हैं।इसके विपरीत, गर्म नमूनों के लिए, विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं के धातु ऑक्साइड (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, आदि) के पक्ष में स्पष्ट 38 हैं।आवश्यक ऑक्साइड परत के अलावा, सबवेवलेंथ खुरदरापन, मुख्य रूप से उच्च स्थानिक आवृत्ति एलआईपीएसएस (एचएसएफएल) की उपस्थिति, आवश्यक सबवेवलेंथ (डी-टाइप) तीव्रता मोड 14,30 बनाने के लिए आवश्यक है।अंतिम एलएसएफएल-II तीव्रता मोड एचएसएफएल आयाम और ऑक्साइड मोटाई का एक कार्य है।इस मोड का कारण एचएसएफएल द्वारा बिखरे हुए प्रकाश का दूर-क्षेत्र का हस्तक्षेप है और प्रकाश सामग्री में अपवर्तित होता है और सतह ढांकता हुआ सामग्री 20,29,30 के अंदर फैलता है।पूरक सामग्री अनुभाग में चित्र S2 में सतह पैटर्न के किनारे की SEM छवियां पहले से मौजूद एचएसएफएल का संकेत हैं।यह बाहरी क्षेत्र तीव्रता वितरण की परिधि से कमजोर रूप से प्रभावित होता है, जो एचएसएफएल के गठन की अनुमति देता है।तीव्रता वितरण की समरूपता के कारण, यह प्रभाव स्कैनिंग दिशा में भी होता है।
नमूना हीटिंग एलएसएफएल-II गठन प्रक्रिया को कई तरह से प्रभावित करता है।एक ओर, नमूना तापमान में वृद्धि \(T_\mathrm{s}\) का पिघली हुई परत26 की मोटाई की तुलना में जमने और ठंडा होने की दर पर बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है।इस प्रकार, गर्म नमूने का तरल इंटरफ़ेस लंबे समय तक परिवेशी ऑक्सीजन के संपर्क में रहता है।इसके अलावा, विलंबित जमने से जटिल संवहनी प्रक्रियाओं का विकास संभव हो जाता है जो तरल स्टील26 के साथ ऑक्सीजन और ऑक्साइड के मिश्रण को बढ़ाता है।इसे केवल प्रसार द्वारा गठित ऑक्साइड परत की मोटाई की तुलना करके प्रदर्शित किया जा सकता है (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) एनएम) संबंधित जमावट समय \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns है, और प्रसार गुणांक \(D~\le\) 10\(^{-5}\) सेमी\(^ 2 \ )/ एस) एलएसएफएल-II फॉर्मेशन30 में उल्लेखनीय रूप से अधिक मोटाई देखी गई या आवश्यक थी।दूसरी ओर, हीटिंग एचएसएफएल के गठन को भी प्रभावित करता है और इसलिए बिखरने वाली वस्तुओं को एलएसएफएल-द्वितीय डी-प्रकार तीव्रता मोड में संक्रमण की आवश्यकता होती है।सतह के नीचे फंसे नैनोवॉइड्स के संपर्क से एचएसएफएल39 के निर्माण में उनकी भागीदारी का पता चलता है।ये दोष आवश्यक उच्च आवृत्ति आवधिक तीव्रता पैटर्न14,17,19,29 के कारण एचएसएफएल की विद्युत चुम्बकीय उत्पत्ति का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।इसके अलावा, ये उत्पन्न तीव्रता मोड बड़ी संख्या में नैनोवोइड्स19 के साथ अधिक समान हैं।इस प्रकार, एचएसएफएल की बढ़ती घटनाओं का कारण क्रिस्टल दोषों की गतिशीलता में परिवर्तन से समझाया जा सकता है क्योंकि \(T_\mathrm{s}\) बढ़ता है।
यह हाल ही में दिखाया गया है कि सिलिकॉन की शीतलन दर आंतरिक अंतरालीय सुपरसैचुरेशन के लिए एक प्रमुख पैरामीटर है और इस प्रकार अव्यवस्थाओं के गठन के साथ बिंदु दोषों के संचय के लिए 40,41 है।शुद्ध धातुओं के आणविक गतिशीलता सिमुलेशन से पता चला है कि तेजी से पुनर्संरचना के दौरान रिक्तियां अतिसंतृप्त हो जाती हैं, और इसलिए धातुओं में रिक्तियों का संचय समान तरीके से होता है42,43,44।इसके अलावा, चांदी के हालिया प्रायोगिक अध्ययनों ने बिंदु दोषों के संचय के कारण रिक्तियों और समूहों के गठन के तंत्र पर ध्यान केंद्रित किया है।इसलिए, नमूने के तापमान में वृद्धि (T_\mathrm {s}\) और, परिणामस्वरूप, शीतलन दर में कमी रिक्तियों के गठन को प्रभावित कर सकती है, जो HSFL के नाभिक हैं।
यदि रिक्तियां गुहाओं के लिए आवश्यक अग्रदूत हैं और इसलिए एचएसएफएल, नमूना तापमान \(T_s\) के दो प्रभाव होने चाहिए।एक ओर, \(T_s\) पुनर्क्रिस्टलीकरण की दर को प्रभावित करता है और, परिणामस्वरूप, विकसित क्रिस्टल में बिंदु दोष (रिक्त एकाग्रता) की एकाग्रता को प्रभावित करता है।दूसरी ओर, यह जमने के बाद शीतलन दर को भी प्रभावित करता है, जिससे क्रिस्टल 40,41 में बिंदु दोषों का प्रसार प्रभावित होता है।इसके अलावा, जमने की दर क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास पर निर्भर करती है और इस प्रकार अत्यधिक अनिसोट्रोपिक होती है, जैसा कि बिंदु दोष42,43 का प्रसार है।इस आधार के अनुसार, सामग्री की अनिसोट्रोपिक प्रतिक्रिया के कारण, प्रकाश और पदार्थ की परस्पर क्रिया अनिसोट्रोपिक हो जाती है, जो बदले में ऊर्जा के इस नियतात्मक आवधिक रिलीज को बढ़ाती है।पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्रियों के लिए, यह व्यवहार एक दाने के आकार तक सीमित हो सकता है।वास्तव में, अनाज अभिविन्यास के आधार पर LIPSS गठन का प्रदर्शन किया गया है।इसलिए, क्रिस्टलीकरण दर पर नमूना तापमान \(T_s\) का प्रभाव अनाज अभिविन्यास के प्रभाव जितना मजबूत नहीं हो सकता है।इस प्रकार, विभिन्न अनाजों का अलग-अलग क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास क्रमशः एचएसएफएल या एलएसएफएल-द्वितीय के रिक्त स्थान और एकत्रीकरण में वृद्धि के लिए एक संभावित स्पष्टीकरण प्रदान करता है।
इस परिकल्पना के प्रारंभिक संकेतों को स्पष्ट करने के लिए, सतह के करीब अनाज के गठन को प्रकट करने के लिए कच्चे नमूनों को उकेरा गया था।अंजीर में अनाज की तुलना।S3 को पूरक सामग्री में दिखाया गया है।इसके अलावा, एलएसएफएल-I और एलएसएफएल-II गर्म नमूनों पर समूहों में दिखाई दिए।इन गुच्छों का आकार और ज्यामिति अनाज के आकार के अनुरूप होती है।
इसके अलावा, एचएसएफएल अपनी संवहनी उत्पत्ति 19,29,48 के कारण कम प्रवाह घनत्व पर केवल एक संकीर्ण सीमा में होता है।इसलिए, प्रयोगों में, यह संभवतः केवल बीम प्रोफ़ाइल की परिधि पर होता है।इसलिए, एचएसएफएल गैर-ऑक्सीकृत या कमजोर ऑक्सीकृत सतहों पर बनता है, जो उपचारित और अनुपचारित नमूनों के ऑक्साइड अंशों की तुलना करने पर स्पष्ट हो जाता है (तालिका रेफ्टैब देखें: उदाहरण)।यह इस धारणा की पुष्टि करता है कि ऑक्साइड परत मुख्य रूप से लेजर द्वारा प्रेरित होती है।
यह देखते हुए कि एलआईपीएसएस का गठन आम तौर पर अंतर-पल्स फीडबैक के कारण दालों की संख्या पर निर्भर होता है, पल्स ओवरलैप बढ़ने पर एचएसएफएल को बड़ी संरचनाओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।कम नियमित एचएसएफएल के परिणामस्वरूप एलएसएफएल-II के गठन के लिए आवश्यक कम नियमित तीव्रता पैटर्न (डी-मोड) होता है।इसलिए, जैसे-जैसे \(o_\mathrm {p}\) का ओवरलैप बढ़ता है (de से चित्र 1 देखें), LSFL-II की नियमितता कम हो जाती है।
इस अध्ययन ने लेजर संरचित डीएलआईपी उपचारित स्टेनलेस स्टील की सतह आकृति विज्ञान पर सब्सट्रेट तापमान के प्रभाव की जांच की।यह पाया गया है कि सब्सट्रेट को 21 से 250 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने से एस-ध्रुवीकरण में एब्लेशन गहराई 1.75 से 0.87 µm तक और पी-ध्रुवीकरण में 2.33 से 1.06 µm तक कम हो जाती है।यह कमी एलआईपीएसएस प्रकार में एलएसएफएल-I से एलएसएफएल-II में परिवर्तन के कारण है, जो उच्च नमूना तापमान पर लेजर-प्रेरित सतह ऑक्साइड परत से जुड़ा है।इसके अलावा, एलएसएफएल-II बढ़े हुए ऑक्सीकरण के कारण थ्रेशोल्ड फ्लक्स को बढ़ा सकता है।यह माना जाता है कि उच्च पल्स ओवरलैप, औसत ऊर्जा घनत्व और औसत पुनरावृत्ति दर वाली इस तकनीकी प्रणाली में, एलएसएफएल-द्वितीय की घटना भी नमूना हीटिंग के कारण अव्यवस्था गतिशीलता में परिवर्तन से निर्धारित होती है।यह अनुमान लगाया गया है कि एलएसएफएल-II का एकत्रीकरण अनाज अभिविन्यास-निर्भर नैनोवॉइड गठन के कारण होता है, जिससे एचएसएफएल एलएसएफएल-II के अग्रदूत के रूप में सामने आता है।इसके अलावा, संरचनात्मक अवधि और संरचनात्मक अवधि की बैंडविड्थ पर ध्रुवीकरण की दिशा के प्रभाव का अध्ययन किया जाता है।यह पता चला है कि एब्लेशन गहराई के संदर्भ में पी-ध्रुवीकरण डीएलआईपी प्रक्रिया के लिए अधिक कुशल है।कुल मिलाकर, यह अध्ययन अनुकूलित सतह पैटर्न बनाने के लिए डीएलआईपी एब्लेशन की गहराई को नियंत्रित और अनुकूलित करने के लिए प्रक्रिया मापदंडों के एक सेट को उजागर करता है।अंत में, एलएसएफएल-I से एलएसएफएल-II में संक्रमण पूरी तरह से गर्मी से प्रेरित है और बढ़ी हुई गर्मी बिल्डअप24 के कारण निरंतर पल्स ओवरलैप के साथ पुनरावृत्ति दर में थोड़ी वृद्धि की उम्मीद है।ये सभी पहलू डीएलआईपी प्रक्रिया के विस्तार की आगामी चुनौती के लिए प्रासंगिक हैं, उदाहरण के लिए बहुभुज स्कैनिंग सिस्टम49 के उपयोग के माध्यम से।हीट बिल्डअप को कम करने के लिए, निम्नलिखित रणनीति का पालन किया जा सकता है: पॉलीगोनल स्कैनर की स्कैनिंग गति को जितना संभव हो उतना ऊंचा रखें, बड़े लेजर स्पॉट आकार का लाभ उठाते हुए, स्कैनिंग दिशा में ऑर्थोगोनल, और इष्टतम एब्लेशन का उपयोग करें।प्रवाह 28. इसके अलावा, ये विचार डीएलआईपी का उपयोग करके उन्नत सतह क्रियाशीलता के लिए जटिल पदानुक्रमित स्थलाकृति के निर्माण की अनुमति देते हैं।
इस अध्ययन में, 0.8 मिमी मोटी इलेक्ट्रोपॉलिश स्टेनलेस स्टील प्लेट (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) का उपयोग किया गया था।सतह से किसी भी दूषित पदार्थ को हटाने के लिए, नमूनों को लेजर उपचार (इथेनॉल की पूर्ण सांद्रता \(\ge\) 99.9%) से पहले इथेनॉल से सावधानीपूर्वक धोया गया था।
डीएलआईपी सेटिंग चित्र 4 में दिखाई गई है। नमूनों का निर्माण 532 एनएम की तरंग दैर्ध्य और 50 मेगाहर्ट्ज की अधिकतम पुनरावृत्ति दर के साथ 12 पीएस अल्ट्राशॉर्ट स्पंदित लेजर स्रोत से सुसज्जित डीएलआईपी प्रणाली का उपयोग करके किया गया था।किरण ऊर्जा का स्थानिक वितरण गाऊसी है।विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ऑप्टिक्स नमूने पर रैखिक संरचनाएं बनाने के लिए एक दोहरी-बीम इंटरफेरोमेट्रिक कॉन्फ़िगरेशन प्रदान करते हैं।100 मिमी की फोकल लंबाई वाला एक लेंस 6.8\(^\circ\) के निश्चित कोण पर सतह पर दो अतिरिक्त लेजर बीम लगाता है, जो लगभग 4.5 µm की स्थानिक अवधि देता है।प्रायोगिक सेटअप पर अधिक जानकारी अन्यत्र50 पर पाई जा सकती है।
लेजर प्रसंस्करण से पहले, नमूना को एक निश्चित तापमान पर हीटिंग प्लेट पर रखा जाता है।हीटिंग प्लेट का तापमान 21 और 250°C पर सेट किया गया था।सभी प्रयोगों में, प्रकाशिकी पर धूल के जमाव को रोकने के लिए एक निकास उपकरण के साथ संयोजन में संपीड़ित हवा के एक अनुप्रस्थ जेट का उपयोग किया गया था।संरचना के दौरान नमूने की स्थिति के लिए एक x,y चरण प्रणाली स्थापित की गई है।
पोजिशनिंग स्टेज सिस्टम की गति क्रमशः 99.0 से 99.67 \(\%\) के दालों के बीच ओवरलैप प्राप्त करने के लिए 66 से 200 मिमी/सेकेंड तक भिन्न थी।सभी मामलों में, पुनरावृत्ति दर 200 kHz पर तय की गई थी, और औसत शक्ति 4 W थी, जो 20 μJ की प्रति पल्स ऊर्जा देती थी।डीएलआईपी प्रयोग में प्रयुक्त बीम व्यास लगभग 100 µm है, और परिणामी शिखर लेजर ऊर्जा घनत्व 0.5 J/cm\(^{2}\) है।प्रति इकाई क्षेत्र में जारी कुल ऊर्जा \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm के लिए 50 J/cm\(^2\) के अनुरूप चरम संचयी प्रवाह है \(^2\) के लिए \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) और 150 J/cm\(^2\) के लिए \(o_{ \mathrm {p}}\ ) = 99.67 \(\%\).लेजर बीम के ध्रुवीकरण को बदलने के लिए \(\lambda\)/2 प्लेट का उपयोग करें।उपयोग किए गए मापदंडों के प्रत्येक सेट के लिए, नमूने पर लगभग 35 × 5 मिमी\(^{2}\) का एक क्षेत्र बनाया गया है।औद्योगिक प्रयोज्यता सुनिश्चित करने के लिए सभी संरचित प्रयोग परिवेशीय परिस्थितियों में किए गए।
नमूनों की आकृति विज्ञान की जांच क्रमशः 50x आवर्धन और 170 एनएम और 3 एनएम के ऑप्टिकल और ऊर्ध्वाधर रिज़ॉल्यूशन वाले कन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके की गई थी।एकत्रित स्थलाकृतिक डेटा का सतह विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग करके मूल्यांकन किया गया था।आईएसओ 1661051 के अनुसार इलाके के डेटा से प्रोफाइल निकालें।
नमूनों को 6.0 केवी के त्वरित वोल्टेज पर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके भी चित्रित किया गया था।नमूनों की सतह की रासायनिक संरचना का मूल्यांकन 15 केवी के त्वरित वोल्टेज पर ऊर्जा-फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) अनुलग्नक का उपयोग करके किया गया था।इसके अलावा, नमूनों की सूक्ष्म संरचना की दानेदार आकृति विज्ञान को निर्धारित करने के लिए 50x उद्देश्य वाले एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया था। इससे पहले, नमूनों को 15-20 \(\%\) और 1\( के हाइड्रोक्लोरिक एसिड और नाइट्रिक एसिड सांद्रता के साथ स्टेनलेस स्टील के दाग में पांच मिनट के लिए 50 \(^\circ\)C के स्थिर तापमान पर उकेरा गया था। -<\)5 \(\%\), क्रमशः। इससे पहले, नमूनों को 15-20 \(\%\) और 1\( के हाइड्रोक्लोरिक एसिड और नाइट्रिक एसिड सांद्रता के साथ स्टेनलेस स्टील के दाग में पांच मिनट के लिए 50 \(^\circ\)C के स्थिर तापमान पर उकेरा गया था। -<\)5 \(\%\), क्रमशः। Пере этим образцы травили при постоянной температуре 50 \(^\circ\)С в течени е пяти минут в краске из нержавеющей стали соляной и азотной кислотами ко нцентрацией 15-20 \(\%\) और 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. इससे पहले, नमूनों को 15-20 \(\%\) और 1\( की सांद्रता के साथ हाइड्रोक्लोरिक और नाइट्रिक एसिड के साथ स्टेनलेस स्टील पेंट में पांच मिनट के लिए 50 \(^\circ\)C के स्थिर तापमान पर उकेरा गया था। -<\)5 \( \%\) क्रमशः।50 \(^\circ\)C के लिए धन्यवाद, 15–20 \(\%\)和1\( -<\)5 \ (\%\)，分别。在此之前, 样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\)，分别。इससे पहले, नमूनों को 15-20 \(\%\) और 1 हाइड्रोक्लोरिक और नाइट्रिक एसिड की सांद्रता के साथ स्टेनलेस स्टील के लिए एक धुंधला समाधान में 50 \(^\circ\)C के स्थिर तापमान पर पांच मिनट के लिए चुना गया था। \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) क्रमशः।
दो-बीम डीएलआईपी सेटअप के प्रायोगिक सेटअप का योजनाबद्ध आरेख, जिसमें (1) एक लेजर बीम, (2) एक \(\लैम्ब्डा\)/2 प्लेट, (3) एक निश्चित ऑप्टिकल कॉन्फ़िगरेशन के साथ एक डीएलआईपी हेड, (4) शामिल है। ) एक गर्म प्लेट, (5) एक क्रॉस-फ्लुइडिक, (6) x,y पोजिशनिंग चरण और (7) स्टेनलेस स्टील के नमूने।बायीं ओर लाल रंग में परिचालित दो सुपरइम्पोज्ड किरणें, नमूने पर \(2\थीटा\) कोणों (एस- और पी-ध्रुवीकरण दोनों सहित) पर रैखिक संरचनाएं बनाती हैं।
वर्तमान अध्ययन में उपयोग किए गए और/या विश्लेषण किए गए डेटासेट उचित अनुरोध पर संबंधित लेखकों से उपलब्ध हैं।
पोस्ट समय: जनवरी-07-2023