Воздействие импульсного лазерного ультрафиолетового и инфракрасного излучения на полимеры и жидкие металлы

Шулепов, Михаил Александрович

Воздействие импульсного лазерного ультрафиолетового и инфракрасного излучения на полимеры и жидкие металлы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Шулепов, Михаил Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Воздействие импульсного лазерного ультрафиолетового и инфракрасного излучения на полимеры и жидкие металлы»

Автореферат диссертации на тему "Воздействие импульсного лазерного ультрафиолетового и инфракрасного излучения на полимеры и жидкие металлы"

На правах рукописи

Щг

Шулепов Михаил Александрович

ВОЗДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО И ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПОЛИМЕРЫ И ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ

01.04.05-оптика

005018601

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2 ДП? Ш

Томск-2012

005018601

Работа выполнена в Учреждении Российской академии Институте сильноточной электроники Сибирского отделения РАН

наук

Научный руководитель:

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор

Тарасенко Виктор Федотович

кандидат физико-математических наук Панченко Алексей Николаевич

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН Андреев Юрий Михайлович

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института сильноточной электроники СО РАН Прокопьев Владимир Егорович

Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН

Защита состоится «19» апреля 2012 г. В 14 час. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д 212.267.04 при Томском государственном университете, по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 36, ауд. 119.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета, по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан «19» марта 2012 г Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.267.04

ПойзнерБ.Н.

Актуальность работы. Использование лазерного излучения как инструмента взаимодействия с окружающей нас .средой благодаря широкому диапазону энергетических временных и пр. характеристик позволило сделать большой шаг во многих областях науки и техники. Появилась возможность реализации новых бесконтактных методик диагностики материалов, их модификации, как то: лазерный спектральный анализ, лазерная микроскопия и оптическая томография [1-4]. Лазерное излучение позволяет сваривать, резать, спаивать различные материалы, причем с качеством швов, намного превышающим получаемые другими методами [5-8]. Благодаря лазерам стало возможным точно измерять расстояния и определять местоположения объектов [9]. Лазерное излучение используется для легирования, упрочнения материалов [8]. Оно минимизирует механическое воздействие на обрабатываемые детали и тем самым не вызывает их деформацию. Лазеры используются в химии для диагностики процессов и управления ими [10, 11]. Благодаря лазерному скальпелю резко уменьшается время регенерации тканей прооперированных органов, тем самым уменьшается время излечения больных [12]. На сегодняшний день невозможно представить микроэлектронику без лазера [13]. В общем, сегодня трудно найти область науки или техники, где, по крайней мере, не было попытки использования лазерного излучения. Однако с момента появления лазеров в связи с их универсальностью и широкими возможностями в применении лазерного излучения перед исследователями иОлг,::лсс^ нр"бтоимое поле деятельности. Многие вопросы решены, многое уже изучено, на что указывает сам факт широты использования лазерного излучения. Тем не менее, ряд проблем требует своего изучения. Так, в литературе мало работ, посвященных взаимодействию лазерного излучения с веществами, находящимися в отличных от обычного состояниях. Например, практически отсутствуют работы, в которых бы исследовался вопрос взаимодействия лазерного излучения с переохлажденными или перегретыми веществами. Действительно, на первый взгляд здесь не может возникнуть никаких вопросов, поскольку известно, что в точке воздействия лазерного излучения на материал температура может достигать десятков тысяч градусов, и потому предварительный разогрев или охлавдение вещества заведомо нивелируется воздействием лазерного излучения [14, 15]. Но, нельзя забывать, что показатель преломления, один из основных оптических параметров любого вещества, зависит от

температуры, как собственно и коэффициенты теплоемкости и теплопроводности.

Также необходимо учитывать, что процесс воздействия лазерного излучения на вещество не является моментальным. Поэтому динамика процессов, происходящих в веществе, находящемся на момент воздействия лазерным излучением в отличном от нормального термодинамическом состоянии, представляет определенный интерес. А в свете того, что "нормальные условия" для различных материалов с точки зрения их применения в науке и технике, как правило, находятся в широком диапазоне температур, то исследование процессов происходящих при воздействии лазерного излучения на материалы при различных начальных температурах вещества, становится весьма актуальной задачей.

На сегодняшний день в литературе можно найти множество работ, посвященных взаимодействию лазерного излучения с полимерами [16-20]. Как правило, это работы экспериментальной направленности, но можно встретить работы теоретического плана [21]. В основном, в данных предлагаются лишь качественные модели, предлагающие возможные механизмы процессов, изучаемых при воздействии лазерного излучения на полимеры. Анализ литературных источников показал, что для расчетов процессов, происходящих при облучении полимеров лазерным излучением, обычно используют тепловые модели, в той или иной степени учитывающие химию индуцированных лазерным излучением реакций или динамику оптических параметров, например экранирование лазерного излучения продуктами выноса. Но моделей, позволяющих прогнозировать результаты воздействия лазерного излучения на полимеры на сегодняшний день нет. Поэтому такие задачи, как получение напылений частицами с заданным размером, решаются путем подбора параметров лазерного излучения н условий, при которых проводится воздействие. Отсутствие расчетных работ, по-видимому, связано с большой сложностью процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на полимеры. Поэтому построение модели, позволяющей адекватно описывать хотя бы часть процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на полимеры, является еще одной актуальной задачей, на решение которой направлена данная работа.

В связи с рассматриваемыми проблемами целью работы ставилось выявление механизмов воздействия лазерного инфракрасного и ультрафиолетового излучения наносекундной и микросекундной длительности на полимеры и металлы. В рамках данного направления НИР были сформулированы следующие задачи:

1. Изучение особенностей формирования микроструктур из тефлона (-С2Р4-)„ и полимстилмстакрилата (-С5Н802-)„ под действием излучения СЮ2-лазера при различных собственных температурах образцов.

2. Исследование динамики образования и оптических свойств продуктов лазерной абляции при действии излучения С02-лазера с длительностью импульса 100 не на полиметилметакрилат (-С5Н802-)п и полиамид-6 (-М1-(СН2)5-СО-)п.

3. Определение физико-химических факторов, влияющих - при воздействии наносекундных импульсов УФ- и ИК-излучения - на динамику поверхности легкоплавких металлов, помещённых в различные газовые среды и вакуум.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, включающий в себя как измерение параметров лазерного излучения и лазерной плазмы (энергетические, временные, спектральные характеристики), так и исследование результатов воздействия лазерного излучения на материалы (измерение размеров, массы абляцированных частиц; гравиметрия кратеров, микроструктур на поверхности, подвергнутых воздействию материалов). При этом использовались стандартные методики измерений с использованием современных измерительных приборов. Для интерпретации результатов полученных в экспериментах, использовалось численное моделирование процессов, происходящих при воздействии ла^р;;огс :~лу*!ения на исследуемые материалы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Охлаждение образцов из политетрафторэтилена и полиметилметакрилата с плотностями 2,2 г/см3 и 1,16 г/см3 от температуры деполимеризации до -40°С, в условиях воздействия импульсного С02 лазера с плотностью мощности излучения 3,5-104-^6107 Вт/см2 и с длительностью в единицы - десятки микросекунд уменьшает средний размер абляцированных частиц до сотен нанометров и дисперсию их размера приблизительно в 1,5 раза.

2. При фокусировании лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм, мощностью 5 МВт/см2, и длительностью на полувысоте 1 мке, соответственно, на образцы из полиметилметакрилата и полиамида-6 с плотностями 1,16 г/см3 и 1,15 г/см3 процесс образования и разлета плазмы сопровождается двумя импульсами свечения в ультрафиолетовой и видимой области спектра. Второй импульс

свечения плазмы, возникающий через 8-10 микросекунд после окончания лазерного облучения, обусловлен процессами горения паров полимеров в кислороде, а время его появления зависит от химического состава паров.

3. В окисляющей среде (Я^, воздух) при воздействии на поверхность жидких металлов (1п, (га, сплав Вуда, сплав Бп-РЬ) наносекундными импульсами лазерного излучения с длинами волн 337 нм и 1,06 мкм и с плотностью мощности, достаточной для образования плазмы и удаления оксидной пленки, вследствие капиллярного эффекта и последующего окисления жидкого металла на поверхности капли формируются микроструктуры из оксида металла, заполненные внутри жидким металлом. Рост микроструктур происходит от импульса к импульсу навстречу лазерному пучку, их высота достигает 5 мм, а диаметр сравним с диаметром фокусного пятна.

Достоверность научных положений, выносимых на защиту, и прочих результатов

Корректность первого положения обусловлена:

-применением общепринятых методик измерения значений параметров лазерного излучения, плазмы абляционного факела и продуктов выноса;

- постоянным контролем постоянства условий экспериментов;

-проверкой корреляции между результатами экспериментов и давлением окружающей атмосферы, её химическим составом, химическим составом облучаемых образцов и их чистотой;

-повторяемостью результатов с высокой точностью для соответствующих серий экспериментов (разброс данных составляет менее 20%);

Правомерность второго и третьего положений обусловлена:

- применением общепринятых методик регистрации значений параметров излучения и лазерной плазмы;

- повторяемостью результатов, полученных при проведении серий экспериментов в одинаковых условиях;

- согласием экспериментальных данных с результатами численного моделирования

(не хуже 10%) и данными авторов полученными в близких условиях эксперимента,

представленными в [16, 17,22].

Научная новизна

1. Обнаружено изменение размеров аблированных частиц полимеров в результате импульсного лазерного воздействия при изменении собственной температуры образцов [2003 г.].

2. Обнаружено, что импульс свечение лазерно индуцированной плазмы на поверхности полимеров полиметилметакрилата и полиамида-6 состоит из двух последовательных пиков [2006 г.].

3. Обнаружено формирование микроструктур при многоимпульсном воздействии лазерного излучения УФ- и ИК- диапазона наносекундной длительности на жидкие металлы в присутствии химически активных газов [2011 г.].

4. Сделано предположение о механизмах появления второго пика импульса свечения лазерно-индуцированной плазмы на поверхности полимеров.

5. Определен механизм формирования микроструктур на поверхности жидких металлов под действием импульсного лазерного излучения УФ- и ИК- диапазона.

Научная ценность

1. Результаты исследований воздействия лазерного излучения на полимеры в атмосферах различных газов позволили более точно описать природу процесса образования и развития плазмы на поверхности полиметилметакрилата и полиамида-6.

2. Выдвинуто предположение, что изменение количества продуктов абляции и размер аблированных частиц при изменении исходной температуры мишени определяются существенным влиянием температуры полимеров на их оптические характеристики и как следствие, на энергию лазерного излучения поглощаемую полимером (до начала плазмообразования).

3. Сделано предположение, что появление второго пика импульса свечения лазерно-индуцированной плазмы на поверхности полиметилметакрилата и полиамида обусловлена химическими реакциями продуктов абляции с воздухом атмосферы.

4. Показано, что формирование микроструктур на поверхности жидких металлов под действием импульсного лазерного излучение является результатом роста капилляра со стенками из оксидов (фторидов, нитридов) металла возникающих за счет взаимодействия чистого металла с окружающим газом.

Практическая значимость

Первое защищаемое положение и результаты, с ним связанные, позволяют создавать мелкодисперсионные полимерные порошки, тонкие однородные покрытия, а также варьировать глубину обработки полимеров лазерным излучением. Вытекающие из третьего положения и результатов, с ним связанных, представления о механизмах взаимодействия импульсного лазерного излучения с жидкими металлами позволяют создавать микрорельеф заданной конфигурации на поверхности металлов.

Апробация. Основные результаты работы опубликованы в российских и зарубежных научных журналах, докладывались на Всероссийских и Международных конференциях:

Laser Processing of Advanced Materials and Laser Microtechnologies: International Conference on Lasers, Applications, and Technologies (Moscow, Russia 2002), CLEO/Europe (Munich, Germany,2003), XII Международная конференция по методам аэрофизических исследований (Новосибирск Россия, 2004), High-power laser ablation (Taos, USA,2004), III Всероссийская конф. «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине» (Новосибирск, Россия, 2009), XLVII Международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, Россия, 2009), 10-th International Conference on Laser Ablation (Singapore, 2009), LAT 2010: International Conference on Laser, Applications and Technologies (Kazan, Russia, 2010), XVIII International Symposium on Gas Flow, Chemical Lasers and High-Power Lasers (2010, Sofia, Bulgaria), International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, Russia, 2004, 2006, 2008, 2010), Международная конференция Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул - AMPL (Томск, Россия,2003, 2005,2007, 2009)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, включая 3 публикации в журналах из списка ВАК

Личный вклад. Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором либо при непосредственном его участии. Автор участвовал в постановке задач, выборе методов, подготовке и проведении экспериментов, а также обработке и интерпретации результатов экспериментов. На основании экспериментальных данных, полученных автором, и с его участием в постановке задач и анализе результатов в Институте теплофизики СО РАН Н.М. Булгаковой, И.М. Бураковым и JI.A. Захаровым были проведены численные моделирования процессов лазерной абляции полиметилметакрилата и динамики микроструктур на поверхности жидких металлов под действием лазерного излучения.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений с таблицами обозначений и сокращений. Работа изложена на 151 странице, содержит 6 таблиц, включает библиографический список из 198 наименований, »и;л;огтр::рс2а!!?. 4! рисунком.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи работы, приведены научные положения, выносимые на защиту, а также новизна, научная и практическая значимость.

В первой главе дано описание экспериментальных установок, используемых при исследованиях. Установки построены на основе схемы (рисунок 1) с использованием С02 лазеров "ЛИДА", "Фотон-2" и "МИГ-1" (Лаборатория оптических излучений, ИСЭ СО РАН), а также Nd:YAG лазера LQ129 (Solar Laser Systems, Беларусь). "Фотон - 2" и "ЛИДА" относятся к TEA лазерам, "МИГ-1" является электро-ионизационным лазером

Рисунок 1. Принципиальная схема базовой установки для воздействия лазерного I излучения на материалы. 1-лазер, 2-фокусирующая линза, 3-образец, 4-подложка для I

напыления.

В зависимости от задачи исследований, установка дополнялась различным оборудованием для регистрации параметров лазерного излучения, изменения внешних условий, среды, в которой предполагалось проводить воздействие и т.д. Глава состоит из параграфов, в каждом из которых описаны установки, которые использовались в соответствующих сериях экспериментов, результаты которых представлены в последующих главах. Энергетические и временные характеристики лазеров даны в таблице 1:

Таблица 1. Параметры лазеров.

X, м Т] /2, С Оимш Дж Учпи, Гц

Фотон - 2 - 337-10"9 4-Ю"9 250-Ю-6 моноимпульс

Фотон - 2 - С02 10,6-10'6 ~28ТО75" 0,23 до 4

ЛИДА - С02 10,6-10'6 50- 10'9-И-10"6 6 моноимпульс

МИГ-1 -С02 10,6-Ю"6 Т00ЇЇ50ЇГТ(Г9~ 6-35 до 25

МИГ-1 - АгХе 1,73-10"6 320-Ю9 0,01-0,015 до 25

Ь(}129 1,06-10"6 4-Ю-9 250-Ю"6 до 500

Так же в главе представлено оборудование и описаны методики, используемые для анализа результатов экспериментов.

Во второй главе представлены результаты экспериментов по воздействию излучения С02 лазера на тефлон (С2Р4)П при различных температурах [*1-*7].

Показана зависимость количества аблированного вещества от температуры (рисунок 2).

Рисунок 2. Удельная масса аблированного вещества в зависимости от температуры. Приведены результаты анализа распределения частиц, напыленных на | кварцевые пластины в результате воздействия, на основе которых получена зависимость среднего размера частиц от температуры образцов, при которой проводилось облучение (рисунок 3).

—1-1-1-■-1-1-1-1-1-1-1-'-1—

20 40 60 80 100 120 140

Т,°С

Рисунок 3. Зависимость среднего размера частиц тефлона, напыленных на подложку от температуры образца под действием излучения установки. Третья глава посвящена исследованию воздействия ИК лазерного излучения на полиметилметакрилат (С5Н802)п и полиамид-6 (ЫН (СН2)5СО)„.

В главе представлены результаты по динамике плазменного факела, возникающего над поверхностью исследуемых материалов (рисунок 4).

Рисунок 5. Спектр излучения плазменного факела при воздействии импульсного излучения С02- лазера на ПММА и полиамид-6 в воздухе.

Рисунок 4. Динамика свечения плазмы над поверхностью ПММА.

Показано, что формирование плазмы при лазерной абляции ПММА резко снижает эффективность абляции и напыления полимерных пленок вследствие активного экранирования мишени и сгорания значительной части продуктов абляции в плазменном факеле. Результаты эксперимента по регистрации спектров плазмы, возникающей на поверхности ПММА и полиамида-6, подтверждают этот вывод (рисунок 5).

020 018

006

004

002

012п

Изучена динамика свечения плазменного факела на отдельных спектральных линиях (рисунок 6).

-343,7 nm СН20 358,S nm CN 388,3 nm CN

эар.

Рисунок 6. Осциллограммы свечения плазменного факела на спектральных линиях циана (CN) и формальдегида (СН20) при воздействии на Г1ММА излучения С02

лазера в воздухе.

Также в этой главе приводятся результаты моделирования процессов происходящих в плазменном факеле при воздействии излучения С02 лазера на поверхность пластика. Моделирование процессов проводилось научной группой I I.M. Булгаковой при участии автора диссертации в постановке задачи, разработке модели и анализе результатов.

В основе hfcxtnjd была положена фотометрическая модель [23] с учетом экранирования лазерного излучения плазмой, образующейся в приповерхностной области облучаемого на воздухе материала. Согласно этой модели, ослабление света при прохождении через плазму можно представить в виде

/(0 = /„(Г)ехр(-Л(0) (1)

Коэффициент затухания Л(/) вычисляется из разложения Унзольда-Крамерса в

виде:

Д(0 = aAx(t) + bËa(t),

(2)

где Д.х(0 и Еа{{) - глубина абляции и лазерная энергия, поглощенная в плазме факела к моменту времени /. Параметры а и Ь учитывают длину оптического пути через плазму и эффект роста поглощения из-за нагрева плазмы, соответственно.

Предполагалось, что нагрев плазмы может быть обусловлен не только поглощением, но также из-за экзотермической реакции горения паров ММА (метилметакрилата), которая может быть записана в виде

С5Н802 + 602 -> 5С02 + 4Н20 (3)

Для запуска реакции (3) необходима энергия активации Eg= 175,5 кДж/моль, тогда как теплота сгорания Qc = 2520 кДж/моль. Следовательно, вместо Ea(t) в коэффициенте затухания Л(i) (2), необходимо использовать полную энергию нагрева плазмы Ер1=Еа+Есот где Есот - энергия, выделяемая в факеле в результате реакции горения. Энергия излучения, поглощенная в плазме факела к моменту времени t, рассчитывалась как

Еа = /7„(0(1-ехр(-А(0)Л,

= vab-л (4)

Удельная теплота сгорания может быть выражена как

decaJdt = Qcco, (5)

где а> - вероятность реакции (3)

® = А,Рти"ог ехр(-^ /R0T) (6)

здесь Ag = 4,9х1017 см3/(моль с), pMVM - плотность паров ММА, Ra - газовая постоянная. Для простоты считалось, что из-за эффективного перемешивания

концентрация кислорода постоянна и равна ti0i - 0.2095nair. Плотность ММА оценивалась по глубине абляции Az, достигнутой к моменту времени t

Рта = (Рпшл Дг I LP, - Мш,л ¡">¿0 , (7)

(т.е. испаренная масса за вычетом сгорания). Здесь Lpi - толщина плазмы. Так как Рмма и оз - взаимозависимые переменные, пары, сгоревшие к моменту времени t определялись из (6) из предыдущего шага по времени, как 1 1

\codt = Agn0i \Рмш ехр(-Eg / RT)dt. (8)

Во время лазерного импульса границу факела можно считать расширяющейся с

>_. /гт-> щах

, тепловой скоростью, определяемой максимальной температурой поверхности (Т8 ~

I 700 К), так что = V,;/.

На основе модельных уравнений экранирования (1)-(8), для экспериментальных значений параметров облучения рассчитана динамика абляции ПММА и получены основные особенности процесса абляции. Из-за низких теплопроводности и теплоты испарения ПММА наблюдается сильный перегрев поверхностного слоя, достигающий 800 К (рисунок 7). Температура мишени остается высокой в течение длительного времени после окончания лазерного импульса, что означает наличие испарения в течение десятков микросекунд.

I, С

Рисунок 7. Динамика температуры поверлнссти образца ГТММ д (1) и максимальной температуры образца (2). 0= 37 Дж/см2.

Согласно расчетам, только небольшая часть лазерной энергии достигает мишени, а остальное излучение поглощается в плазме (рисунок 8). Однако в вакууме глубина абляции увеличивается. Отсюда следует, что такое сильное экранирование не может быть объяснено радиационным поглощением на колебательных переходах молекулы ММА и самоподдерживающимся горением пара ММА.

Таким образом, в результате экспериментов по воздействию ИК лазерного излучении на полиметилметакрилат и полиамид-6, а также моделирования процессов лазерной абляции данных материалов был установлен факт химической природы плазмы индуцированной лазерным излучением [*8-*12].

1.2]

}

1.0г

ёс

М!

0.21-

0.1

0.2 0.3

мкс

0.4 0.5

Рисунок 8. Форма лазерного импульса (пунктир) и часть импульса, достигающая поверхности мишени после поглощения в плазме (сплошная линия).

В четвертой главе описывается новое явление, впервые зарегистрированное нами при воздействии излучения азотного и Ш:УАО лазера на поверхность жидких металлов [*13].

Представлены результаты исследований по воздействию лазерного излучения на Оа, 1п, сплав Вуда и припой (сплав впРЬ) в жидком состоянии. Показано, что рост микроструктур (рисунок 9) обусловлен в первую очередь наличием воздуха в области воздействия, в результате чего происходит окисление металла и формирование микроструктур.

Рисунок 9. Микроструктуры, образовавшиеся в воздухе после 200 импульсов Ш:УАО лазера на поверхность йа (а), 1п (б), сплава Вуда (в), и Бп-РЬ сплава (г).

Рассмотрены различные процессы, влияющие на рост микроструктур, в частности, температура металла, при которой проводится облучение. Приведены результаты исследования химического состава поверхности микроструктур и поверхности жидкого металла, в результате чего был сделан вывод о решающем влиянии окисляющей атмосферы на формирование микроструктур.

Также в этой главе приведены результаты моделирования процесса воздействия лазерного излучения на поверхность жидких металлов. Моделирование проводилось в группе Н. М. Булгаковой при участии автора в анализе результатов моделирования.

Для определения глубины лазерной абляции использовалась тепловая модель нестационарного испарения материала, широко используемая для описания процессов лазерной абляции вещества [24-43, * 14,* 16]. В расчетах не учитывалось экранирование лазерного излучения продуктами абляции и плазмой. Модель использовалась в предположении, что при экспериментальных интенсивностях излучения реализуется механизм поверхностного испарения металла. Алгоритм представлен ниже.

Скорость фронта испарения (скорость абляции) V определялась из уравнения Герца-Кнудсена

где р!(Т5) - давление насыщенного пара при температуре поверхности Т„ для нахождения которого применялось уравнение Клайперона -Клаузиуса:

где Ь -теплота испарения, Ть - температура кипения при нормальных условиях. Температура поверхности Тг находилась решением одномерного нестационарного уравнения теплопроводности, которое описывает распределение температуры Т(г,1) в глубину мишени, в системе координат, связанной с движущимся фронтом лазерной абляции, и имеющего вид:

(1)

(2)

ср\ Ц- - + ДО ехр(-а,2),

I 01 02 ) 02 02

(дТ . дТЛ

д ,дТ

со следующими граничными условиями

Т{г.0) = Г.. 7X0,/) = Т,(1)= 1М!), (4)

где с, X и аь - теплоемкость, коэффициент теплопроводности и коэффициент поглощения данного металла соответственно. К(Т,) - коэффициент отражения поверхности металла. Го - начальная температура окружающей жидкий металл среды,. На рисунке 10, представлены результаты моделирования для жидкого галлия (7'0

= 30°С), облученного импульсом NdrYAG лазера.

Т, «1ti-K

I, отн.ед. Т, «10]'К 1-1,0 5

Рисунок 10. Результаты расчетов по тепловой модели для мишени из жидкого галлия

(То=30°С) при облучении импульсами Ш:УАй лазера: (а) зависимость температуры поверхности от времени для Ра - 3,2 Дж/см2 и импульс

лазерного излучения; (б) профили температуры в глубину мишени в момент времени, когда достигается максимальная температура поверхности (1) и через 35 не после максимума интенсивности лазерного импульса (2). (в) максимальная температура поверхности и глубина абляции в зависимости от удельной энергии падающего лазерного излучения.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, обсуждается ее научная и практическая ценность.

Основные результаты диссертационной работы:

1. На базе TEA С02-лазера "Фотон-2" создана экспериментальная установка "Вшса-1000" для воздействия импульсным лазерным излучением на различные материалы в различных газовых средах.

2, Исследованы процессы лазерной абляции политетрафторэтилена и полиметилметакрилата импульсным лазерным С02-излучением при различной собственной температуре мишени.

3. Установлено влияние исходной температуры полимера на размер вещества, аблированного в результате воздействия лазерного излучения.

4. Исследованы процессы плазмообразования на поверхности полиметилметакрилата и полиамида при импульсном лазерном воздействии излучением СОг-лазера.

5. Показано, что при воздействии импульсами излучения С02-лазера на поверхность полиметилметакрилата и полиамида в продуктах выноса возникает плазма, которая имеет два последовательных пика интенсивности свечения.

6. Исследованы процессы образования микрорельефа на поверхности жидких металлов под действием импульсного лазерного ИК- и УФ- излучения.

7. Установлены оптимальные режимы воздействия импульсного ИК- и УФ-лазерного излучения на поверхность жидких металлов для получения микроструктур.

8. Показано, что основное влияние на формирование микроструктур оказывает химический состав атмосферы (способность к окислению поверхности металла), в которой происходит воздействие.

Список цитируемой литературы

!. Менке г, Меике л. Введение в лазерный эмиссионный микроспсктралышй анализ. - М.: Мир, 1968. - 250 с.

2. Inoue S., Inoue Т. Direct-view high-speed confocal scanner: the CSU-10 // Methods in Cell Biology. - 2002. - Vol.70. - P.87-127.

3. Hell S.W., Booth M., Wilms S., and etc. Two-photon near- and far-field fluorescence microscopy with continuous-wave excitation // Opt. Let. - 1996. - Vol.23. - P.1238-1240.

4. Левин Г. Г., Вишняков Г. H. Оптическая томография: научное издание. - М.: Радио и связь. 1989. - 224 с.

5. Астапчик С.А., Маклаков А.Г., Голубев B.C. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. - Минск: Белорусская наука, 2008. - 252 с.

6. Игнатов А.Г., Козлов A.B., Скрипчеко А.И. и др. Лазерная сварка со сквозным проплавлением сталей различных классов // Автоматическая сварка. - 1987. -№ 9. - С.26-29.

7. Черпаков Б. И., Альперович Т. А. Металлорежущие станки. Учебник для нач. проф. образования. - Академия, 2003. — 368 с.

8. Бирюков В. П. Промышленное применение С02-лазеров для наплавки, упрочнения деталей и точного раскроя листового материала // Тяжелое машиностроение. -2006.-N 4.-С. 25-28

9. Зуев В. Е., Зуев В. В..Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 232 с.

Ю.Летохов В. С. Селективное действие лазерного излучения на вещество // Успехи физ. Наук. - 1978.-Т. 125.-Вып.1.-С. 57-96

П.Сэм М. Ф. Лазеры и их применения // Соросовский образовательный журнал. -1996. -№ 6. -С. 92-98.

П.Александров М.Т. и др. Применение лазеров в медицине. - М.: ЦНИИ «Электроника», 1986.-С.9-15

13. Сайт ООО НПФ «Микротехнология», Основные направления деятельности http://microtechnologia.ru/techaology

14.Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов.- М.: Наука, 1974.— 308с.

15. Физическая энциклопедия. В 5-ти томах / Под ред. Прохорова A.M. - М.: Советская энциклопедия, 1988.

16. Виноградов Б.А. Лазерная деструкция полимеров. - Владивосток: Даль-наука, 1995.-201с.

17. S. Baudach, J. Bonse, W. Kautek Ablation experiments on poliraide with femtosecond laser pulse // Applied Physics A. - 1999. - Vol.69. - P.395-398.

18.Лоткова Э.Н., Волошин-Челпан Э.К. Воздействие ИК лазерного излучения на полимер политетрафторэтилен // Физика и химия обработки материалов. - 2010. -№4.-С.9-11

19.Красовский A.M., Толстопятое Е.М. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме. - Минск: Наука и техника, 1989. - 181с.

20.Норр В., Geretovszky Zs., Bertoti I., Boyd I.W. Comparative tensile strength study of the adhesion improvement of PTFE by UV photon assisted surface processing //Applied Surface Science. - 2002. - Vol. 186. - pp. 80-84.

21.Анисимов С.И., Лукьянчук B.C. Избранные задачи теории лазерной абляции // Успехи физических наук. - 2002. - Т. 172. -№3.-С. 301-333.

22.Бункии Ф.В., Конов В.и., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Лазерная искра в режиме "медленного горения" // Письма в ЖЭТФ. - 1969. - Т.9. - Вып.2. - с.609-612.

23. Булгаков А.В., Булгакова Н.М. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. // Квантовая электроника. - 1999. - Т. 27. - №. 5. - Р. 154-158.

24.Bulgakova N.M., Zakharov L.A., Onischuk A.A. and etc.Thermal and gasdynamic analysis of ablation of poly(methyl methacrylate) by pulsed IR laser irradiation under conditions of nanoparticle formation // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2009. - Vol.42. - №6. -Paper 065504.

25-Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы. -М.: Наука, 1970.

26. Singh R.K., Narayan J. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: physics and theoretical model // Phys. Rev. B. - 1990. - Vol.41. - №13. - pp.88438859.

27.11. Schittenhelm, G. Callies, P. Berger, H. Ilugel. Investigations of extinction coefficients during excimer laser ablation and their interpretation in terms of Rayleigh scattering//J. Phys. D: Appl. Phys., 1996, Vol. 29, p. 1564-1575.

28. Singh R.K., Viatella J. Estimation of plasma absorption effects during pulsed laser ablation of high-critical-temperature superconductors // J. Appl. Phys. - 1994. - Vol. 75.-№.2-pp. 1204-1206.

29.Tokarev V.N., Lunney J.G., Marine W., Sentis M. Santis. Analytical thermal model of ultraviolet laser ablation with single-photon absorption in the plume // J. Appl. Phys. -1995. - Vol. 78.-No. 2.-pp. 1241-1246.

30.Fahler S., Krebs H.-U. Calculations and experiments of material removal and kinetic energy during pulsed laser ablation of metals // Appl. Surf. Sci. - 1996. - Vol. 96-98. -pp. 61-65.

31. Giardini Guidoni A., Kelly R., Mele A., Viotello F. Heating effects and gas-dynamic expansion of the plasma plume produced by irradiating a solid with laser pulses И Plasma Sources Sci. Technol. - 1997. - Vol. 6. - No. 3. - pp. 260-269.

32. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений.-М.: Наука, 1996.

33. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. -М.: Наука, 1987.

34.Басов Н.Г., Бойко В.А., Семенов О.Г., Крохин О.Н., Склизков Г.В. Уменьшение коэффициента отражения мощного лазерного излучения от поверхности твердого вещества // ЖТФ. - 1968. - т. 38.-№ П.-стр. 1973-1975.

35.Мартышок М.М. Взрывной механизм разрушения металлов мощным потоком электромагнитного излучения // ЖТФ. - 1976. - Т. 46. - вып. 4. - с. 741-746.

36.0.Н. Крохин. Самосогласованный режим нагревания плазмы излучением оптического генератора//ЖТФ. - 1964.-т. 34.-Ma7.-C. 1325-1327.

37. Schrr.^t П, Thiemann J.. Wolff-Rottke В., Luther К., Tree I. Ultraviolet laser ablation of polymers: spot size, pulse duration and plume attenuation eiieas expiamtu U J. Appl. Phys.-1998,-Vol. 83.-pp. 5458-5468.

38. Батанов В. А., Бункин Ф.В., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Самофокусировка света в плазме и сверхзвуковая волна ионизации в луче лазера // Письма в ЖЭТФ. -1972.-Том 16.-№ 7.-С. 378-382.

Ю.Золотарев В.М., Морозов В.Н., СмирноваЕ.В. Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. - Ленишрад: Химия, 1984 - 216 с.

39.Miotello А.В, and Kelly R. Laser-induced phase explosion: new physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperature // Applied Physics A - 1999. - Vol.69. - Suppl. 1 - P. S67-S73

40. Palik, E. D. (Ed.). Handbook of Optical Constants of Solids. - Academic Press, Orlando FL, 1998.-999 p.

41.Bovatsek J., Tamhankar A., Patel R, Bulgakova N.M., and Bonse J."Effects of pulse duration on the ns-laser pulse induced removal of thin film materials used in photovoltaics // Proceedings of SPIE. - 2009. - Vol. 7201. - Paper No. 720116. - 13 pages.

42. Пекшева Н.П., Струков B.M. Кинетика и катализ реакций оксидирования титана, кремния, германия и арсенида галлия // Успехи химии. - 1979. - Т. 48. - № 11.— С. 2034-2060.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

* 1.Fedenev A.V., Goncharenko I.M., Koval' N.N., Orlovskii V.M., Tarasenko V.F., Alekseev S.B., Shulepov M.A. Study on Interaction of pulse-periodical IR-Laser radiation with polymers //Thes. of The Conference on Lasers, Applications, and Technologies (LAT). Moskow. -2002.

*2.Fedenev A.V., Alekseev S.B., Orlovskii V.M., Shulepov M.A., Tarasenko V.F. Teflon sputtering under pulsed C02-laser irradiation // Thes. of Int. Conf. CLEO/Europe-2003. - Munich, German: Europ. Conf. Abst.- 2003.

*3. Fedenev A.V., Orlovskii V.M., Tarasenko V.F., Alekseev S.B., Shulepov M.A. Study on interaction of pulse-periodical C02 and Xe atomic laser radiation with teflon and vinypros. Proceedings of SPIE. - 2003. - V.5121. - P.l 18 -125.

♦4. Fedenev A.V., Alekseev S.B., Goncharenko I.M., Koval N.N., Lipatov E.I., Orlovskii V.M., Shulepov M.A., and Tarasenko V.F. UV and IR Laser Radiation's Interaction with Metal Film and Teflon Surfaces // Laser and Particle Beams. - 2003. - Vol.21. -No-2.-P.265-272.

*5. Орловский B.M., Тарасеико В.Ф., Феденев A.B., Шулепов M.A. Получение наночастиц политетрафторэтилена при криогенных температурах // Оптика атмосферы и океана. - 2003. - Т.17. - № 2-3. - с.179-182

*6. Шулепов М.А., Орловский В. М., Тарасенко В. Ф., Феденев А. В. Исследование воздействия излучения С02-лазера на политетрафторэтилен при различных температурах образцов // Proceedings of ICMAR, Part. III. - 2004- Novosibirsk. -, pp. 161-164

*7. Shulepov M.A., Orlovskii V.M., Tarasenko V.F., Fedenev A.V. Temperature dependence of teflon transmission factor under TEA -C02 laser irradiation // Proceedings of SPIE. - 2004. - Vol. 5448. - Part II. - P. 1114 - 111 8.

*8. Shulepov M.A., BulgakovaN.M., Zakharov L.A., Panchenko A.N., Action of pulsing IR laser radiation on poly(methyl methacrylate) at various pressures // Proceedings of IX Int. Conf. "Atomic and Molecular Pulsed Lasers". - Tomsk. - 2009. - P. 73.

*9. Zakharov L.A., Shulepov M.A., Bulgakova N.M. Laser plasma of poly(methyl methacrylate) in air: Modeling and experiment // Proceedings of IX Int. Conf. "Atomic and Molecular Pulsed Lasers". - TomsL - 2009. - P. 100-111.

♦10. Захаров Jl.А., Булгакова H.M., Шулепов M.A., Модель формирования плазмы при импульсной лазерной абляции полиметилметакрилата // Сборник статей III Всероссийской конф. «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине». - 2009. -Новосибирск. С. 67-68.

♦11. Захаров JI.A., Шулепов М.А. Модель образования плазмы в процессе импульсной лазерной абляции полиметилметакрилата // Сборник тезисов, XLVII МНСК. - 2009. - Новосибирск. -С. 246.

*12. Zakharov L.A., Bulgakova N.M., Tel'minov А.Е., Panchenko A.M., and Shulepov M.A., Laser plasma of poly (methyl methacrylate) in air: modeling and experiment // Proceedings of SPIE. - 2010. - Vol. 7751. - Paper№77511L. - 10 pages

* 13. Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Шулепов М.А. и др. Исследование влияния

лазерной абляции на формирования механического импульса плазмы капиллярного разряда // Письма в ЖТФ. - 2009. - Т. 35. - № 3. - С. 53.

* 14. Panchenko A.N., Bulgakova N.M., Tel'minov А.Е., and Shulepov М.А. Formation

иГ uiiaoiiiructurc cr. liquid rn<*t«l «surface under nanosecond laser ablation // Proceedings of SPIE. - 2010. - V. 7751. - №77511W. - 10 pages.

♦15. Bulgakova N.M., Panchenko A.N., Tel'minov A.E. and Shulepov M.A. Formation of microtower structures on nanosecond laser ablation of liquid metals // Applied Physics A. - 2010. - Volume 98. - Number 2 - Pages 393-400.

♦16. Panchenko A.N., Shulepov M.A., Tel'minov A.E., Zakharov L.A., Paletsky A.A., Bulgakova N.M. Pulsed IR laser ablation of organic polymers in air: shielding effects and plasma pipe formation // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2011. - Vol. 44. - №3 8. - № 385201. - 7pages.

Тираж 100. Заказ Институт сильноточной электроники СО РАН. 634055, г. Томск, пр. Академический, 2/3.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Шулепов, Михаил Александрович

Введение

Тепловая модель.

Динамика лазерной абляции.

Субпикосекундная лазерная абляция.

Гидродинамическая модель.

Фотофизическая абляция.

Глава 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И СХЕМЫ

ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

1.1. Эксперимент по определению зависимости оптических параметров тефлона от температуры.

1.2. Эксперимент по определению зависимости размера частиц тефлона от температуры.

1.3. Описание эксперимента по исследованию динамики плазменного факела создаваемого на поверхности полиметилметакрилата, и полиамида-6.

1.4. Описание эксперимента по исследованию спектральных характеристик плазменного факела создаваемого на поверхности полиметилметакрилата, и полиамида-6.

1.5 Описание эксперимента по исследованию воздействия лазерного излучения на жидкие металлы.

Глава 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С02 ЛАЗЕРА С ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНОМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОБРАЗЦА.

2.1. Результаты эксперимента по определению коэффициента пропускания тефлона.

2.2. Результаты экспериментов по напылению тефлона.

2.3. Воздействие излучением Хе-лазера на тефлон.

2.4. Воздействие излучения С02-лазера на полиметилметакрилат.

2.5 Обсуждение экспериментов и выводы.

Глава 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЕ С

ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТОМ И ПОЛИАМИДОМ-6.

3.1. Динамика плазмы при воздействии импульсного ИК излучения на полиметилметакрилат.

3.2. Спектральные и временные характеристики плазмы создаваемой на поверхности полимеров лазерным излучением.

3.3. Моделирование процессов происходящих в плазме индуцированной лазерным излучением.

3.4 Результаты моделирования и выводы.

Глава 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЖИДКИЕ

МЕТАЛЛЫ.

4.1. Результаты экспериментов по модификации поверхности жидких металлов.

4.2. Теоретический анализ и обсуждение.

Введение диссертация по физике, на тему "Воздействие импульсного лазерного ультрафиолетового и инфракрасного излучения на полимеры и жидкие металлы"

Актуальность работы. Использование лазерного излучения как инструмента взаимодействия с окружающей нас средой благодаря широкому диапазону энергетических временных и пр. характеристик позволило сделать большой шаг во многих областях науки и техники. Появилась возможность реализации новых бесконтактных методик диагностики материалов, их модификации, как то: лазерный спектральный анализ, лазерная микроскопия и оптическая томография [1-4]. Лазерное излучение позволяет сваривать, резать, спаивать различные материалы, причем с качеством швов, намного превышающим получаемые другими методами [5-8]. Благодаря лазерам стало возможным точно измерять расстояния и определять местоположения объектов [9]. Лазерное излучение используется для легирования, упрочнения материалов [8]. Оно минимизирует механическое воздействие на обрабатываемые детали и тем самым не вызывает их деформацию. Лазеры используются в химии для диагностики процессов и управления ими [10, 11]. Благодаря лазерному скальпелю резко уменьшается время регенерации тканей прооперированных органов, тем самым уменьшается время излечения больных [12]. На сегодняшний день невозможно представить микроэлектронику без лазера [13]. В общем, сегодня трудно найти область науки или техники, где, по крайней мере, не было попытки использования лазерного излучения. Однако с момента появления лазеров в связи с их универсальностью и широкими возможностями в применении лазерного излучения перед исследователями появилось необозримое поле деятельности. Многие вопросы решены, многое уже изучено, на что указывает сам факт широты использования лазерного излучения. Тем не менее, ряд проблем требует своего изучения. Так, в литературе мало работ, посвященных взаимодействию лазерного излучения с веществами, находящимися в отличных от обычного состояниях. Например, практически отсутствуют работы, в которых бы исследовался вопрос взаимодействия лазерного излучения с переохлажденными или перегретыми веществами. Действительно, на первый взгляд здесь не может возникнуть никаких вопросов, поскольку известно, что в точке воздействия лазерного излучения на материал температура может достигать десятков тысяч градусов, и потому предварительный разогрев или охлаждение вещества заведомо нивелируется воздействием лазерного излучения [14, 15]. Но, нельзя забывать, что показатель преломления, один из основных оптических параметров любого вещества, зависит от температуры, как собственно и коэффициенты теплоемкости и теплопроводности. Также необходимо учитывать, что процесс воздействия лазерного излучения на вещество не является моментальным. Поэтому динамика процессов, происходящих в веществе, находящемся на момент воздействия лазерным излучением в отличном от нормального термодинамическом состоянии, представляет определенный интерес. А в свете того, что "нормальные условия" для различных материалов с точки зрения их применения в науке и технике, как правило, находятся в широком диапазоне температур, то исследование процессов происходящих при воздействии лазерного излучения на материалы при различных начальных температурах вещества, становится весьма актуальной задачей.

На сегодняшний день в литературе можно найти множество работ, посвященных взаимодействию лазерного излучения с полимерами [16 -20]. Как правило, это работы экспериментальной направленности, но можно встретить работы теоретического плана [21]. В основном, в данных предлагаются лишь качественные модели, предлагающие возможные механизмы процессов, изучаемых при воздействии лазерного излучения на полимеры. Анализ литературных источников показал, что для расчетов процессов, происходящих при облучении полимеров лазерным излучением, обычно используют тепловые модели, в той или иной степени учитывающие химию индуцированных лазерным излучением реакций или динамику оптических параметров, например экранирование лазерного излучения продуктами выноса. Но моделей, позволяющих прогнозировать результаты воздействия лазерного излучения на полимеры на сегодняшний день нет. Поэтому такие задачи, как получение напылений частицами с заданным размером, решаются путем подбора параметров лазерного излучения и условий, при которых проводится воздействие. Отсутствие расчетных работ, по-видимому, связано с большой сложностью процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на полимеры. Поэтому построение модели, позволяющей адекватно описывать хотя бы часть процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на полимеры, является еще одной актуальной задачей, на решение которой направлена данная работа.

1. Изучение особенностей формирования микроструктур из тефлона (-С2р4-)п и полиметилметакрилата (-С5Н802-)П под действием излучения СОг-лазера при различных собственных температурах образцов.

Методы исследования. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, включающий в себя как измерение параметров лазерного излучения и лазерной плазмы (энергетические, временные, спектральные характеристики), так и исследование результатов воздействия лазерного излучения на материалы (измерение размеров, массы абляцированных частиц; гравиметрия кратеров, микроструктур на поверхности, подвергнутых воздействию материалов). При этом использовались стандартные методики измерений с использованием современных измерительных приборов. Для интерпретации результатов полученных в экспериментах, использовалось численное моделирование процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на исследуемые материалы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Охлаждение образцов из политетрафторэтилена и полиметилметакрилата с плотностями 2,2 г/см3 и 1,16 г/см от температуры деполимеризации до - 40°С, в условиях воздействия импульсного СО2 лазера с плотностью мощности излучения 3,5-1046-Ю7Вт/см2 и с длительностью в единицы - десятки микросекунд уменьшает средний размер абляцированных частиц до сотен нанометров и дисперсию их размера приблизительно в 1,5 раза.

2. При фокусировании лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм, л мощностью 5 МВт/см , и длительностью на полувысоте 1 мкс, соответственно, на образцы из полиметилметакрилата и полиамида-6 с плотностями 1,16 г/см3 и 1,15 г/см3 процесс образования и разлета плазмы сопровождается двумя импульсами свечения в ультрафиолетовой и видимой области спектра. Второй импульс свечения плазмы, возникающий через 8-10 микросекунд после окончания лазерного облучения, обусловлен процессами горения паров полимеров в кислороде, а время его появления зависит от химического состава паров.

3. В окисляющей среде (8Рб, воздух) при воздействии на поверхность жидких металлов (1п, ва, сплав Вуда, сплав 8п-РЬ) наносекундными импульсами лазерного излучения с длинами волн 337 нм и 1,06 мкм и с плотностью мощности, достаточной для образования плазмы и удаления оксидной пленки, вследствие капиллярного эффекта и последующего окисления жидкого металла на поверхности капли формируются микроструктуры из оксида металла, заполненные внутри жидким металлом. Рост микроструктур происходит от импульса к импульсу навстречу лазерному пучку, их высота достигает 5 мм, а диаметр сравним с диаметром фокусного пятна.

Достоверность научных положений, выносимых на защиту, и прочих результатов

Корректность первого положения обусловлена:

- применением общепринятых методик измерения значений параметров лазерного излучения, плазмы абляционного факела и продуктов выноса;

- постоянным контролем постоянства условий экспериментов;

- проверкой корреляции между результатами экспериментов и давлением окружающей атмосферы, её химическим составом, химическим составом облучаемых образцов и их чистотой;

- повторяемостью результатов с высокой точностью для соответствующих серий экспериментов (разброс данных составляет менее 20%);

Правомерность второго и третьего положений обусловлена:

- применением общепринятых методик регистрации значений параметров излучения и лазерной плазмы;

- повторяемостью результатов, полученных при проведении серий экспериментов в одинаковых условиях;

- согласием экспериментальных данных с результатами численного моделирования (не хуже 10%) и данными авторов полученными в близких условиях эксперимента, представленными в [16, 17, 22].

Научная новизна

2. Обнаружено, что импульс свечение лазерно-индуцированной плазмы на поверхности полимеров полиметилметакрилата и полиамида-6 состоит из двух последовательных пиков [2006 г.].

Научная ценность

Практическая значимость

Вытекающие из третьего положения и результатов, с ним связанных, представления о механизмах взаимодействия импульсного лазерного излучения с жидкими металлами позволяют создавать микрорельеф заданной конфигурации на поверхности металлов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, включая 3 публикации в журналах из списка ВАК

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений с таблицами обозначений и сокращений.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Заключение

В настоящей работе представлены результаты исследований процессов происходящих при воздействии инфракрасного и ультрафиолетового лазерного излучения на некоторые полимеры и легкоплавкие металлы и сплавы в различных температурных режимах и при различных давлениях. На основе экспериментальных данных, полученных в результате исследований, были построены численные модели, адекватно описывающие процессы, происходящие при воздействии импульсного лазерного излучения на вещества.

Показана зависимость от собственной температуры мишени размера частиц, количества вынесенного вещества в результате лазерного воздействия на политетрафторэтилен и полиметилметакрилат.

Предложена гипотеза о механизме явления.

Применение результатов исследований воздействия лазерного излучения на полимеры при различных температурах, позволяют создавать мелкодисперсионные полимерные порошки, тонкие однородные покрытия, а так же варьировать глубину обработки полимеров лазерным излучением.

Показано явление двойного импульса излучения плазмы создаваемой в результате воздействия лазерного излучения на полиметилметакрилат и полиамид-6.

Результаты исследований воздействия лазерного излучения на полимеры в атмосферах различных газов позволили более четко представить природу процесса образования и развития плазмы.

Показано явление формирования микроструктур при многократном воздействии лазерного излучения ИК диапазона, наносекундной длительности на жидкие металлы в присутствии химически активных газов.

Использование результатов экспериментов по воздействию импульсным лазерным излучением на поверхность жидких металлов позволяют создавать необходимый микрорельеф заданной конфигурации на поверхности металлов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Шулепов, Михаил Александрович, Томск

1. Менке Г., Менке J1. Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ. -М.: Мир, 1968.-250 с.

2. Inoue S., Inoue Т. Direct -view high -speed confocal scanner: the CSU -10 // Methods in Cell Biology. 2002. - Vol.70. - P.87 -127.

3. Hell S.W., Booth M., Wilms S., and etc. Two -photon near and far -field fluorescence microscopy with continuous -wave excitation // Opt. Let. - 1996. - Vol.23. - P. 1238 -1240.

4. Левин Г. Г., Вишняков Г. Н. Оптическая томография: научное издание. М.: Радио и связь. 1989. - 224 с.

5. Астапчик С.А., Маклаков А.Г., Голубев B.C. Лазерные технологии в машиностроении и металлообработке. Минск: Белорусская наука, 2008. - 252 с.

6. Игнатов А.Г., Козлов А.В., Скрипчеко А.И. и др. Лазерная сварка со сквозным проплавлением сталей различных классов // Автоматическая сварка. — 1987. № 9. — С.26 -29.

7. Черпаков Б. И., Альперович Т. А. Металлорежущие станки. Учебник для нач. проф. образования. Академия, 2003. - 368 с.

8. Бирюков В. П. Промышленное применение С02 -лазеров для наплавки, упрочнения деталей и точного раскроя листового материала // Тяжелое машиностроение. 2006. - N 4. - С. 25 -28

9. Зуев В. Е., Зуев В. В.Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 232 с.

10. Летохов В. С. Селективное действие лазерного излучения на вещество // Успехи физ. Наук. 1978. - Т. 125. - Вып.1. - С. 57 -96

11. Сэм М. Ф. Лазеры и их применения // Соросовский образовательный журнал. -1996.-№6.-С. 92-98

12. Александров М.Т. и др. Применение лазеров в медицине. М.: ЦНИИ «Электроника», 1986. - С.9 -15

13. Сайт ООО НПФ «Микротехнология», Основные направления деятельности http://microtechnologia.ru/technology 15 марта 2012

14. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов,- М.: Наука, 1974.- 308с.

15. Физическая энциклопедия. В 5 -ти томах / Под ред. Прохорова A.M. М.: Советская энциклопедия, 1988.

16. Виноградов Б.А. Лазерная деструкция полимеров. Владивосток: Даль -наука, 1995.-201с.

17. Baudach S., Bonse J., Kautek W. Ablation experiments on polimide with femtosecondlaser pulse // Applied Physics A. 1999. - Vol.69. - P.395 -398.

18. Лоткова Э.Н., Волошин -Челпан Э.К. Воздействие ИК лазерного излучения на полимер политетрафторэтилен // Физика и химия обработки материалов. 2010. -№4. - С.9 -11

19. Красовский A.M., Толстопятов Е.М. Получение тонких пленок распылением полимеров в вакууме. Минск: Наука и техника, 1989. - 181с.

20. Норр В., Geretovszky Zs., Bertoti I., Boyd I.W. Comparative tensile strength study of the adhesion improvement of PTFE by UV photon assisted surface processing //Applied Surface Science. 2002. - Vol. 186. - pp. 80 -84.

21. Анисимов С.И., Лукьянчук Б.С. Избранные задачи теории лазерной абляции // Успехи физических наук. 2002. - Т. 172. - № 3. - С. 301-333.

22. Бункин Ф.В., Конов В.и., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Лазерная искра в режиме "медленного горения" // Письма в ЖЭТФ. 1969. - Т.9. - Вып.2. - с.609 -612.

23. Fedenev A.V., Alekseev S.B., Orlovskii V.M., Shulepov M.A., Tarasenko V.F. Teflon sputtering under pulsed C02-laser irradiation // Thes. of Int. Conf. CLEO/Europe-2003 (22-27 June 2003, Munich, Germany): Europ. Conf. Abst.- 2003

24. Fedenev A.V., Orlovskii V.M., Tarasenko V.F., Alekseev S.B., Shulepov M.A. Study on interaction of pulse-periodical C02 and Xe atomic laser radiation with teflon and vinypros. Proceedings of SPIE. -2003. V.5121. -P.118- 125.

25. Орловский B.M., Тарасенко В.Ф., Феденев A.B., Шулепов M.A. Получение наночастиц политетрафторэтилена при криогенных температурах // Оптика атмосферы и океана. 2003. - Т. 17. - № 2-3. - с. 179-182

26. Шулепов М.А., Орловский В. М., Тарасенко В. Ф., Феденев А. В. Исследование воздействия излучения С02-лазера на политетрафторэтилен при различных температурах образцов // Proceedings of ICMAR, Part. III. 2004- Novosibirsk. -, pp. 161-164

27. Shulepov M.A., Orlovskii V.M., Tarasenko V.F., Fedenev A.V. Temperature dependence of teflon transmission factor under TEA -C02 laser irradiation // Proceedings of SPIE. -2004.-Vol. 5448.-Part II.-P.l 114- 1118

28. Shulepov M.A., Bulgakova N.M., Zakharov L.A., Panchenko A.N., Action of pulsing IR laser radiation on poly(methyl methacrylate) at various pressures // Proceedings of IX Int. Conf. "Atomic and Molecular Pulsed Lasers". Tomsk. - 2009. - P. 73

29. Zakharov L.A., Shulepov M.A., Bulgakova N.M. Laser plasma of poly(methyl methacrylate) in air: Modeling and experiment // Proceedings of IX Int. Conf. "Atomic and Molecular Pulsed Lasers". Tomsk. - 2009. - P. 100-111.

30. Захаров Л.А., Шулепов М.А. Модель образования плазмы в процессе импульсной лазерной абляции полиметилметакрилата // Сборник тезисов, XLVII МНСК. 2009. -Новосибирск. -С. 246

31. Zakharov L.A., Bulgakova N.M., Tel'minov А.Е., Panchenko A.N., and Shulepov M.A., Laser plasma of poly (methyl methacrylate) in air: modeling and experiment // Proceedings of SPIE. -2010. Vol. 7751. -Paper№77511L. - 10 pages

32. Панченко A.H., Тарасенко В.Ф., Шулепов М.А. и др. Исследование влияния лазерной абляции на формирования механического импульса плазмы капиллярного разряда // Письма в ЖТФ. 2009. - Т. 35. - № 3. - С. 53.

33. Panchenko A.N., Bulgakova N.M., Tel'minov А.Е., and Shulepov М.А. Formation of microstructure on liquid metal surface under nanosecond laser ablation // Proceedings of SPIE. -2010. -V. 7751. -№77511W. 10 pages

34. Bulgakova N.M., Panchenko A.N., Tel'minov A.E. and Shulepov M.A. Formation of microtower structures on nanosecond laser ablation of liquid metals // Applied Physics A. -2010. Volume 98. - Number 2 - Pages 393-400.

35. Ed. Miller J. C. Laser Ablation: Principles and Applications // Springer Series in Mater. Sci.- Berlin: Springer-Verlag, -1994.-Vol. 28

36. Ed. Fogarassy E., Lazare S. Laser Ablation of electronic Materialss: Basic Mechanisms and Applications // Proc. European Materials Res., Amsterdam: North -Holland, 1992. -Vol. 4.

37. Ed. Fogarassy E., Geohegan D., Stuke M. Laser Ablation // Proc. European Materials Res., -Amsterdam: Elsevier. 1996. -Vol. 55

38. Ed. Russo R. et al. Laser Ablation Proc. of the Fourth Intern //Conf. on Laser Ablation, COLA-IV. -Amsterdam: North -Holland. 1998

39. D. Bauerle. Laser Processing and Chemistry. Berlin: Springer -Verlag, , Heidelberg. 2000.

40. Новожилов В. В. Разрыхление и критерий разрушения в условиях ползучести // Доклады АН СССР. 1983. -Т. 270. - № 4. - С. 831 -835

41. Sobol Е. N. Phase Transformations and Ablation in Laser -Treated Solids. New York: Wiley. - 1995

42. Bauerle D. et al., in Eximer Lasers // NATO ASI Series, Ser. E. Dordrecht: Kluwer Academic Publ.- 1994.-Vol. 265.- p. 39

43. Ельяшевич M. А. и др. Разрушение металлов под действием излучения оптического квантового генератора // Отчет Ин -та физики АН БССР. Минск. -1963.-№КЭ -14

44. Анисимов С.И., Бонч -Бруевич A.M., Ельяшевич М.А., Имас Я.А., др. Действие мощных световых потоков на металлы // ЖТФ. -1966. -Т.36. Вып.7. -с. 1273 -1284

45. Анисимов С.И. Испарение металла, поглощающего свет // Теплофизика выс. темп. 1968. -№6.-с.116 -120

46. Любов Б. Я., Соболь Э. Н., в кн. Действие концентрированных потоков энергии на материалы. -М.: Наука, 1985. с. 226

47. Любов Б.Я., Соболь Э.Н. Процессы теплопереноса при фазовых превращениях под действием интенсивных потоков энергии // ИФЖ, 1983. Т.45. - №4. - с.670.

48. Krueger J., Martin S., Maedebach H., Urech L., Lippert Т., Wokaun A., Kautek W. Femtoand nanosecond laser tretment of doped polymethylmethacrylate // Appl. Surf. Sci. -2005. -V. 247. -P. 406 -411.

49. Rosenfeld A., Ashkenasi D., Varel H., Wahmer M., Cambell E.E.B. Time resolved detection of particle removal from dielectrics on femtosecond laser ablation // Appl. Surf. Sci. 1998.-V. 127.-P. 76-80.

50. Cavalleri A. et al. Femtosecond laser ablation of gallium arsenide investigated with time -of-flight mass spectroscopy // Appl. Phys. Lett. -1998. -Vol.72. -No. 19. -p. 2385

51. Ed. Gray D. E. American Institute of Physics Handbook 3rd ed. -NewYork: McGraw -Hill, 1972

52. Luk'yanchuk B. et al., in Eximer Lasers // NATO ASI Series, Ser. E, Dordrecht: Kluwer Academic Publ. 1994. -Vol. 265. -p. 59

53. Bityurin N., Arnold N., Luk'yanchuk В., Baeuerle D. Bulk model of laser ablation of polymers //Appl.Surf.Sci. 1998. -V. 127-129. -P. 164-170

54. Ed. Mllkr J. C., Haglund R. F. (Jr), in Laser Ablation and Desorption Experimental Methods in the Physical Sciences// San Diego: Academic Press. 1998. -Vol. 30. - p. 15

55. Luk'yanchuk В., Arnold N., Bityurin N. Non-stationary effects in laser ablation of indium: Calculations based on spatial moments technique // Las. Phys.- 1998.- Vol. 8- No. 1.-pp. 47-55.

56. Анисимов С. И. и др. Действие излучения большой мощности на металлы . -М.:Наука, 1970

57. Воробьев Ю. В. Метод моментов в прикладной математике. -М.: Физматгиз, 1958

58. Самарский А. А. и др. Режимы с обострением в задачах для квазилинейных параболических уравнений. -М.: Наука, 1987

59. Luk'yanchuk В.,.Bityurin N., Malyshev A., Anisimov S., Arnold N., Baeuerle D. Photophysical ablation // Proc. SPIE. 1998. V.3343. -P. 58 -68.

60. Brunco D.P., Thompson Michael О., Otis C.E., Goodwin, P.M. Temperature measurements of polyimide during KrF excimer laser ablation // Journal of Applied Physics. 1992. -v 72. - № 9. - p 434 -435

61. Preuss S., Demchuk A., and Stuke M. Sub -picosecond UV laser ablation of metals // Appl. Phys. A. -1995. -V61. -No33

62. Gotz T., Stuke M. Short -pulse UV laser ablation of solid and liquid metals: indium//Appl. Phys. A. -1997. -V.64. -No 6. pp. 539 -543

63. Fujimoto J.G., Liu J.M., Ippen E.P. and Bloembergen N. Femtosecond Laser Interaction with Metallic Tungsten and Nonequilibrium Electron and Lattice Temperatures // Phys. Rev. Lett. -1984. -V.53, pp. 1837 -1840

64. Wang X.Y., Riffe D.M., Lee Y.S., Downer M.C. Time -resolved electron -temperature measurement in a highly excited gold target using femtosecond thermionic emission // Phys. Rev.-1994.-V. 50.-№ 11.-P. 8016-8019

65. Sun C.K., F. Vallée, L. H. Acioli et al. Femtosecond -tunable measurement of electron thermalization in gold // Phys. Rev. В 1994, v.50, N20, p.15337 -15348

66. Luk'yanchuk B.S., Anisimov S.I., Yongfeng Lu. Dynamics of subpicosecond laser ablation, examined by moments technique // Proc. SPIE.-2001.-V.4423.-p.141

67. Анисимов С.И., Гальбурт B.A., Фишер В.И. Структура зоны поглощения при действии лазерного излучения на металлы // Письма в ЖТФ.-1975,Т. 1.-е.321-322

68. Groeneveld R.H.M., Sprik R., and Lagendijk A. Femtosecond spectroscopy of electron -electron and electron -phonon energy relaxation in Ag and Au.// Phys. Rev. B. 1995. -Vol. 51.-N 17,-P. 11433-11445

69. Hohlfeld, J., Mueller J.G., Wellershoff S.S., Matthias E. Time -resolved thermoreflectivity of thin gold films and its dependence on film thickness // Appl. Phys. B, 1997, v.64, №3, p.387 -390

70. Falkovsky L.A., Mishchenko E.G. Electron -lattice kinetics of metals heated by ultrashort laser // JETP, 1999. Volume 88, No 1. - p.84 -88

71. Батанов В.А., Бункин Ф.В., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением // ЖЭТФ. 1972. - Т. 63. -С.586-608

72. Кикоин И.К., Сенченков А.П. Электропроводность и уравнение состояния ртути в области температур 0 -2000 С и давлений 200 -5000 атмосфер // Физ. металлов и металловед. -1967. т.24. - № 5. -с.843 -858.

73. Кикоин И.К., Сенченков А.П., Гельман Э.Б., Корсунский М.М., Наурзаков С.П. Электропроводность и плотность металлического (ртутного) пара // ЖЭТФ. -1965. -т.49. с. 124.

74. Hensel F., Franck Е. U. Metal -nonmetal transition in dense mercury vapor // Rev. Mod. Phys. -1968. Vol. 40.-№.4. - pp. 697-703.

75. Коршунов Ю.С., Сенченков А.П., Асиновский Э.И. и др. Измерение р-@-Т зависимости для цезия при высоких температурах и давлениях и оценка параметров критической точки // ТВТ.-1970.-Т. 8.-№ 6.-С. 1288.

76. Алексеев В. А. и др. Уравнение состояния цезия в области давлений 20 600 атм и температур Письма ЖЭТФ. -1970. - т. 12. - с. 207

77. Hensel F ., Franck Е. U. Metal -nonmetal transition in dense mercury vapor // Rev. Mod. Phys. -1968. Vol. 40, No. 4. - pp. 697 -703.

78. Алексеев В. А., Андреев А. А., Прохоренко В. Я., Электрические свойства жидких металлов и полупроводников // Успехи физических наук. -1972.-Т.106-Вып.З

79. Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М.: Наука. 1966

80. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика Ч. 1.- М.: Наука. 1995

81. Фортов В.Е., Дремин А.Н., Леонтьев А.А. Оценка параметров критической точки // ТВТ. 1975. - Т. 13. - № 5. - С. 1072.

82. Смирнов Б.М. Возникновение шаровой молнии//Доклады АН СССР. 1976. Т. 226. №4

83. Плотников Б.Г. О влияниии механических напряжений на фотохимический распад полимерных молекул // Доклады АН СССР. -1988. т.301.-№2.- с.376

84. Luk'yanchuk В., Bityurin N., Anisimov S., Arnold N., Bauerle D. The role of excited species in ultraviolet -laser materials ablation III. Non -stationary ablation of organic polymers //Appl. Phys. A. 1996. - V.62. -No5. -pp. 397 -401

85. Frisoli J.K., Hefetz Y., Deutsch T.F. Time resolved UV absorption of polyimide. Implications for laser ablation //Appl.Phys. B.-1991.-V.52.-P. 168 -172

86. Aksenov V. P. et. al. The modification of the substrate roughness spectrum by means of power laser ablation // Proc. SPIE. 2001. -V.4423. - p.70

87. Bityurin N., Malyshev A, Luk'yanchuk В., Anisimov S., Baeuerle D. Photophysicalmechanism of UV laser action: the role of stress transients I I Proc. Spie. 1996. - V. 2802. -p. 103 -112.

88. Luk'yanchuk В., Bityurin N., Anisimov S., Malyshev A., Arnold N., Baeuerle D. Photophysical ablation of organic polymers: the influence of stresses// Appl. Surf. Sci. -1996. -V. 106. -P. 120-125.

89. Himmelbauer M., Bityurin N., Luk'yanchuk В., Arnold N., Baeuerle D. UV -laser -induced polymer ablation: The role of volatile species // Proc. SPIE. 1997. V. 3093. P.220 -224.

90. Bityurin N., Malyshev A. UV laser ablation of absorbing dielectric by ultrashort laser pulses //Appl.Surf.Sci. 1998. -V. 127-129. -P. 199-205

91. Arnold N., Bityurin N. Model for laser -induced thermal degradation and ablation of polymers //Appl. Phys. A. 1999. -v. 68. -p. 615 -625

92. Malyshev A.Yu., Bityurin N.M. Laser ablation of polymers by ultra -short laser pulses (USLP): surface and bulk models// Proc. Spie. 2001. V. 4423. P.218 -225

93. Верховский B.C., Ломаев М.И., Панченко A.H., Тарасенко В.Ф. Универсальные импульсные лазеры серии "Фотон". // Квантовая электроника. 1995. - Т.22. - №1. -С.9-11.

94. Карпов В.М., Конев Ю.Г., Орловский В.М., Осипов В.В., Пономарёв В.Б. "Компактный электроионизационный С02 лазер, работающий в импульсно -периодическом и автономном режиме". // Квантовая электроника. - 1988. - Т. 15. - № З.-С. 465 -470.

95. Орловский В.М., Осипов В.В. Электроионизационный лазер на С02 с рабочим давлением 10 атмосфер. // Приборы и техника эксперимента. 1978.-№ 4. С. 229-231

96. Бугаев С.П., Бычков Ю.И., Ковальчук Б.М., Курбатов И.А., Манылов В.И., Месяц Г.А., Орловский В.М. С02 -лазер с несамостоятельным разрядом в импулъсно-периодическом режиме // Квантовая электроника.-1977.-т.4.-с.897.

97. Клименко А.П., Новиков Н.В., Смоленский Б.Л. и др. Холод в машиностроении. -М.: Машиностроение 1977г. 192 с.

98. Мельников И. Полимерные материалы http://fictionbook.ru/author/ilyamelnikov/polimernyiematerialyi/ (дата обращения 11 февраля 2012г.)

99. Изменение свойств конструкционных материалов при охлаждении http://ooopht.ru/1206.html (дата обращения 24 августа 2010г.)

100. Heitz J., Arenholz Е. A., Dickinson J.T. Particles in laser ablation of polytetrafluoroethylene// J. Appl. Phys. A. 1999. -Vol. 69. - pp.S467 - S470

101. Норр В., Geretovszky Zs., Bertoti I., Boyd I.W. Comparative tensile strength study of the adhesion improvement of PTFE by UV photon assisted surface processing // Applied

102. Surface Science. 2002. - Vol.l86. - P. 80 -84

103. Красовский A.M., Толстопятое E.M. Распыление полимеров в вакууме. Минск: Наука и техника, 1989. - 180 с

104. Tolstopyatov Е.М., Ivanov L.F., Grakovich P.N., Krasovsky A.M. Destruction of polytetrafluoroethylene under the action of carbon dioxide laser radiation at low pressure // Pros. SPIE- 1998. -V. 3343. -P.1010 -1017.

105. Гракович П.Н., Иванов Л.Ф., Калинин Л.А., Рябченко И.Л., Толстопятое Е.М., Красовский A.M. Лазерная абляция политетрафторэтилена. // Рос.хим. ж.- 2008.-T.VII, №3.

106. Tolstopyatov E.M. Ablation of polytetrafluorethylene using a continuous C02 laser beam. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005.- V.38.- pp. 1993-1999.

107. Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы, под ред. Л. С. Полака, М., 1971

108. Полак Л. С., Овсянников А. А., Словецкий Д. И. Теоретическая и прикладная плазмохимия. — М.: Наука, 1975. — 304 с

109. Фторполимеры, пер, с англ., М.,1975;Энциклопедия полимеров, т.З,М.,1977

110. Сидоров Л.Н., Болталина О.В. От масс -анализа многоатомных кластеров к синтезу фторпроизводных //Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 11.-С.35 -39.

111. Норр В., Csete М., Szabo G., and Bor Zs., Time -resolved study of ArF -excimer -laser ablation processes of polymethylmethacrylate // Applied Physics A: Materials Science & Processing. 1995. -Vol.61. - No.4. - p. 339 -345

112. Lade R.J., Morley I.W., May P.W., Rosser K.N., Ashfold M.N.R., ArF (193 nm) laser ablation of poly(methyl methacrylate) // Diamond and Related Materials. 1999. - Vol.8. -No.8.~ p. 1654-1658

113. Wong K.H., Tou T.Y., and Low K.S. Pulsed C02 laser ablation of graphite and polymers // J. Appl. Phys. 1998. -Vol.83. - No.4. - P.2286 -2290

114. Wee -Ong Siew; Kah -Hieng Wong; Seong -Shan Yap; Teck -Yong Tou Space and time -resolved optical emission spectroscopy in TEA -C02 laser ablation of polymers andgraphite // IEEE Transactions on Plasma Science. 2005. -Vol.33. - No.l. - P. 176. - 182

115. Torrisi L.; Lorusso A.; Nassisi V.; Picciotto A. Characterization of laser ablation of polymethylmethacrylate at different laser wavelengths // Radiation Effects and Defects in Solids. -2008. -Vol.163. -No.3. P.179 — 187

116. Serafetinides A.A., Makropoulou M., Fabrikesi E., Spyratou E., Bacharis C., Thomson R.R., and Kar A.K. Ultrashort laser ablation of PMMA and intraocular lenses//Applied Physics A:Materials Science & Processing.-2008.-Vol.93.-No.l.-p.lll

117. База данных спектров атомов и ионов NIST www.nist.gov (дата обращения 5 марта 2012г.)

118. Пирс Р., Гейдон А. Отождествление молекулярных спектров. М.: Госиноиздат, 1949.

119. Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М., Шрейдер В.Я. Таблицы спектральных линий. Изд.2, исп. и доп. 1962.

120. Hauer Marc, Funk D.J., Lippert Т., and Wokaun A. Time -resolved techniques as probes for the laser ablation process // Optics and Lasers in Engineering. 2005. -Vol.43. -No3 -5. - P.545-556

121. Christian G. Parigger, James O. Hornkohl, and Laszlo Nemes. Time -Resolved Spectroscopy Diagnostic of Laser -Induced Optical Breakdown // International Journal of Spectroscopy. 2010. -Vol.2010. - No. 593820, 7 pages

122. Булгаков A.B., Булгакова H.M. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. // Квантовая электроника. 1999. - Т. 27. - No. 5. - Р. 154-158.

123. Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., and Babich L.P. Energy balance of pulsed laser ablation: thermal model revised. // Applied Physics A. 2004. - Vol. 79. - No. 4 -6. - P.1323 -1326.

124. Fflhler S., Krebs H.-U. Calculations and Experiments of Material Removal and Kinetic Energy during Pulsed Laser Ablation of Metals // Appl. Surf. Sci. 1996. - Vol. 96-98.- P. 61-65.

125. Tokarev V.N., Lunney J.G., Marine W., Santis M. Analytical Thermal Model of Ultraviolet Laser Ablation with Single-Photon Absorption in the Plume // J. Appl. Phys.-1995.- Vol. 78.- No. 2.- P. 1241-1246.

126. Булгаков А. В., Булгакова H. M. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение // Квантовая электроника.- 1999,- Т. 27.- № 2.- С. 154-158.

127. Bityurin N. UV Etching Accompanied by Modifications: Surface Etching // Appl. Surf. Sci.- 1999.- Vol. 138-139.- P. 354-358.

128. Usov D., Gruzdev V., Nitschke M., Stamm M. et al. Three-Dimensional Analysis of Switching Mechanism of Mixed Polymer Brushes // Macromolecules.- 2007,- Vol. 40. P. 8774-8783.

129. Burns F.C., Cain S.R. The Effect of Pulse Repetition Rate on Laser Ablation of Polyimide and Polymethylmethacrylate-Based Polymers // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996.-Vol. 29,- P. 1349-1355.

130. Kashiwagi T. Experimental observation of radiative ignition mechanism // Combustion and Flame. 1979. -V.34. -p.231 -244.

131. Arnold N., Bityurin N. Model for laser -induced thermal degradation and ablation of polymers//Appl. Phys. A. 1999. -V. 68. -P. 615 -625.

132. Bityurin N., Luk'yanchuk B. S., Hong M. H., Chong Т. C. Models for laser ablation of polymers // Chem. Rev. 2003. -V.103. P. 519 -552.

133. Bounos G., Selimis A., Georgiou S., Rebollar E. et al. Dependence of Ultraviolet Nanosecond Laser Polymer Ablation on Polymer Molecular Weight: Poly(Methyl Methacrylate) at 248 nm // J. Appl. Phys. -2006. -Vol.100. -9 pages

134. Dijkkamp D., Gozdz A.S., Venkatesan Т., Wu X. D. Evidence for the Thermal Nature of Laser-Induced Polymer Ablation // Phys. Rev. Lett.- 1987.- Vol.58.- P. 2142-2145.

135. Esfahani J.A. and Kashani A. One -dimensional numerical model for degradation and combustion of polymethyl methacrylate // Heat Mass Transfer. — 2006. — Vol. 42. — P. 569 -576.

136. Nakamura Y. and Kashiwag, T. Effects of sample orientation on nonpiloted ignition of thin poly(methyl methacrylate) sheet by a laser. Theoretical prediction // Combust. Flame. — 2005. —Vol. 141.—P. 149-169.

137. Burkey D.D. and Gleason K.K. Temperature -resolved Fourier transform infrared study of condensation reactions and porogen decomposition in hybrid organosiliconporogen films // J. Vac. Sci. Technol. A. 2004. - Vol.22. -P. 61 -70.

138. Jellinek H. Degradation of Vinyl Polymers. -New York: Academic Press, 1955.

139. Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., Zhukov V.P., Marine W., Vorobyev A.Y. and Guo C. Charging and plasma effects under ultrashort pulsed laser ablation. // Appl. Phys. A.-2008.- Vol. 92.- pp. 883-889

140. Durfee III C.G. and Milchberg H.M. Light pipe for high-intensity laser-pulses. // Phys. Rev. Lett.- 1993,- V.71.- p.2409

141. Tsai T.-H., Li M.-J., Shin I-Y., Jih R., Wong S.-C. Experimental and numerical study of autoignition and pilot ignition of PMMA plates in a cone calorimeter // Heat and Mass Transfer.-2008.- V. 44.- No 6.-pp. 641-650

142. Preus S., Demchuk A. and Stuke M. Sub picosecond UV laser ablation of metals. // Applied Physics A. - 1995. - Vol. 61. No. 1. - P. 33 -39.

143. Chichkov B.N., Momma C., Nolte S., Von Alvensleben F., and Tunnermann A. Femtosecond, picosecond and nanosecond laser ablation of solids. // Applied Physics A. -1996.-Vol. 63.-No. 2.-C. 109-115.

144. Reif, J., Costache, F., Henyk M., and Pandelov, S.V. Ripples revisited: non -classical morphology at the bottom of femtosecond laser ablation craters in transparent dielectrics. // Applied Surface Science. -2002.-Vol.197. P. 891 -895.

145. Semerok A., and Mauchien P. Ultrafast pulse laser ablation for surface elemental analysis. // Review of Laser Engineering. -2005. -Vol.33. -No.5. -P.530.

146. Bonse J., Munz M., and Sturm H.J. Structure formation on the surface of indium phosphide irradiated by femtosecond laser pulses. // Journal of Applied Physics. 2005. -Vol.97. -No. 1 - paper No.013538, 9 pages.

147. Varlamova O., Costacke F., Ratzke M., and Reif J. Control parameters in pattern formation upon femtosecond laser ablation. // Applied Surface Science. 2007. - Vol. 253. -No. 19.-P. 7932-7936.

148. Vorobyev A.Y., Guo C., J. Femtosecond laser -induced periodic surface structure formation on tungsten. // Journal of Applied Physics. 2008. - Vol. 104. - No. 6. - Paper No. 063523. 3 pages.

149. Her T.-H., Finlay R.J., Wu C., and Mazur E. Femtosecond laser-induced formation of spikes on silicon. //Applied Physics A. -2000. -Vol.70. -No.4. -P.383.

150. Zorba V., Tzanetakis P., Fotakis C., Spanakis E., Stratakis E., Papazaglou D.G., and Zergioti I. Silicon electron emitters fabricated by ultraviolet laser pulses. // Applied Physics Letters. 2006. - Vol.88. - No. 3.-Paper No. 081103. - 3 pages.

151. Skantzakis E., Zorba V., Papazaglou D.G., Zergioti I., and Fotakis C. Ultraviolet laser microstructuring of silicon and the effect of laser pulse duration on the surface morphology. //Applied Surface Science.-2006.-Vol.252.-No. 13.-P. 4462

152. Dolgaev S.I., Fernández -Pradas J.M., Morenza J.L., Serra P., and Shafeev G.A. Growth of large microcones in steel under multipulsed Nd:YAG laser irradiation. //Applied Physics A. 2006 - Vol. 83. - No. 3. - P. 417 -420.

153. Kolasinski K.V. Solid structure formation during the liquid/solid phase transition. // Current Opinion in Solid State & Materials Science. 2007. - Vol. 11. - No. 5 -6. - P. 76 -85.

154. Eizenkop J., Avritsky I., Georgiev D.G., and Chaudchary V. Single -pulse excimer laser nanostructuring of silicon: A heat transfer problem and surface morphology. // Journal of Applied Physics. 2008. - Vol. 103. - No. 9. -6 pages.

155. Korte F., Koch J., and Chichkov B.N. Formation of microbumps and nanojets on gold targets by femtosecond laser pulses.//Applied Physics A. 2004. Vol.79. No.4.

156. Koch J., Korte F., Bauer T., Fallnich C., Ostendorf A., and Chichkov B.N. Nanotexturing of gold films by femtosecond laser -induced melt dynamics. // Applied Physics A. 2005. Vol. 81. - No. 2. - P. 325 -328.

157. Nakata Y., Okada T., and Maeda M. Nano Sized Hollow Bump Array Generated by Single Femtosecond Laser Pulse. // Japanese Journal of Applied Physics. - 2003. - Vol. 42. - No. 12A. - P. L1452 -L1454.

158. Moening J.P., Thanawala S.S., and Georgiev D.G. Formation of high aspect -ratio protrusions on gold films by localized pulsed laser irradiation. // Applied Physics A. -2009. - Vol. 95. - No. 3. - P. 635 -638.

159. Vogel A., and Venugopalan V. Mechanisms of Pulsed Laser Ablation of Biological Tissues. // Chemical Review. 2003. - Vol. 103. - No. 2. - P. 577-644.

160. Vogel A., Linz N., Freidank S., and Paltauf G. Femtosecond -laser -induced nanocavitation in water: implications for optical breakdown threshold and cell surgery. // Physical Review Letters. 2008. - Vol. 100. - No. 3.-4 pages.

161. Sinko J., Mukundarajan V., Porter S., Kodgis L., Kemp C., Lassiter J., Lin J., and Pakhomov A. V. Time -resolved force and ICCD imaging study of TEA C02 laser ablation of ice and water. // Proceedings of SPIE.-2006. -Vol.6261. No.626131. 12 pages.

162. Phipps, C., Luke, J., and Lipperta T. Laser ablation of organic coatings as a basis for micropropulsion//Thin Solid Films. 2004. - Vol. 453-454. - P.573-583.

163. Gotz Т., Stuke M. Short -pulse UV laser ablation of solid and liquid metals: indium. // Applied Physics A. 1997. - Vol. 64. - No. 6. - P. 539 -543.

164. Zergioti I., and Stuke M. Short pulse UV laser ablation of solid and liquid gallium. // Applied Physics A. 1998. - Vol. 67. - No. 4. - P. 391 -395.

165. Franghiadakis Y., Fotakis C., and Tzanetakis P. Energy distribution of ions produced by excimer -laser ablation of solid and molten targets. // Applied Physics A. 1999. - Vol. 68.-No. 4.-P. 391 -397.

166. Kiso M., Mizuno K., Suzuki J., and Kabayashi T. Laser ablation of a molten Ga target; comparison of experiments and simulation. // Applied Physics A. 2002. - Vol. 74. - No. 2.-P. 139-141.

167. Toth Z., Норр В., Smausz Т., Kantor Z., Ignacz F., Szorenyi Т., and Bor Z. Excimer laser ablation of molten metals as followed by ultrafast photography. // Applied Surface Science. 1999. - Vol. 138 -139. - P. 130 -134.

168. Tarasenko V.F., Ljubchenko F.N., Panchenko A.N., Telminov A.E., and Fedenev A.V. Dynamics of liquid metal surface under the action of XeCl -laser pulses. // Publications of the Astronomical Observatory of Belgrade. -2008-No.84.-P. 237.

169. Kurilova M.V., Uryupina D.S., Morshedian N., Savel'ev A.B., and Volkov R.V. Peculiarities of femtosecond laser radiation interaction with liquid metal targets. // Proceedings of SPIE. 2007. - Vol. 6726. - Paper No. 67261L. - 6 pages.

170. Dinescu M, Verardi P., Boulmer -Leborgne C., Gerardi C., Mirenghi L., and Sandu V. GaN thin films deposition by laser ablation of liquid Ga target in nitrogen reactive atmosphere. //Applied Surface Science. 1998. - Vol.127. - P. 559 -563.

171. Potts P.J. A Handbook of Silicate Rock Analysis.-Chapman & Hall,1987.-622p.

172. Anisimov S.I., Khokhlov V.A. Instabilities in Laser -Matter Interaction. CRC Press, Boca Raton, FL, 1995. - 141 p.

173. Messier R.W. Joining of materials and structures: from pragmatic process to enabling technology. Elsevier Butterworth -Heinemann, 2004. - 790 p.184. eFunda's periodic table http://www.efunda.com/ (дата обращения 21 декабря 2011)

174. Золотарев В.М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В., Оптические постоянные природных и технических сред. Справочник. Ленинград: Химия, 1984 - 216 с.

175. Miotello А.В, and Kelly R. Laser-induced phase explosion: new physical problems when a condensed phase approaches the thermodynamic critical temperatureio // Applied Physics A 1999.-Vol.69 - Suppl. 1 - P. S67-S73.

176. Palik, E. D. (Ed.). Handbook of Optical Constants of Solids. Academic Press, Orlando FL, 1998-999 p.

177. Bovatsek J., Tamhankar A., Patel R, Bulgakova N.M., and Bonse J."Effects of pulse duration on the ns-laser pulse induced removal of thin film materials used in photovoltaics.

178. Proceedings of SPIE. 2009. - Vol. 7201. - No.720116.- 13 pages.

179. Пекшева Н.П., Струков B.M. Кинетика и катализ реакций оксидирования титана,кремния, германия и арсенида галлия. // Успехи химии. 1979. - Т. 48. - № 11. - С.

180. Sankaranarayanan S.K.R.S., and Ramanathan S. Molecular dynamics simulation study of nanoscale passive oxide growth on Ni-Al alloy surfaces at low temperatures. // Physical Review B. -2008. -Vol.78. -No.8. -No.085420.- 17pages.

181. Wautelet M. Laser-assisted reaction of metals with oxygen. // Applied Physics A. -1990.-Vol. 50.-No. 2.-P. 131-139.

182. Dupre В., and Streiff R The kinetics of magnesium nitriding by pure nitrogen. // Oxidation of Metals. 1970. - Vol. 2. - No. 2. - P. 155-160.

183. Macheteau Y, Gillardeau J., Plurien P., and Oudar J. The fluoridation kinetics of iron. // Oxidation of Metals. 1972. - Vol. 4. - No. 3. - P. 141-149.

184. Petrova L.G. High-temperature nitriding of refractory alloys. // Metal Science and Heat Treatment. 2004. - Vol. 46. - No. 1-2. - P. 18-24.

185. Seeton C.J. Viscosity-temperature correlation for liquids. // Tribology Letters. 2006. -Vol 22.-No. l.-P. 67-78

186. Hardy S.C. The surface tension of liquid gallium. // Journal of Crystal Growth. -1985. Vol. 71. - No. 3. - P. 602-606.

187. Спиваковский В.Б. Аналитическая химия олова.-Наука:Москва,1975.-249с.

188. Bancroft W.D., and Weiser Н.В. Flame Reactions II. // Journal of Physical Chemistry. -1914. -Vol. 18. -No. 4. P. 281 -336.2034-2060.