Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
લેસર-પ્રેરિત પીરિયડિક સરફેસ સ્ટ્રક્ચર (LIPSS) સાથે જોડાઈને ડાયરેક્ટ લેસર ઇન્ટરફેરન્સ (DLIP) વિવિધ સામગ્રીઓ માટે કાર્યાત્મક સપાટીઓ બનાવવાની મંજૂરી આપે છે.પ્રક્રિયાના થ્રુપુટમાં સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ સરેરાશ લેસર પાવરનો ઉપયોગ કરીને વધારો થાય છે.જો કે, આ ગરમીના સંચય તરફ દોરી જાય છે, જે પરિણામી સપાટીની પેટર્નની ખરબચડી અને આકારને અસર કરે છે.તેથી, બનાવટી તત્વોના મોર્ફોલોજી પર સબસ્ટ્રેટ તાપમાનના પ્રભાવનો વિગતવાર અભ્યાસ કરવો જરૂરી છે.આ અભ્યાસમાં, સ્ટીલની સપાટી 532 nm પર ps-DLIP સાથે રેખા-પેટર્નવાળી હતી.પરિણામી ટોપોગ્રાફી પર સબસ્ટ્રેટ તાપમાનની અસરની તપાસ કરવા માટે, તાપમાનને નિયંત્રિત કરવા માટે હીટિંગ પ્લેટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.250 \(^{\circ }\)С સુધી ગરમ થવાથી રચાયેલી રચનાઓની ઊંડાઈમાં 2.33 થી 1.06 µm સુધીનો નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો.આ ઘટાડો સબસ્ટ્રેટના અનાજ અને લેસર-પ્રેરિત સપાટીના ઓક્સિડેશનના ઓરિએન્ટેશનના આધારે વિવિધ પ્રકારના LIPSS ના દેખાવ સાથે સંકળાયેલો હતો.આ અભ્યાસ સબસ્ટ્રેટ તાપમાનની મજબૂત અસર દર્શાવે છે, જે ગરમીના સંચયની અસરો બનાવવા માટે ઉચ્ચ સરેરાશ લેસર પાવર પર સપાટીની સારવાર કરવામાં આવે ત્યારે પણ અપેક્ષિત છે.
અલ્ટ્રાશોર્ટ પલ્સ લેસર ઇરેડિયેશન પર આધારિત સપાટી સારવાર પદ્ધતિઓ સૌથી મહત્વપૂર્ણ સંબંધિત સામગ્રીની સપાટીના ગુણધર્મોને સુધારવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે વિજ્ઞાન અને ઉદ્યોગમાં મોખરે છે.ખાસ કરીને, લેસર-પ્રેરિત વૈવિધ્યપૂર્ણ સપાટી કાર્યક્ષમતા ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોની વિશાળ શ્રેણી અને એપ્લિકેશન દૃશ્યો1,2,3માં અત્યાધુનિક છે.ઉદાહરણ તરીકે, વર્સિલો એટ અલ.લેસર-પ્રેરિત સુપરહાઇડ્રોફોબિસિટી પર આધારિત એરોસ્પેસ એપ્લિકેશન્સ માટે ટાઇટેનિયમ એલોય પર એન્ટિ-આઇસિંગ ગુણધર્મો દર્શાવવામાં આવ્યા છે.એપરલીન એટ અલ એ અહેવાલ આપ્યો છે કે લેસર સપાટીના માળખા દ્વારા ઉત્પાદિત નેનોસાઇઝ્ડ ફીચર્સ બાયોફિલ્મ વૃદ્ધિ અથવા સ્ટીલના નમુનાઓ પર અવરોધને પ્રભાવિત કરી શકે છે.વધુમાં, ગુઆઇ એટ અલ.કાર્બનિક સૌર કોષોના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં પણ સુધારો થયો છે.6 આમ, લેસર સ્ટ્રક્ચરિંગ સપાટીની સામગ્રી1ના નિયંત્રિત નિવારણ દ્વારા ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન માળખાકીય તત્વોના ઉત્પાદનને મંજૂરી આપે છે.
આવી સામયિક સપાટીની રચનાઓ બનાવવા માટે યોગ્ય લેસર સ્ટ્રક્ચરિંગ ટેકનિક છે ડાયરેક્ટ લેસર ઇન્ટરફેન્સ શેપિંગ (DLIP).DLIP એ માઇક્રોમીટર અને નેનોમીટર શ્રેણીમાં લાક્ષણિકતાઓ સાથે પેટર્નવાળી સપાટીઓ બનાવવા માટે બે અથવા વધુ લેસર બીમની નજીક-સપાટી હસ્તક્ષેપ પર આધારિત છે.લેસર બીમની સંખ્યા અને ધ્રુવીકરણના આધારે, DLIP વિવિધ પ્રકારની ટોપોગ્રાફિક સપાટીની રચનાઓ ડિઝાઇન અને બનાવી શકે છે.જટિલ માળખાકીય વંશવેલો8,9,10,11,12 સાથે સપાટીની ટોપોગ્રાફી બનાવવા માટે લેસર-પ્રેરિત પીરિયડિક સરફેસ સ્ટ્રક્ચર્સ (LIPSS) સાથે DLIP સ્ટ્રક્ચર્સને જોડવાનો આશાસ્પદ અભિગમ છે.પ્રકૃતિમાં, આ વંશવેલો સિંગલ-સ્કેલ મોડલ્સ 13 કરતાં પણ વધુ સારી કામગીરી પ્રદાન કરવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યા છે.
LIPSS ફંક્શન રેડિયેશનની તીવ્રતાના વિતરણના વધતા નજીકની સપાટીના મોડ્યુલેશન પર આધારિત સ્વ-એમ્પ્લીફાઇંગ પ્રક્રિયા (સકારાત્મક પ્રતિસાદ) ને આધીન છે.આ નેનોરોફનેસમાં વધારાને કારણે છે કારણ કે લાગુ લેસર કઠોળની સંખ્યામાં 14, 15, 16નો વધારો થાય છે. મોડ્યુલેશન મુખ્યત્વે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર સાથે ઉત્સર્જિત તરંગની દખલને કારણે થાય છે15,17,18,19,20,21 રીફ્રેક્ટેડ અને છૂટાછવાયા તરંગ ઘટકો અથવા સપાટીના પ્લાઝમોન્સ.LIPSS ની રચના કઠોળ 22,23 ના સમય દ્વારા પણ પ્રભાવિત થાય છે.ખાસ કરીને, ઉચ્ચ સરેરાશ લેસર શક્તિઓ ઉચ્ચ ઉત્પાદકતા સપાટીની સારવાર માટે અનિવાર્ય છે.આ માટે સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દરોનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર પડે છે, એટલે કે MHz શ્રેણીમાં.પરિણામે, લેસર પલ્સ વચ્ચેનું સમય અંતર ઓછું છે, જે ગરમીના સંચયની અસરો 23, 24, 25, 26 તરફ દોરી જાય છે. આ અસર સપાટીના તાપમાનમાં એકંદરે વધારો તરફ દોરી જાય છે, જે લેસર એબ્લેશન દરમિયાન પેટર્નિંગ મિકેનિઝમને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે.
અગાઉના કાર્યમાં, રુડેન્કો એટ અલ.અને Tzibidis et al.કન્વેક્ટિવ સ્ટ્રક્ચર્સની રચના માટે એક મિકેનિઝમની ચર્ચા કરવામાં આવી છે, જે ગરમીનું સંચય 19,27 વધવાની સાથે વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ બનવું જોઈએ.વધુમાં, બૉઅર એટ અલ.ગરમીના સંચયના નિર્ણાયક જથ્થાને માઇક્રોન સપાટીની રચનાઓ સાથે સહસંબંધિત કરો.આ થર્મલી પ્રેરિત માળખું નિર્માણ પ્રક્રિયા હોવા છતાં, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રક્રિયાની ઉત્પાદકતા ફક્ત પુનરાવર્તન દર28 વધારીને સુધારી શકાય છે.જો કે આ, બદલામાં, ગરમીના સંગ્રહમાં નોંધપાત્ર વધારો કર્યા વિના પ્રાપ્ત કરી શકાતું નથી.તેથી, પ્રક્રિયાની વ્યૂહરચના કે જે બહુસ્તરીય ટોપોલોજી પ્રદાન કરે છે તે પ્રક્રિયા ગતિશાસ્ત્ર અને બંધારણની રચના 9,12 બદલ્યા વિના ઉચ્ચ પુનરાવર્તન દરો માટે પોર્ટેબલ ન હોઈ શકે.આ સંદર્ભમાં, સબસ્ટ્રેટનું તાપમાન DLIP રચના પ્રક્રિયાને કેવી રીતે અસર કરે છે તેની તપાસ કરવી ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, ખાસ કરીને જ્યારે LIPSS ની એક સાથે રચનાને કારણે સ્તરવાળી સપાટીની પેટર્ન બનાવતી વખતે.
આ અભ્યાસનો હેતુ ps કઠોળનો ઉપયોગ કરીને સ્ટેનલેસ સ્ટીલની DLIP પ્રક્રિયા દરમિયાન પરિણામી સપાટીની ટોપોગ્રાફી પર સબસ્ટ્રેટ તાપમાનની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવાનો હતો.લેસર પ્રક્રિયા દરમિયાન, હીટિંગ પ્લેટનો ઉપયોગ કરીને નમૂના સબસ્ટ્રેટનું તાપમાન 250 \(^\circ\)C સુધી લાવવામાં આવ્યું હતું.પરિણામી સપાટીની રચનાઓ કોન્ફોકલ માઈક્રોસ્કોપી, સ્કેનિંગ ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી અને એનર્જી-ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને દર્શાવવામાં આવી હતી.
પ્રયોગોની પ્રથમ શ્રેણીમાં, સ્ટીલ સબસ્ટ્રેટને 4.5 µm ના અવકાશી અવધિ અને સબસ્ટ્રેટ તાપમાન \(T_{\mathrm {s}}\) 21 \(^{\circ) સાથે બે-બીમ DLIP ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને પ્રક્રિયા કરવામાં આવી હતી. }\)C, પછીથી તેને “અનહીટેડ» સપાટી તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.આ કિસ્સામાં, પલ્સ ઓવરલેપ \(o_{\mathrm {p}}\) એ સ્પોટ સાઇઝના કાર્ય તરીકે બે કઠોળ વચ્ચેનું અંતર છે.તે 99.0% (પોઝિશન દીઠ 100 પલ્સ) થી 99.67% (પોઝિશન દીઠ 300 કઠોળ) સુધી બદલાય છે.તમામ કિસ્સાઓમાં, પીક એનર્જી ડેન્સિટી \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (દખલ વિના ગૌસીયન સમકક્ષ માટે) અને પુનરાવર્તન આવર્તન f = 200 kHz નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.લેસર બીમના ધ્રુવીકરણની દિશા પોઝિશનિંગ ટેબલ (ફિગ. 1a)) ની હિલચાલની સમાંતર છે, જે બે-બીમ હસ્તક્ષેપ પેટર્ન દ્વારા બનાવેલ રેખીય ભૂમિતિની દિશાની સમાંતર છે.સ્કેનિંગ ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપ (SEM) નો ઉપયોગ કરીને મેળવેલી રચનાઓની પ્રતિનિધિ છબીઓ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે.1a–c.ટોપોગ્રાફીના સંદર્ભમાં SEM ઈમેજોના વિશ્લેષણને સમર્થન આપવા માટે, મૂલ્યાંકન કરવામાં આવી રહેલા સ્ટ્રક્ચર્સ પર ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ્સ (FFTs, ડાર્ક ઈન્સેટ્સમાં દર્શાવવામાં આવ્યા હતા) કરવામાં આવ્યા હતા.તમામ કિસ્સાઓમાં, પરિણામી DLIP ભૂમિતિ 4.5 µm ના અવકાશી અવધિ સાથે દૃશ્યમાન હતી.
કેસ માટે \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% ફિગના ઘાટા વિસ્તારમાં.1a, દખલગીરીની મહત્તમ સ્થિતિને અનુરૂપ, તમે નાના સમાંતર માળખાં ધરાવતા ગ્રુવ્સનું અવલોકન કરી શકો છો.તેઓ નેનોપાર્ટિકલ જેવી ટોપોગ્રાફીમાં આવરી લેવામાં આવેલા તેજસ્વી બેન્ડ્સ સાથે વૈકલ્પિક છે.કારણ કે ગ્રુવ્સ વચ્ચેની સમાંતર રચના લેસર બીમના ધ્રુવીકરણ માટે લંબરૂપ હોવાનું જણાય છે અને તેનો સમયગાળો \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) 418\(\pm 65\) nm છે, સહેજ લેસરની તરંગલંબાઇ કરતાં ઓછી \(\lambda\) (532 nm) ઓછી અવકાશી આવર્તન (LSFL-I)15,18 સાથે LIPSS કહી શકાય.LSFL-I FFT, “s” સ્કેટરિંગ15,20 માં કહેવાતા s-ટાઈપ સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે.તેથી, સિગ્નલ મજબૂત કેન્દ્રીય વર્ટિકલ એલિમેન્ટ માટે લંબરૂપ છે, જે બદલામાં DLIP સ્ટ્રક્ચર (\(\Lambda _{\mathrm {DLIP}}\) \(\approx\) 4.5 µm) દ્વારા પેદા થાય છે.FFT ઇમેજમાં DLIP પેટર્નની રેખીય રચના દ્વારા જનરેટ થતા સિગ્નલને "DLIP-પ્રકાર" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
DLIP નો ઉપયોગ કરીને બનાવેલ સપાટીની રચનાઓની SEM છબીઓ.પીક એનર્જી ડેન્સિટી \(\Phi _\mathrm {p}\) = 0.5 J/cm\(^2\) (નો-અવાજ ગૌસીયન સમકક્ષ માટે) અને પુનરાવર્તન દર f = 200 kHz છે.છબીઓ નમૂનાનું તાપમાન, ધ્રુવીકરણ અને ઓવરલે દર્શાવે છે.સ્થાનિકીકરણ તબક્કાની હિલચાલ (a) માં કાળા તીર સાથે ચિહ્નિત થયેલ છે.બ્લેક ઇનસેટ 37.25\(\times\)37.25 µm SEM ઈમેજમાંથી મેળવેલ અનુરૂપ FFT બતાવે છે (વેવવેક્ટર \(\vec {k}\cdot (2\pi)^ {-1}\) = 200 બને ત્યાં સુધી બતાવવામાં આવે છે. nm).પ્રક્રિયાના પરિમાણો દરેક આકૃતિમાં દર્શાવેલ છે.
આકૃતિ 1 માં વધુ જોતાં, તમે જોઈ શકો છો કે જેમ જેમ \(o_{\mathrm {p}}\) ઓવરલેપ વધે છે, સિગ્મોઇડ સિગ્નલ FFT ના x-અક્ષ તરફ વધુ કેન્દ્રિત છે.બાકીના LSFL-I વધુ સમાંતર હોવાનું વલણ ધરાવે છે.વધુમાં, s-પ્રકારના સિગ્નલની સંબંધિત તીવ્રતામાં ઘટાડો થયો અને ડીએલઆઈપી-પ્રકાર સિગ્નલની તીવ્રતા વધી.આ વધુ ઓવરલેપ સાથે વધુને વધુ ઉચ્ચારણ ખાઈને કારણે છે.ઉપરાંત, પ્રકાર s અને કેન્દ્ર વચ્ચેનો x-અક્ષ સિગ્નલ LSFL-I જેવા જ ઓરિએન્ટેશનવાળા બંધારણમાંથી આવવો જોઈએ પરંતુ લાંબા સમય સુધી (\(\Lambda _\mathrm {b}\) \(\approx \ ) 1.4 ± 0.2 µm) આકૃતિ 1c માં બતાવ્યા પ્રમાણે).તેથી, એવું માનવામાં આવે છે કે તેમની રચના ખાઈની મધ્યમાં ખાડાઓની પેટર્ન છે.નવી સુવિધા ઓર્ડિનેટની ઉચ્ચ આવર્તન શ્રેણી (મોટા તરંગ સંખ્યા) માં પણ દેખાય છે.સિગ્નલ ખાઈના ઢોળાવ પરના સમાંતર લહેરોમાંથી આવે છે, મોટે ભાગે ઘટનાની દખલગીરી અને ઢોળાવ 9,14 પર આગળ-પ્રતિબિંબિત પ્રકાશને કારણે.નીચેનામાં, આ લહેરો LSFL \ (_ \ mathrm {edge} \), અને તેમના સંકેતો – પ્રકાર -s \ (_ {\mathrm {p)) \) દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે.
આગળના પ્રયોગમાં, નમૂનાનું તાપમાન કહેવાતી "ગરમ" સપાટી હેઠળ 250 °C સુધી લાવવામાં આવ્યું હતું.અગાઉના વિભાગ (ફિગ. 1a–1c) માં ઉલ્લેખિત પ્રયોગો જેવા જ પ્રોસેસિંગ વ્યૂહરચના અનુસાર માળખું હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું.SEM છબીઓ પરિણામી ટોપોગ્રાફીનું નિરૂપણ કરે છે જેમ કે ફિગ. 1d–f માં બતાવ્યા પ્રમાણે.નમૂનાને 250 C સુધી ગરમ કરવાથી LSFL ના દેખાવમાં વધારો થાય છે, જેની દિશા લેસર ધ્રુવીકરણની સમાંતર છે.આ રચનાઓને LSFL-II તરીકે દર્શાવી શકાય છે અને તેનો અવકાશી સમયગાળો \(\Lambda _\mathrm {LSFL-II}\) 247 ± 35 nm છે.ઉચ્ચ મોડ ફ્રીક્વન્સીને કારણે LSFL-II સિગ્નલ FFTમાં પ્રદર્શિત થતું નથી.જેમ જેમ \(o_{\mathrm {p}}\) 99.0 થી વધીને 99.67\(\%\) (ફિગ. 1d–e), તેજસ્વી બેન્ડ ક્ષેત્રની પહોળાઈ વધી છે, જેના કારણે DLIP સિગ્નલ દેખાય છે. ઉચ્ચ આવર્તન કરતાં વધુ માટે.તરંગ સંખ્યાઓ (નીચી ફ્રીક્વન્સીઝ) અને આમ FFT ના કેન્દ્ર તરફ શિફ્ટ થાય છે.ફિગ. 1d માં ખાડાઓની પંક્તિઓ LSFL-I22,27 ને કાટખૂણે રચાયેલા કહેવાતા ગ્રુવ્સના પુરોગામી હોઈ શકે છે.વધુમાં, LSFL-II નાનું અને અનિયમિત આકારનું બની ગયું હોવાનું જણાય છે.નોંધ કરો કે નેનોગ્રેન મોર્ફોલોજી સાથે તેજસ્વી બેન્ડનું સરેરાશ કદ આ કિસ્સામાં નાનું છે.વધુમાં, આ નેનોપાર્ટિકલ્સનું કદનું વિતરણ ગરમ કર્યા વિના ઓછું વિખેરાયેલું (અથવા ઓછા કણોના એકત્રીકરણ તરફ દોરી ગયું) હોવાનું બહાર આવ્યું.ગુણાત્મક રીતે, આનું મૂલ્યાંકન અનુક્રમે આંકડા 1a, d અથવા b, e ની સરખામણી કરીને કરી શકાય છે.
જેમ જેમ ઓવરલેપ \(o_{\mathrm {p}}\) વધુ વધીને 99.67% (ફિગ. 1f), વધુને વધુ સ્પષ્ટ રુવાંટીઓને કારણે ધીમે ધીમે એક અલગ ટોપોગ્રાફી ઉભરી આવી.જો કે, આ ખાંચો ફિગ. 1c કરતાં ઓછા ક્રમમાં અને ઓછા ઊંડા દેખાય છે.છબીના પ્રકાશ અને શ્યામ વિસ્તારો વચ્ચેનો ઓછો વિરોધાભાસ ગુણવત્તામાં દેખાય છે.આ પરિણામોને c પર FFT ની સરખામણીમાં Fig. 1f માં FFT ઓર્ડિનેટના નબળા અને વધુ છૂટાછવાયા સિગ્નલ દ્વારા વધુ સમર્થન મળે છે.આકૃતિઓ 1b અને eની સરખામણી કરતી વખતે નાની સ્ટ્રાઇઓ પણ હીટિંગ પર સ્પષ્ટ હતી, જેની પાછળથી કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપી દ્વારા પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી.
અગાઉના પ્રયોગ ઉપરાંત, લેસર બીમનું ધ્રુવીકરણ 90 \(^{\circ}\) દ્વારા ફેરવવામાં આવ્યું હતું, જેના કારણે ધ્રુવીકરણની દિશા પોઝિશનિંગ પ્લેટફોર્મ પર કાટખૂણે ખસેડવામાં આવી હતી.અંજીર પર.2a-c સંરચના નિર્માણના પ્રારંભિક તબક્કા દર્શાવે છે, \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0% અનહિટેડ (a), ગરમ (b) અને ગરમ 90\(^{\ circ }\ ) - કેસ ફરતી ધ્રુવીકરણ સાથે (c).સ્ટ્રક્ચર્સની નેનોટોગ્રાફીનું વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવા માટે, રંગીન ચોરસ સાથે ચિહ્નિત થયેલ વિસ્તારો ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યા છે.2d, મોટા પાયે.
DLIP નો ઉપયોગ કરીને બનાવેલ સપાટીની રચનાઓની SEM છબીઓ.પ્રક્રિયાના પરિમાણો Fig.1 માં સમાન છે.છબી નમૂનાનું તાપમાન \(T_s\), ધ્રુવીકરણ અને પલ્સ ઓવરલેપ \(o_\mathrm {p}\) દર્શાવે છે.કાળો ઇનસેટ ફરીથી અનુરૂપ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ દર્શાવે છે.(d)-(i) માંની છબીઓ (a)-(c) માં ચિહ્નિત વિસ્તારોનું વિસ્તરણ છે.
આ કિસ્સામાં, તે જોઈ શકાય છે કે અંજીર 2b,c ના ઘાટા વિસ્તારોમાં રચનાઓ ધ્રુવીકરણ સંવેદનશીલ છે અને તેથી તેને LSFL-II14, 20, 29, 30 તરીકે લેબલ કરવામાં આવે છે. નોંધનીય છે કે, LSFL-I નું ઓરિએન્ટેશન પણ ફેરવવામાં આવે છે ( ફિગ. 2g, i), જે અનુરૂપ FFT માં s-ટાઈપ સિગ્નલના ઓરિએન્ટેશન પરથી જોઈ શકાય છે.LSFL-I સમયગાળાની બેન્ડવિડ્થ પીરિયડ b ની સરખામણીમાં મોટી દેખાય છે, અને તેની શ્રેણી Fig. 2c માં નાના સમયગાળા તરફ ખસેડવામાં આવે છે, જેમ કે વધુ વ્યાપક s-ટાઈપ સિગ્નલ દ્વારા સૂચવવામાં આવ્યું છે.આમ, નીચેના LSFL અવકાશી સમયગાળો નમૂના પર અલગ-અલગ હીટિંગ તાપમાને જોઈ શકાય છે: \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 418\(\pm 65\) nm 21 ^{ \circ }\ )C (ફિગ. 2a), \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I}}\) = 445\(~\pm\) 67 nm અને \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-II }} \) = s ધ્રુવીકરણ માટે 250°C (ફિગ. 2b) પર 247 ± 35 nm.તેનાથી વિપરિત, p-ધ્રુવીકરણનો અવકાશી સમયગાળો અને 250 \(^{\circ }\)C બરાબર \(\Lambda _{\mathrm {LSFL-I))\) = 390\(\pm 55\) ) nm અને \(\ Lambda_{\mathrm{LSFL-II}}\) = 265±35 nm (ફિગ. 2c).
નોંધનીય રીતે, પરિણામો દર્શાવે છે કે માત્ર નમૂનાના તાપમાનમાં વધારો કરીને, સપાટીની આકારવિજ્ઞાન બે ચરમસીમાઓ વચ્ચે સ્વિચ કરી શકે છે, જેમાં (i) માત્ર LSFL-I તત્વો ધરાવતી સપાટી અને (ii) LSFL-II સાથે આવરી લેવામાં આવેલ વિસ્તારનો સમાવેશ થાય છે.કારણ કે ધાતુની સપાટી પર આ વિશિષ્ટ પ્રકારની LIPSS ની રચના સપાટીના ઓક્સાઇડ સ્તરો સાથે સંકળાયેલ છે, ઊર્જા વિખેરાઈ એક્સ-રે વિશ્લેષણ (EDX) કરવામાં આવ્યું હતું.કોષ્ટક 1 પ્રાપ્ત પરિણામોનો સારાંશ આપે છે.દરેક નિર્ધારણ પ્રક્રિયા કરેલ નમૂનાની સપાટી પર વિવિધ સ્થળોએ ઓછામાં ઓછા ચાર સ્પેક્ટ્રાની સરેરાશ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે.માપન વિવિધ નમૂનાના તાપમાન \(T_\mathrm{s}\) અને અસંગઠિત અથવા માળખાગત વિસ્તારો ધરાવતી નમૂનાની સપાટીની વિવિધ સ્થિતિઓ પર કરવામાં આવે છે.માપમાં ઊંડા અનઓક્સિડાઇઝ્ડ સ્તરો વિશે પણ માહિતી શામેલ છે જે સારવાર કરાયેલ પીગળેલા વિસ્તારની સીધી નીચે સ્થિત છે, પરંતુ EDX વિશ્લેષણની ઇલેક્ટ્રોન ઘૂંસપેંઠ ઊંડાઈમાં છે.જો કે, એ નોંધવું જોઇએ કે EDX ઓક્સિજનની સામગ્રીને માપવાની તેની ક્ષમતામાં મર્યાદિત છે, તેથી અહીં આ મૂલ્યો માત્ર ગુણાત્મક મૂલ્યાંકન આપી શકે છે.
નમૂનાઓના સારવાર ન કરાયેલ ભાગોએ તમામ ઓપરેટિંગ તાપમાને ઓક્સિજનની નોંધપાત્ર માત્રા દર્શાવી નથી.લેસર ટ્રીટમેન્ટ પછી, તમામ કેસોમાં ઓક્સિજનનું સ્તર વધ્યું.વ્યાપારી સ્ટીલના નમૂનાઓ માટે અપેક્ષિત બે સારવાર ન કરાયેલા નમૂનાઓ વચ્ચે મૂળભૂત રચનામાં તફાવત હતો, અને હાઇડ્રોકાર્બન દૂષણને કારણે AISI 304 સ્ટીલ માટે ઉત્પાદકની ડેટા શીટની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા કાર્બન મૂલ્યો જોવા મળ્યા હતા.
ગ્રુવ એબ્લેશન ડેપ્થમાં ઘટાડો અને LSFL-I થી LSFL-II માં સંક્રમણના સંભવિત કારણોની ચર્ચા કરતા પહેલા, પાવર સ્પેક્ટ્રલ ડેન્સિટી (PSD) અને ઊંચાઈ પ્રોફાઇલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
(i) સપાટીની અર્ધ-દ્વિ-પરિમાણીય નોર્મલાઇઝ્ડ પાવર સ્પેક્ટ્રલ ડેન્સિટી (Q2D-PSD) આકૃતિ 1 અને 2. 1 અને 2 માં SEM છબીઓ તરીકે બતાવવામાં આવી છે. PSD નોર્મલાઇઝ્ડ હોવાથી, સરવાળા સંકેતમાં ઘટાડો થવો જોઈએ. સતત ભાગ (k \(\le\) 0.7 µm\(^{-1}\), બતાવેલ નથી), એટલે કે સરળતામાં વધારો તરીકે સમજાય છે.(ii) અનુરૂપ સરેરાશ સપાટી ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ.નમૂનાનું તાપમાન \(T_s\), ઓવરલેપ \(o_{\mathrm {p}}\), અને પોઝિશનિંગ પ્લેટફોર્મ ચળવળના ઓરિએન્ટેશન \(\vec {v}\) સંબંધિત લેસર ધ્રુવીકરણ E બધા પ્લોટમાં બતાવવામાં આવે છે.
SEM છબીઓની છાપને માપવા માટે, x અથવા y દિશામાં તમામ એક-પરિમાણીય (1D) પાવર સ્પેક્ટ્રલ ડેન્સિટી (PSDs) ની સરેરાશ કરીને સેટ કરેલ દરેક પરિમાણ માટે ઓછામાં ઓછી ત્રણ SEM છબીઓમાંથી સરેરાશ સામાન્યકૃત પાવર સ્પેક્ટ્રમ જનરેટ કરવામાં આવ્યું હતું.અનુરૂપ ગ્રાફ આકૃતિ 3i માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે જે સિગ્નલની આવર્તન શિફ્ટ અને સ્પેક્ટ્રમમાં તેના સંબંધિત યોગદાનને દર્શાવે છે.
અંજીર પર.3ia, c, e, DLIP શિખર \(k_{\mathrm {DLIP}}~=~2\pi\) (4.5 µm)\(^{-1}\) = 1.4 µm \ (^{-) નજીક વધે છે 1}\) અથવા અનુરૂપ ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ કારણ કે ઓવરલેપ વધે છે \(o_{\mathrm {p))\).મૂળભૂત કંપનવિસ્તારમાં વધારો LRIB માળખાના મજબૂત વિકાસ સાથે સંકળાયેલો હતો.ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સનું કંપનવિસ્તાર ઢાળની ઢાળ સાથે વધે છે.સીમિત કેસ તરીકે લંબચોરસ કાર્યો માટે, અંદાજને સૌથી મોટી સંખ્યામાં ફ્રીક્વન્સીઝની જરૂર છે.તેથી, PSD માં 1.4 µm\(^{-1}\) ની આસપાસની ટોચ અને અનુરૂપ હાર્મોનિક્સનો ઉપયોગ ગ્રુવના આકાર માટે ગુણવત્તાના પરિમાણો તરીકે થઈ શકે છે.
તેનાથી વિપરીત, ફિગ. 3(i)b,d,f માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ગરમ નમૂનાનું PSD સંબંધિત હાર્મોનિક્સમાં ઓછા સંકેત સાથે નબળા અને વ્યાપક શિખરો દર્શાવે છે.વધુમાં, ફિગ માં.3(i)f બતાવે છે કે બીજું હાર્મોનિક સિગ્નલ મૂળભૂત સિગ્નલ કરતાં પણ વધી જાય છે.આ ગરમ નમૂનાના વધુ અનિયમિત અને ઓછા ઉચ્ચારણ DLIP બંધારણને પ્રતિબિંબિત કરે છે (\(T_s\) = 21\(^\circ\)C ની સરખામણીમાં).બીજી વિશેષતા એ છે કે જેમ જેમ ઓવરલેપ \(o_{\mathrm {p}}\) વધે છે, પરિણામી LSFL-I સિગ્નલ નાના તરંગ સંખ્યા (લાંબા સમયગાળા) તરફ બદલાય છે.ડીએલઆઈપી મોડની કિનારીઓ અને 14,33 ઘટનાના ખૂણામાં સંકળાયેલ સ્થાનિક વધારા દ્વારા આને સમજાવી શકાય છે.આ વલણને અનુસરીને, LSFL-I સિગ્નલના વિસ્તૃતીકરણને પણ સમજાવી શકાય છે.ઢાળવાળી ઢોળાવ ઉપરાંત, DLIP સ્ટ્રક્ચરના તળિયે અને ઉપરના ભાગમાં સપાટ વિસ્તારો પણ છે, જે LSFL-I સમયગાળાની વિશાળ શ્રેણી માટે પરવાનગી આપે છે.અત્યંત શોષક સામગ્રી માટે, LSFL-I સમયગાળો સામાન્ય રીતે આ પ્રમાણે અંદાજવામાં આવે છે:
જ્યાં \(\theta\) ઘટનાનો કોણ છે, અને સબસ્ક્રિપ્ટ s અને p વિવિધ ધ્રુવીકરણનો સંદર્ભ આપે છે33.
એ નોંધવું જોઈએ કે DLIP સેટઅપ માટે ઘટનાનું પ્લેન સામાન્ય રીતે પોઝિશનિંગ પ્લેટફોર્મની હિલચાલ માટે લંબરૂપ હોય છે, જેમ કે આકૃતિ 4 (સામગ્રી અને પદ્ધતિઓ વિભાગ જુઓ).તેથી, s-ધ્રુવીકરણ, એક નિયમ તરીકે, સ્ટેજની હિલચાલની સમાંતર છે, અને p-ધ્રુવીકરણ તેની પર લંબ છે.સમીકરણ મુજબ.(1), s-ધ્રુવીકરણ માટે, LSFL-I સિગ્નલનો ફેલાવો અને નાના તરંગ નંબરો તરફ પાળી થવાની અપેક્ષા છે.આ \(\theta\) અને કોણીય શ્રેણી \(\theta \pm \delta \theta\) માં વધારાને કારણે છે કારણ કે ખાઈની ઊંડાઈ વધે છે.આ ફિગ. 3ia,c,e માં LSFL-I શિખરોની સરખામણી કરીને જોઈ શકાય છે.
ફિગ માં બતાવેલ પરિણામો અનુસાર.1c, LSFL\(_\mathrm {edge}\) ફિગમાં સંબંધિત PSDમાં પણ દૃશ્યમાન છે.3 એટલે.અંજીર પર.3ig,h p-ધ્રુવીકરણ માટે PSD બતાવે છે.ડીએલઆઈપી શિખરોમાં તફાવત ગરમ અને ગરમ ન થયેલા નમૂનાઓ વચ્ચે વધુ સ્પષ્ટ છે.આ કિસ્સામાં, LSFL-I માંથી સિગ્નલ DLIP પીકના ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ સાથે ઓવરલેપ થાય છે, જે લેસિંગ વેવલેન્થની નજીકના સિગ્નલમાં ઉમેરે છે.
પરિણામોની વધુ વિગતે ચર્ચા કરવા માટે, આકૃતિ 3ii માં વિવિધ તાપમાને ડીએલઆઈપી રેખીય ઊંચાઈ વિતરણના કઠોળ વચ્ચે માળખાકીય ઊંડાઈ અને ઓવરલેપ દર્શાવે છે.DLIP સ્ટ્રક્ચરના કેન્દ્રની આસપાસ દસ વ્યક્તિગત ઊભી ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ્સની સરેરાશ દ્વારા સપાટીની ઊભી ઊંચાઈ પ્રોફાઇલ મેળવવામાં આવી હતી.દરેક લાગુ તાપમાન માટે, માળખાની ઊંડાઈ વધતા પલ્સ ઓવરલેપ સાથે વધે છે.ગરમ નમૂનાની પ્રોફાઇલ s-ધ્રુવીકરણ માટે 0.87 µm અને p-ધ્રુવીકરણ માટે 1.06 µm ના સરેરાશ પીક-ટુ-પીક (pvp) મૂલ્યો સાથે ગ્રુવ્સ દર્શાવે છે.તેનાથી વિપરીત, અનહિટેડ સેમ્પલનું s-ધ્રુવીકરણ અને p-ધ્રુવીકરણ અનુક્રમે 1.75 µm અને 2.33 µm pvp દર્શાવે છે.અનુરૂપ પીવીપી અંજીરમાં ઊંચાઈ પ્રોફાઇલમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.3ii.દરેક PvP એવરેજની ગણતરી સરેરાશ આઠ સિંગલ PvP દ્વારા કરવામાં આવે છે.
વધુમાં, ફિગ માં.3iig,h પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ અને ગ્રુવ ચળવળને કાટખૂણે p-ધ્રુવીકરણ ઊંચાઈ વિતરણ દર્શાવે છે.પી-ધ્રુવીકરણની દિશા ગ્રુવની ઊંડાઈ પર સકારાત્મક અસર કરે છે કારણ કે તે 1.75 µm pvp પર s-ધ્રુવીકરણની સરખામણીમાં 2.33 µm પર સહેજ વધારે pvpમાં પરિણમે છે.આ બદલામાં પોઝિશનિંગ પ્લેટફોર્મ સિસ્ટમના ગ્રુવ્સ અને ચળવળને અનુરૂપ છે.આ અસર p-ધ્રુવીકરણના કેસની તુલનામાં s-ધ્રુવીકરણના કિસ્સામાં નાની રચનાને કારણે થઈ શકે છે (જુઓ. ફિગ. 2f,h), જેની આગળના વિભાગમાં વધુ ચર્ચા કરવામાં આવશે.
ચર્ચાનો ઉદ્દેશ્ય ગરમ નમૂનાઓના કિસ્સામાં મુખ્ય LIPS વર્ગ (LSFL-I થી LSFL-II) માં ફેરફારને કારણે ખાંચની ઊંડાઈમાં ઘટાડો સમજાવવાનો છે.તો નીચેના પ્રશ્નોના જવાબ આપો:
પ્રથમ પ્રશ્નનો જવાબ આપવા માટે, એબ્લેશનમાં ઘટાડા માટે જવાબદાર મિકેનિઝમ્સને ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી છે.સામાન્ય ઘટનામાં એક પલ્સ માટે, નિવારણ ઊંડાઈને આ રીતે વર્ણવી શકાય છે:
જ્યાં \(\delta _{\mathrm {E}}\) એ ઉર્જા ઘૂંસપેંઠની ઊંડાઈ છે, \(\Phi\) અને \(\Phi _{\mathrm {th}}\) એ શોષણ પ્રવાહ અને એબ્લેશન ફ્લ્યુન્સ છે થ્રેશોલ્ડ, અનુક્રમે34.
ગાણિતિક રીતે, ઉર્જા ઘૂંસપેંઠની ઊંડાઈ એબ્લેશનની ઊંડાઈ પર ગુણાકારની અસર ધરાવે છે, જ્યારે ઊર્જામાં ફેરફાર લઘુગણક અસર ધરાવે છે.તેથી અસ્ખલિત ફેરફારો \(\Delta z\) પર અસર કરતા નથી જ્યાં સુધી \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\).જો કે, મજબૂત ઓક્સિડેશન (ઉદાહરણ તરીકે, ક્રોમિયમ ઓક્સાઇડની રચનાને કારણે) Cr-Cr બોન્ડની સરખામણીમાં મજબૂત Cr-O35 બોન્ડ તરફ દોરી જાય છે, જેનાથી એબ્લેશન થ્રેશોલ્ડ વધે છે.પરિણામે, \(\Phi ~\gg ~\Phi _{\mathrm {th}}\) હવે સંતુષ્ટ નથી, જે ઉર્જા પ્રવાહની ઘનતામાં ઘટાડાની સાથે ઘટાડાની ઊંડાઈમાં ઝડપી ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે.વધુમાં, ઓક્સિડેશન સ્થિતિ અને LSFL-II ની અવધિ વચ્ચેનો સહસંબંધ જાણીતો છે, જે નેનોસ્ટ્રક્ચરમાં ફેરફારો અને સપાટીના ઓક્સિડેશન 30,35 ને કારણે સપાટીના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો દ્વારા સમજાવી શકાય છે.તેથી, શોષણ પ્રવાહ \(\Phi\) નું ચોક્કસ સપાટી વિતરણ માળખાકીય સમયગાળા અને ઓક્સાઇડ સ્તરની જાડાઈ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની જટિલ ગતિશીલતાને કારણે છે.સમયગાળાના આધારે, નેનોસ્ટ્રક્ચર ક્ષેત્રમાં તીવ્ર વધારો, સપાટીના પ્લાઝમોન્સની ઉત્તેજના, અસાધારણ પ્રકાશ સ્થાનાંતરણ અથવા 17,19,20,21 છૂટાછવાયાને કારણે શોષિત ઊર્જા પ્રવાહના વિતરણને મજબૂત રીતે પ્રભાવિત કરે છે.તેથી, \(\Phi\) સપાટીની નજીક મજબૂત રીતે અસંગત છે, અને \(\delta _ {E}\) કદાચ હવે એક શોષણ ગુણાંક સાથે શક્ય નથી \(\alpha = \delta _{\mathrm {opt}} ^ { -1} \અંદાજે \delta _{\mathrm {E}}^{-1}\) સમગ્ર નજીકની સપાટીના જથ્થા માટે.ઓક્સાઇડ ફિલ્મની જાડાઈ મોટાભાગે ઘનકરણ સમય [26] પર આધારિત હોવાથી, નામકરણની અસર નમૂનાના તાપમાન પર આધારિત છે.પૂરક સામગ્રીમાં આકૃતિ S1 માં દર્શાવેલ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોગ્રાફ્સ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મોમાં ફેરફાર સૂચવે છે.
આ અસરો આંશિક રીતે આકૃતિ 1d,e અને 2b,c અને 3(ii)b,d,f માં નાની સપાટીના માળખાના કિસ્સામાં છીછરા ખાઈની ઊંડાઈને સમજાવે છે.
LSFL-II સેમિકન્ડક્ટર્સ, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને ઓક્સિડેશન 14,29,30,36,37 માટે સંભવિત સામગ્રી પર રચાય છે.પછીના કિસ્સામાં, સપાટીના ઓક્સાઇડ સ્તરની જાડાઈ ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે30.હાથ ધરવામાં આવેલા EDX પૃથ્થકરણમાં સંરચિત સપાટી પર સપાટીના ઓક્સાઇડની રચના જાહેર કરવામાં આવી હતી.આમ, ગરમ ન થયેલા નમૂનાઓ માટે, આસપાસના ઓક્સિજન વાયુના કણોની આંશિક રચના અને આંશિક રીતે સપાટીના ઓક્સાઇડની રચનામાં ફાળો આપે છે.બંને ઘટનાઓ આ પ્રક્રિયામાં નોંધપાત્ર ફાળો આપે છે.તેનાથી વિપરિત, ગરમ થયેલા નમૂનાઓ માટે, વિવિધ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓના મેટલ ઓક્સાઇડ (SiO\(_{\mathrm {2}}\), Cr\(_{\mathrm {n}} \)O\(_{\mathrm { m}}\ ), Fe\(_{\mathrm {n}}\)O\(_{\mathrm {m}}\), NiO, વગેરે) તરફેણમાં સ્પષ્ટ 38 છે.જરૂરી ઓક્સાઇડ સ્તર ઉપરાંત, સબવેવલન્થ રફનેસની હાજરી, મુખ્યત્વે ઉચ્ચ અવકાશી આવર્તન LIPSS (HSFL), જરૂરી સબવેવલન્થ (ડી-ટાઈપ) તીવ્રતા મોડ 14,30 બનાવવા માટે જરૂરી છે.અંતિમ LSFL-II તીવ્રતા મોડ એ HSFL કંપનવિસ્તાર અને ઓક્સાઇડ જાડાઈનું કાર્ય છે.આ સ્થિતિનું કારણ HSFL દ્વારા વિખેરાયેલા પ્રકાશની દૂર-ક્ષેત્રની દખલગીરી છે અને પ્રકાશ સામગ્રીમાં વક્રીવર્તિત થાય છે અને સપાટીની ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી 20,29,30 ની અંદર ફેલાય છે.પૂરક સામગ્રી વિભાગમાં આકૃતિ S2 માં સપાટીની પેટર્નની ધારની SEM છબીઓ પૂર્વ-અસ્તિત્વમાં રહેલા HSFL નો સૂચક છે.આ બાહ્ય પ્રદેશ તીવ્રતાના વિતરણની પરિઘ દ્વારા નબળી રીતે પ્રભાવિત છે, જે HSFL ની રચનાને મંજૂરી આપે છે.તીવ્રતાના વિતરણની સમપ્રમાણતાને લીધે, આ અસર સ્કેનિંગ દિશા સાથે પણ થાય છે.
સેમ્પલ હીટિંગ LSFL-II રચના પ્રક્રિયાને ઘણી રીતે અસર કરે છે.એક તરફ, નમૂનાના તાપમાનમાં વધારો \(T_\mathrm{s}\) પીગળેલા સ્તરની જાડાઈ કરતાં ઘનકરણ અને ઠંડકના દર પર ઘણી વધારે અસર કરે છે.આમ, ગરમ નમૂનાનું પ્રવાહી ઇન્ટરફેસ લાંબા સમય સુધી આસપાસના ઓક્સિજનના સંપર્કમાં આવે છે.વધુમાં, વિલંબિત ઘનકરણ જટિલ સંવહન પ્રક્રિયાઓના વિકાસને મંજૂરી આપે છે જે પ્રવાહી સ્ટીલ સાથે ઓક્સિજન અને ઓક્સાઇડના મિશ્રણમાં વધારો કરે છે.આ માત્ર પ્રસરણ દ્વારા રચાયેલા ઓક્સાઇડ સ્તરની જાડાઈની સરખામણી કરીને દર્શાવી શકાય છે (\(\Lambda _\mathrm {diff}=\sqrt{D~\times ~t_\mathrm {s}}~\le ~15\) nm) અનુરૂપ કોગ્યુલેશન સમય \(t_\mathrm {s}~\le ~200\) ns છે, અને પ્રસરણ ગુણાંક \(D~\le\) 10\(^{-5}\) cm\(^ 2 \ )/s) LSFL-II રચના30 માં નોંધપાત્ર રીતે ઊંચી જાડાઈ જોવા મળી હતી અથવા જરૂરી હતી.બીજી બાજુ, ગરમી HSFL ની રચનાને પણ અસર કરે છે અને તેથી LSFL-II ડી-ટાઈપ ઈન્ટેન્સિટી મોડમાં સંક્રમણ માટે જરૂરી સ્કેટરિંગ ઑબ્જેક્ટ્સ.સપાટીની નીચે ફસાયેલા નેનોવોઇડ્સનું એક્સપોઝર HSFL39 ની રચનામાં તેમની સંડોવણી સૂચવે છે.જરૂરી ઉચ્ચ આવર્તન સામયિક તીવ્રતાના દાખલાઓ14,17,19,29ને કારણે આ ખામીઓ HSFL ના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક મૂળનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકે છે.વધુમાં, આ જનરેટેડ ઇન્ટેન્સિટી મોડ્સ મોટી સંખ્યામાં nanovoids19 સાથે વધુ સમાન છે.આમ, HSFL ની વધતી ઘટનાઓનું કારણ સ્ફટિક ખામીઓની ગતિશીલતામાં ફેરફાર દ્વારા સમજાવી શકાય છે કારણ કે \(T_\mathrm{s}\) વધે છે.
તાજેતરમાં એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે સિલિકોનનો ઠંડક દર આંતરિક ઇન્ટર્સ્ટિશિયલ સુપરસેચ્યુરેશન માટે અને આ રીતે ડિસલોકેશન 40,41 ની રચના સાથે બિંદુ ખામીના સંચય માટેનું મુખ્ય પરિમાણ છે.શુદ્ધ ધાતુઓના મોલેક્યુલર ડાયનેમિક્સ સિમ્યુલેશન્સ દર્શાવે છે કે ઝડપી પુનઃસ્થાપન દરમિયાન ખાલી જગ્યાઓ અતિસંતૃપ્ત થાય છે, અને તેથી ધાતુઓમાં ખાલી જગ્યાઓનું સંચય સમાન રીતે આગળ વધે છે42,43,44.વધુમાં, ચાંદીના તાજેતરના પ્રાયોગિક અભ્યાસોએ બિંદુ ખામીઓના સંચયને કારણે ખાલી જગ્યાઓ અને ક્લસ્ટરોની રચનાની પદ્ધતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે.તેથી, નમૂનાના તાપમાનમાં વધારો \(T_\mathrm {s}\) અને પરિણામે, ઠંડક દરમાં ઘટાડો HSFL ના ન્યુક્લિયસ એવા ખાલીપોની રચનાને અસર કરી શકે છે.
જો ખાલી જગ્યાઓ પોલાણ માટે જરૂરી પુરોગામી છે અને તેથી HSFL, નમૂનાના તાપમાન \(T_s\) ની બે અસરો હોવી જોઈએ.એક તરફ, \(T_s\) પુનઃપ્રક્રિયાના દરને અસર કરે છે અને પરિણામે, ઉગાડવામાં આવેલા સ્ફટિકમાં બિંદુ ખામીઓ (ખાલી જગ્યાની સાંદ્રતા)ની સાંદ્રતાને અસર કરે છે.બીજી બાજુ, તે ઘનકરણ પછી ઠંડકના દરને પણ અસર કરે છે, ત્યાં ક્રિસ્ટલ 40,41 માં બિંદુ ખામીના પ્રસારને અસર કરે છે.વધુમાં, ઘનકરણ દર ક્રિસ્ટલોગ્રાફિક ઓરિએન્ટેશન પર આધાર રાખે છે અને તેથી તે ખૂબ જ એનિસોટ્રોપિક છે, જેમ કે બિંદુ ખામી 42,43 ના પ્રસરણ છે.આ આધાર અનુસાર, સામગ્રીના એનિસોટ્રોપિક પ્રતિભાવને લીધે, પ્રકાશ અને પદાર્થની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એનિસોટ્રોપિક બને છે, જે બદલામાં ઊર્જાના આ નિર્ણાયક સામયિક પ્રકાશનને વિસ્તૃત કરે છે.પોલીક્રિસ્ટલાઇન સામગ્રી માટે, આ વર્તન એક અનાજના કદ દ્વારા મર્યાદિત કરી શકાય છે.વાસ્તવમાં, LIPSS ની રચના ધાન્ય 46,47 ના આધારે દર્શાવવામાં આવી છે.તેથી, સ્ફટિકીકરણ દર પર નમૂનાના તાપમાન \(T_s\) ની અસર અનાજ ઓરિએન્ટેશનની અસર જેટલી મજબૂત ન હોઈ શકે.આમ, વિવિધ અનાજના વિવિધ ક્રિસ્ટલોગ્રાફિક અભિગમ અનુક્રમે HSFL અથવા LSFL-II ના ખાલીપો અને એકત્રીકરણમાં વધારા માટે સંભવિત સમજૂતી પૂરી પાડે છે.
આ પૂર્વધારણાના પ્રારંભિક સંકેતોને સ્પષ્ટ કરવા માટે, કાચા નમૂનાઓ સપાટીની નજીક અનાજની રચનાને જાહેર કરવા માટે કોતરવામાં આવ્યા હતા.અંજીરમાં અનાજની સરખામણી.S3 પૂરક સામગ્રીમાં બતાવેલ છે.વધુમાં, LSFL-I અને LSFL-II ગરમ નમૂનાઓ પર જૂથોમાં દેખાયા.આ ક્લસ્ટરોનું કદ અને ભૂમિતિ અનાજના કદને અનુરૂપ છે.
તદુપરાંત, HSFL તેના સંવર્ધક મૂળ19,29,48ને કારણે ઓછી પ્રવાહની ઘનતા પર માત્ર સાંકડી શ્રેણીમાં જ જોવા મળે છે.તેથી, પ્રયોગોમાં, આ કદાચ બીમ પ્રોફાઇલની પરિઘ પર જ થાય છે.તેથી, HSFL નોન-ઓક્સિડાઇઝ્ડ અથવા નબળી રીતે ઓક્સિડાઇઝ્ડ સપાટીઓ પર રચાય છે, જે સારવાર અને સારવાર ન કરાયેલ નમૂનાઓના ઓક્સાઇડ અપૂર્ણાંકની સરખામણી કરતી વખતે સ્પષ્ટ બને છે (કોષ્ટક રેફટબ: ઉદાહરણ જુઓ).આ ધારણાની પુષ્ટિ કરે છે કે ઓક્સાઇડ સ્તર મુખ્યત્વે લેસર દ્વારા પ્રેરિત છે.
ઇન્ટર-પલ્સ ફીડબેકને કારણે LIPSS ની રચના સામાન્ય રીતે કઠોળની સંખ્યા પર આધારિત છે તે જોતાં, પલ્સ ઓવરલેપમાં વધારો થતાં HSFL ને મોટા બંધારણો દ્વારા બદલી શકાય છે.ઓછું નિયમિત HSFL LSFL-II ની રચના માટે જરૂરી ઓછી નિયમિત તીવ્રતા પેટર્ન (ડી-મોડ) માં પરિણમે છે.તેથી, જેમ જેમ \(o_\mathrm {p}\) નો ઓવરલેપ વધે છે (અંજીર 1 de માંથી જુઓ), LSFL-II ની નિયમિતતા ઘટે છે.
આ અભ્યાસમાં લેસર સ્ટ્રક્ચર્ડ DLIP ટ્રીટેડ સ્ટેનલેસ સ્ટીલની સપાટીના મોર્ફોલોજી પર સબસ્ટ્રેટ તાપમાનની અસરની તપાસ કરવામાં આવી હતી.એવું જાણવા મળ્યું છે કે સબસ્ટ્રેટને 21 થી 250 °C સુધી ગરમ કરવાથી s-ધ્રુવીકરણમાં 1.75 થી 0.87 µm સુધી અને p-ધ્રુવીકરણમાં 2.33 થી 1.06 µm સુધી ઘટાડાની ઊંડાઈમાં ઘટાડો થાય છે.આ ઘટાડો LSFL-I થી LSFL-II માં LIPSS પ્રકારમાં ફેરફારને કારણે થયો છે, જે ઊંચા નમૂનાના તાપમાને લેસર-પ્રેરિત સપાટી ઓક્સાઇડ સ્તર સાથે સંકળાયેલ છે.વધુમાં, LSFL-II વધતા ઓક્સિડેશનને કારણે થ્રેશોલ્ડ ફ્લક્સ વધારી શકે છે.એવું માનવામાં આવે છે કે ઉચ્ચ પલ્સ ઓવરલેપ, સરેરાશ ઉર્જા ઘનતા અને સરેરાશ પુનરાવર્તન દર સાથેની આ તકનીકી સિસ્ટમમાં, LSFL-II ની ઘટના સેમ્પલ હીટિંગને કારણે થતા ડિસલોકેશન ડાયનેમિક્સમાં ફેરફાર દ્વારા પણ નક્કી કરવામાં આવે છે.LSFL-II નું એકત્રીકરણ અનાજ ઓરિએન્ટેશન-આધારિત નેનોવોઇડ રચનાને કારણે હોવાનું અનુમાન કરવામાં આવે છે, જે HSFL ને LSFL-II ના પુરોગામી તરીકે લઈ જાય છે.વધુમાં, માળખાકીય અવધિ અને માળખાકીય સમયગાળાની બેન્ડવિડ્થ પર ધ્રુવીકરણની દિશાના પ્રભાવનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.તે તારણ આપે છે કે પી-ધ્રુવીકરણ એ ડીએલઆઈપી પ્રક્રિયા માટે વધુ કાર્યક્ષમ છે એબ્લેશન ડેપ્થના સંદર્ભમાં.એકંદરે, આ અભ્યાસ વૈવિધ્યપૂર્ણ સપાટી પેટર્ન બનાવવા માટે ડીએલઆઈપી એબ્લેશનની ઊંડાઈને નિયંત્રિત કરવા અને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે પ્રક્રિયા પરિમાણોના સમૂહને ઉજાગર કરે છે.છેલ્લે, LSFL-I થી LSFL-II માં સંક્રમણ સંપૂર્ણપણે ગરમીથી ચાલે છે અને ગરમીના વધારાને કારણે સતત પલ્સ ઓવરલેપ સાથે પુનરાવર્તન દરમાં નાનો વધારો અપેક્ષિત છે24.આ તમામ પાસાઓ DLIP પ્રક્રિયાના વિસ્તરણના આગામી પડકાર સાથે સંબંધિત છે, ઉદાહરણ તરીકે બહુકોણીય સ્કેનિંગ સિસ્ટમ્સ49ના ઉપયોગ દ્વારા.હીટ બિલ્ડઅપ ઘટાડવા માટે, નીચેની વ્યૂહરચના અનુસરી શકાય છે: બહુકોણીય સ્કેનરની સ્કેનિંગ ઝડપ શક્ય તેટલી ઊંચી રાખો, મોટા લેસર સ્પોટ કદનો લાભ લઈને, સ્કેનિંગ દિશામાં ઓર્થોગોનલ, અને શ્રેષ્ઠ એબ્લેશનનો ઉપયોગ કરો.fluence 28. વધુમાં, આ વિચારો DLIP નો ઉપયોગ કરીને અદ્યતન સપાટીના કાર્યક્ષમતા માટે જટિલ અધિક્રમિક ટોપોગ્રાફી બનાવવાની મંજૂરી આપે છે.
આ અભ્યાસમાં, ઈલેક્ટ્રોપોલિશ્ડ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ પ્લેટ્સ (X5CrNi18-10, 1.4301, AISI 304) 0.8 mm જાડાઈનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.સપાટી પરથી કોઈપણ દૂષકોને દૂર કરવા માટે, લેસર ટ્રીટમેન્ટ પહેલાં નમૂનાઓને કાળજીપૂર્વક ઇથેનોલથી ધોવામાં આવ્યા હતા (ઇથેનોલની સંપૂર્ણ સાંદ્રતા \(\ge\) 99.9%).
DLIP સેટિંગ આકૃતિ 4 માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. નમૂનાઓ 532 nm ની તરંગલંબાઇ અને 50 MHz ના મહત્તમ પુનરાવર્તન દર સાથે 12 ps અલ્ટ્રાશોર્ટ પલ્સ્ડ લેસર સ્ત્રોતથી સજ્જ DLIP સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવ્યા હતા.બીમ ઊર્જાનું અવકાશી વિતરણ ગૌસીયન છે.ખાસ ડિઝાઇન કરેલ ઓપ્ટિક્સ નમૂના પર લીનિયર સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવા માટે ડ્યુઅલ-બીમ ઇન્ટરફેરોમેટ્રિક રૂપરેખાંકન પ્રદાન કરે છે.100 mm ની ફોકલ લંબાઈ સાથેનો લેન્સ સપાટી પર 6.8\(^\circ\) ના નિશ્ચિત ખૂણા પર બે વધારાના લેસર બીમને સુપરઇમ્પોઝ કરે છે, જે લગભગ 4.5 µm નો અવકાશી સમયગાળો આપે છે.પ્રાયોગિક સેટઅપ પર વધુ માહિતી અન્યત્ર મળી શકે છે50.
લેસર પ્રોસેસિંગ પહેલાં, નમૂનાને ચોક્કસ તાપમાને હીટિંગ પ્લેટ પર મૂકવામાં આવે છે.હીટિંગ પ્લેટનું તાપમાન 21 અને 250 ° સે પર સેટ કરવામાં આવ્યું હતું.તમામ પ્રયોગોમાં, ઓપ્ટિક્સ પર ધૂળના જથ્થાને રોકવા માટે એક્ઝોસ્ટ ઉપકરણ સાથે સંકુચિત હવાના ટ્રાંસવર્સ જેટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.એક x,y સ્ટેજ સિસ્ટમ સ્ટ્રક્ચરિંગ દરમિયાન નમૂનાને સ્થાન આપવા માટે સેટ કરવામાં આવે છે.
પોઝિશનિંગ સ્ટેજ સિસ્ટમની ઝડપ અનુક્રમે 99.0 થી 99.67 \(\%\) ની કઠોળ વચ્ચે ઓવરલેપ મેળવવા માટે 66 થી 200 mm/s સુધીની હતી.બધા કિસ્સાઓમાં, પુનરાવર્તન દર 200 kHz પર નિર્ધારિત કરવામાં આવ્યો હતો, અને સરેરાશ શક્તિ 4 W હતી, જેણે 20 μJ ની પલ્સ દીઠ ઊર્જા આપી હતી.DLIP પ્રયોગમાં વપરાયેલ બીમનો વ્યાસ લગભગ 100 µm છે, અને પરિણામી પીક લેસર ઊર્જા ઘનતા 0.5 J/cm\(^{2}\) છે.એકમ વિસ્તાર દીઠ છોડવામાં આવતી કુલ ઉર્જા એ \(o_{\mathrm {p}}\) = 99.0 \(\%\), 100 J/cm માટે 50 J/cm\(^2\) ને અનુરૂપ પીક સંચિત પ્રવાહ છે. \(^2\) \(o_{\mathrm {p))\)=99.5\(\%\) અને 150 J/cm\(^2\) માટે \(o_{ \mathrm {p} }\ ) = 99.67 \(\%\).લેસર બીમના ધ્રુવીકરણને બદલવા માટે \(\lambda\)/2 પ્લેટનો ઉપયોગ કરો.વપરાયેલ પરિમાણોના દરેક સમૂહ માટે, નમૂના પર આશરે 35 × 5 mm\(^{2}\) નો વિસ્તાર ટેક્ષ્ચર થયેલ છે.તમામ માળખાગત પ્રયોગો ઔદ્યોગિક લાગુ પડવાની ખાતરી કરવા માટે આસપાસની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા.
50x મેગ્નિફિકેશન અને અનુક્રમે 170 nm અને 3 nm ના ઓપ્ટિકલ અને વર્ટિકલ રિઝોલ્યુશન સાથે કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને નમૂનાઓની મોર્ફોલોજીની તપાસ કરવામાં આવી હતી.એકત્રિત ટોપોગ્રાફિક ડેટાનું પછી સપાટી વિશ્લેષણ સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું.ISO 1661051 અનુસાર ભૂપ્રદેશ ડેટામાંથી પ્રોફાઇલ્સ બહાર કાઢો.
6.0 kV ના પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને નમૂનાઓ પણ દર્શાવવામાં આવ્યા હતા.નમૂનાઓની સપાટીની રાસાયણિક રચનાનું મૂલ્યાંકન 15 kV ના પ્રવેગક વોલ્ટેજ પર એનર્જી-ડિસ્પર્સિવ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) જોડાણનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું.વધુમાં, નમૂનાઓના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરની દાણાદાર મોર્ફોલોજી નક્કી કરવા માટે 50x ઉદ્દેશ્ય સાથે ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. તે પહેલાં, નમૂનાઓને 50 \(^\circ\)C ના સ્થિર તાપમાને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ અને 15-20 \(\%\) અને 1\( ની નાઈટ્રિક એસિડ સાંદ્રતા સાથે સ્ટેનલેસ સ્ટીલના ડાઘમાં પાંચ મિનિટ માટે કોતરવામાં આવ્યા હતા. -<\)5 \(\%\), અનુક્રમે. તે પહેલાં, નમૂનાઓને 50 \(^\circ\)C ના સ્થિર તાપમાને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ અને 15-20 \(\%\) અને 1\( ની નાઈટ્રિક એસિડ સાંદ્રતા સાથે સ્ટેનલેસ સ્ટીલના ડાઘમાં પાંચ મિનિટ માટે કોતરવામાં આવ્યા હતા. -<\)5 \(\%\), અનુક્રમે. Перед этим образцы травили при постоянной температуре 50 \(^\circ\)С в течение пяти минут в краске из нержавеайсайной температуре лотами концентрацией 15-20 \(\%\) અને 1\( -<\)5 \( \%\) соответственно. તે પહેલાં, નમૂનાઓને 50 \(^\circ\)C ના સતત તાપમાને 15-20 \(\%\) અને 1\(ની સાંદ્રતા સાથે હાઇડ્રોક્લોરિક અને નાઈટ્રિક એસિડ સાથે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ પેઇન્ટમાં પાંચ મિનિટ માટે કોતરવામાં આવ્યા હતા. -<\)5 \( \%\) અનુક્રમે.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C \)5 \ (\%\), 分别.在此之前，样品在不锈钢染色液中以50 \(^\circ\)C (\%\), 分别.તે પહેલાં, હાઇડ્રોક્લોરિક અને નાઈટ્રિક એસિડ 15-20 \(\%\) અને 1 ની સાંદ્રતા સાથે સ્ટેનલેસ સ્ટીલ માટે સ્ટેનિંગ સોલ્યુશનમાં 50 \(^\circ\)C ના સતત તાપમાને પાંચ મિનિટ માટે નમૂનાઓનું અથાણું કરવામાં આવ્યું હતું. \.(-<\)5 \ (\%\) соответственно. (-<\)5 \ (\%\) અનુક્રમે.
(1) લેસર બીમ, (2) a \(\lambda\)/2 પ્લેટ, (3) ચોક્કસ ઓપ્ટિકલ રૂપરેખાંકન સાથે DLIP હેડ, (4) સહિત બે-બીમ DLIP સેટઅપના પ્રાયોગિક સેટઅપની યોજનાકીય રેખાકૃતિ ) એક હોટ પ્લેટ, (5) ક્રોસ-ફ્લુડિક , (6) x,y પોઝિશનિંગ સ્ટેપ્સ અને (7) સ્ટેનલેસ સ્ટીલના નમૂનાઓ.બે સુપરઇમ્પોઝ્ડ બીમ, ડાબી બાજુએ લાલ રંગમાં ચક્કર લગાવે છે, નમૂના પર \(2\theta\) ખૂણા પર રેખીય માળખું બનાવે છે (બંને s- અને p-ધ્રુવીકરણ સહિત).
વર્તમાન અભ્યાસમાં વપરાયેલ અને/અથવા વિશ્લેષણ કરાયેલ ડેટાસેટ્સ સંબંધિત લેખકો પાસેથી વ્યાજબી વિનંતી પર ઉપલબ્ધ છે.
પોસ્ટ સમય: જાન્યુઆરી-07-2023