超短パルスレーザーによる金属表面ナノ構造自己形成の機構解明と高効率加工法の開発

利用超短脉冲激光阐明金属表面纳米结构自形成机制并开发高效加工方法

基本信息

批准号：
12J04282
负责人：
清水雅弘
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J04282/
关键词：
フェムト秒レーザー金属アブレーション閾値

项目摘要

前年度までに、4種の金属(Cu, Pt, W, Mo)にアブレーション閾値以下のフルーエンスで超短パルスレーザーを照射した時に形成される表面ナノ構造のSEM観察を終えた。Cu, Mo, W表面にはクラックの発生が確認されたが、Ptにおいてクラックは観察されなかった。本年度は、この結果を踏まえて、Ptとその他の金属の違いを議論するために、金属の光・熱・機械物性の観点から、電磁界分布シミュレーションおよび文献調査により議論した。また、アブレーション閾値以上のレーザー照射を行い、SEM観察を行った。時間領域差分法によるレーザー照射時の電界分布の計算より、金属表面の窪みが起点となってクラック発生し、成長することがわかった。クラックが一定の長さ以上に成長すると、クラック端の電場強度は弱くなり、成長が止まることがわかった。これより、入射パルス数を変化させてもクラックの長さの分布が変化しないことを説明できた。文献調査により、Ptは他の金属と比べて延性・展性に富んでいることがわかり、これが原因でクラックが発生しないことがわかった。以上の結果を前年度の結果と合わせ論文化した。応用物理分野でトップレベルの国際学術誌であるApplied Physics Lettersに掲載された。アブレーション閾値以上における入射パルス数の増加に伴うナノ周期構造の形成過程が明らかになった。表面に窪みを起点に散乱波が生じ、それにより表面プラズモンが励起される。それが入射波と干渉しあってナノ周期構造が形成されることが分かった。

到上一年，我们完成了在四种类型的金属（Cu，Pt，W，Mo）中用超短脉冲激光器照射的表面纳米结构的SEM观察，并以低于消融阈值的速度进行了辐照。尽管在Cu，Mo和W表面上观察到裂纹，但在PT中未观察到裂缝。基于这些结果，从今年，我们通过电磁场分布模拟和文献调查讨论了PT和其他金属之间的差异，从光，热和金属的机械性能的角度来看。此外，在消融阈值上方进行激光照射，并进行了SEM观察。使用时域差异方法在激光照射过程中计算电场分布表明，由于金属表面上的抑郁症而发生裂缝并增长。已经发现，当裂纹生长以上时，裂纹端处的电场强度变得较弱，生长停止。这解释说，即使更改了入射脉冲的数量，裂纹长度的分布也不会改变。文献研究表明，PT比其他金属更具有延展性和延展性，这不会引起破裂。上述结果与上一年的结果结合在一起并进行了讨论。它在应用物理学领域的最高国际学术期刊中列入了应用物理信函。阐明了形成纳米周期结构的过程，随着消融阈值的入射脉冲数量增加。从抑郁症开始，在表面产生散射的波，这激发了表面等离子体。发现这会干扰入射波形成纳米碘结构。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

フェムト秒レーザー照射によるガラス内部の局所温度上昇評価と構造変化メカニズムの検討

飞秒激光照射玻璃内部局部温升评估及结构变化机制研究

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
清水雅弘;ほか
通讯作者：
ほか

Metal-like self-organization of periodic nanostructures on silicon and silicon carbide under femtosecond laser pulses

DOI：
10.1063/1.4832829
发表时间：
2013-11
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
L. Gemini;M. Hashida;M. Shimizu;Y. Miyasaka;S. Inoue;S. Tokita;J. Limpouch;T. Mocek;S. Sakabe
通讯作者：
L. Gemini;M. Hashida;M. Shimizu;Y. Miyasaka;S. Inoue;S. Tokita;J. Limpouch;T. Mocek;S. Sakabe

Unidirectionally oriented nanocracks on metal surfaces irradiated by low-fluence femtosecond laser pulses