Aplikace zpracování rušení laserem (3) \ t

Efekty fázové a mikrostrukturní struktury během strukturování filmů

Kromě periodických fyzikálních topografických změn vede interakce laserového interferenčního vzoru s materiálem často k metalurgickým efektům, jako je fázová transformace, rekrystalizace, intermetalická změna.Takto lze dosáhnout periodické modulace metalurgické mikrostruktury (a závislých fyzikálně-mechanických vlastností) (Daniel a Dahotre 2006). Spojením

Obr. 11.19 (a) Změna vypočtené frakce roztaveného materiálu (Al a Ni) v různých vrstvách s laserovým tokem, (b) vypočtený průřez vícevrstvého filmu představujícího frakce roztaveného materiálu (Al a Ni) v různých vrstvách(laserová hustota 300 mJ / cm2), (c) mikrograf TEM zobrazující jednotlivé vrstvy Al a Ni po ozáření laserovým interferenčním vzorem. (Přetištěno z Daniela et al. 2004. Se svolením. Copyright Elsevier.)

Vlastnosti nedotčené oblasti a oblasti ozářené laserovou interferencí mohou být realizovány povrchovým kompozitním filmem.

Sivakov et al. (2005) studovali periodické fázové transformace vyvolané laserovou interferencí ve filmech oxidu železa v důsledku chemických par uložených na silikonových substrátech. Periodické fázové transformace z hematitu na magnetit a. \ Tmagnetit na wustit byl hlášen na základě detailní rentgenové difrakční analýzy před a po ozáření laserovým rušením.

Bylo navrženo, že redukční fázové přeměny z hematitu na magnetit a magnetit na hematit v oblastech s vysokou energií jsou indukovány prostorově omezenou hustotou plazmy. Výsledkem je interakce laseru s filmempři tvorbě plazmatického oblaku, který zabraňuje interakci kyslíku s kyslíkem. \ t

Obr. 11.20 Rentgenové difraktogramy hematitového filmu (a) před a (b) po ozáření laserovým rušením. H a M odpovídají hematitu (Fe2O3) a magnetitu (Fe3O4). (Přetištěno ze Sivakov et al. 2005 Spovolení. Copyright Elsevier.)

CVD film a tak usnadňuje redukční transformace. Energie pro takové periodické transformace je dodávána modulovaným rozložením intenzity v dopadovém interferenčním obrazci. Obrázek 11.20 znázorňuje rentgenovou difrakcivzory hematitového filmu CVD před a po ozáření laserovým rušením. Jak je uvedeno na obrázku, vrchol magnetitu se objevuje ve vzorcích strukturovaných hematitových filmů po interakci s laserovým interferenčním vzorem.

Tvorba periodických magnetických a nemagnetických domén ve filmech oxidu železitého laserovým zpracováním nabízí několik aplikací (Sivakov et al. 2005).

Ozařování laserového interferenčního vzoru může také iniciovat periodickou tvorbu intermetalických sloučenin v homogenní matrici, a tak realizovat kompozitní povrchy s vysokou pevností intermetalik a duktilitou.matricový materiál. To je prokázáno pro případ Ni-Al filmů nanesených na Si plátcích. Ni-Al fólie (900 nm tlusté) se stechiometrickým poměrem 3: 1 naneseným magnetronovým naprašováním byly modifikovány laserovými interferenčními vzory.

Na základě rentgenové difrakce bylo zjištěno, že intermetalický Ni Al je tvořen v oblastech laserové interakce s filmem. Studie nanoindentace dále ukázaly, že tvorba periodických intermetalických fází jespojené s periodickou modulací mechanických vlastností. V laserem modifikované oblasti (kde probíhá intermetalická reakce) je pozorována tvrdost vtisku v rozsahu 10 GPa ve srovnání s průměrnou tvrdostí 4 GPa.neošetřené oblasti (Obr. 11.21) (Liu et al. 2003).

Obr. 11.21 (a) Povrchový profil AFM, (b) zobrazení nanoindentací v oblasti ošetřené laserem a (c) distribuce tvrdosti přes jednu interferenční periodu v 900 nm Ni-Al filmu ozářeném laserovým interferenčním vzorem. (Přetištěno zLiu a kol. 2003. S povolením. Copyright Elsevier.)

Struktura biomateriálů

V poslední době přitahuje laserové interference pro modifikaci povrchů biomateriálů významné výzkumné zájmy. Bylo navrženo, že chemie a topografie biomateriálů může být příznivě modifikovánaozáření laserovým interferenčním vzorem pro zlepšení interakce mezi buňkami a povrchy a následné upevnění, šíření a orientace buněk na povrchu. Interferenční techniky pro modifikaci povrchů biomateriálůjsou založeny na selektivní ablaci materiálu při maximu interferencí, což má za následek mikroprostory, které se skládají z dobře definovaných hřebenů a drážek. Očekává se, že takové mikroprocesory budou řídit růst buněk ve specifických směrech(kontaktní pokyny). Významnou výhodou této techniky ve srovnání s náhodným vzorkováním je to, že mikroprocesory na povrchu biomateriálů mohou být účinně řízeny do požadovaných rozměrů (periodicita, výška,a šířka čar nebo teček) řízením parametrů zpracování laseru. Také může být účinně modifikována řada biomateriálů, jako je kov, keramika a polymery (Li et al. 2003).

Většina nedávno publikovaných prací o studiích interferenčních vzorů biomateriálů je omezena na několik biopolymerů. Důležité parametry laserových interferencí vzorovaných povrchů, u nichž se očekává, že budou mít vliv naadheze, růst a orientace buněk jsou kontaktní úhel, periody, morfologie (čáry nebo tečky). Obrázek 11.22 ukazuje vliv laserové fluence na hloubku mikroprostoru a úhel kontaktu v tloušťce 100umpolykarbonátová fólie ozářená laserovým interferenčním vzorem. Jak je znázorněno na obrázku, hloubka mikroprostoru se zvyšuje a úhel kontaktu se snižuje s laserovým tokem. Topografie a vlastnosti smáčenímohou být modifikovány laserovým interferenčním vzorem pro podporu adheze buněk (Yu et al. 2005a, b).

I když jsou popsány rozsáhlé studie o charakterizaci interferenčních struktur získaných v různých materiálech, bylo popsáno jen velmi málo studií o interakci buněk s povrchy modifikovanými laserem. Obrázek 11.23uvádí výsledky jedné ze studií o reakcích struktur buněk HPF (lidské plicní fibroblasty) na buněčné struktury a bodových struktur získaných na povrchu polykarbonátových (PC) filmů dvou nebo více paprskovým laserovým rušením.buňky kultivované na strukturovaných površích byly většinou vřetenovité a bipolární. Také, jak je uvedeno na světelných fotografiích, buňky kultivované na liniových vzorcích vykazují směrový růst rovnoběžný s liniemi, zatímco buňky kultivované nabody ukázaly většinou náhodné orientace (Yu et al. 2005a).Abychom to shrnuli, zpracování laserových rušení pokročilých kovových, polymerních a keramických materiálů nabízí obrovský potenciál pro použití v aplikacích, kde je požadována periodická modulace vlastností a topografie. Technologie

Abychom to shrnuli, zpracování laserových rušení pokročilých kovových, polymerních a keramických materiálů nabízí obrovský potenciál pro použití v aplikacích, kde je požadována periodická modulace vlastností a topografie. Technologieje stále relativně nová a představuje různé směry výzkumu. Většina studií se dosud zabývala charakterizací periodických vzorů v různých systémech a parametrickým vlivem parametrů laseru na morfologii.a topografie interferenčních struktur vytvořených na povrchu materiálu. Modulace intenzity energie v interferenčním vzoru vede ke komplexnosti tepelných efektů, jako je nehomogenní teplotadistribuce, teplotní gradienty, rychlosti ochlazování a teplotní pnutí. Tyto tepelné účinky mají silný vliv na proudění tekutiny, tuhnutí, vývoj mikrostruktury, tepelné namáhání atd. Kombinace modelování aExperimentální studie interakce laseru s materiálem během zpracování interferencí poskytnou další pohled na pokrok procesu ve vznikajících aplikacích.

Obr. 11.22 Vliv laserového toku na (a) hloubku mikropatry linky (perioda 5um) a (b) kontaktní úhel po ozáření laserovým rušením laserem Q-spínacím Nd: YAG vlnové délky 266 nm. (Přetištěno z Yu et al. 2005apovolení. Copyright American Chemical Society.)

Reference 475

Obr. 11.23 Světelné fotografie zobrazující HPF buňky kultivované na laserových interferenci strukturovaných PC filmech: (a) řádkový vzor s periodou 3um, (b) vzor čáry s periodou 9um, (c) bodový vzor s periodou 5um a (d) bodvzor s dobou 7um. Všechny substráty byly potaženy kolagenem. (Přetištěno z Yu et al. 2005a. Se svolením. Copyright American Chemical Society.)