干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンプ形成による表面ナノ構造修飾技術の開発

利用干涉飞秒激光加工形成纳米凸块来开发表面纳米结构改性技术

• 批准号: 17760049
• 负责人: 中田 芳樹
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Osaka University (2006)Kyushu University (2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760049/
• 关键词: フェムト秒レーザー; レーザープロセッシング; 干渉; ナノマテリアル; 周期構造; ナノバンプアレー; ナノホールアレー; 複合周期構造

本研究の目的は、干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンブアレー形成の基礎特性を明らかにすることである。研究成果を列挙する。(1)フルエンスに対する特性:厚さ50nmの金薄膜に4光束干渉光をシングルショット照射した場合、74mJ/cm^2から105mJ/cm^2にかけてナノバンプアレーが形成された。最小バンプ径は330nm、最大バンプ高さ及びアスペクト比はそれぞれ455nm、0.45であり、フルエンスによってコントローラブルである。(2)パルス幅に対する特性:87mJ/cm^2の場合、パルス幅350fs以下ではバンプ高さ400nm程度で変化が無く、それより長い場合にサイズが減少し、1.6ps以上ではバンプが形成されなかった。これは励起電子の拡散、非加熱領域への熱伝導、光吸収率変化等によるエネルギーロスが原因である。ロスはフルエンスの増加で補償できるが、極端な条件である190mJ/cm^2、2.4psでは形状が流体的(水滴状)になった。これは薄膜面内の温度が比較的均一に上昇し、バンプ形成メカニズムが流体的になったためである。(3)膜厚に対する特性:10nmでは19mJ/cm^2という低いフルエンスからナノホールアレーが形成された。500nmの厚膜では上記(1)のフルエンス領域ではナノバンプは形成されず、適正範囲が存在することが確認された。(4)ナノバンプ密度:3000万個/cm^2以上の密度を達成した。レーザーの干渉パラメーター(波長、角度)でコントローラブルである。(5)素材に対する特性:Cr等の異素材の場合、ナノバンプは確認されなかった。コーティングによる汎用性向上が有効である。(6)多ショット加工:準周期構造(周期160〜190nm)と精密周期構造(1.2 or 1.7μm周期)からなる複合周期構造が形成された。より高度な表面ナノ修飾法として有望である。

这项研究的目的是使用干涉femto第二激光处理来阐明纳米龙形成的基本特征。列出了研究结果。 （1）全能量的特征：当单次射击4光通量干扰光的单镜头在50 nm的厚度上照射时，形成了74mj/cm^2至105mj/cm^2的纳米凸轮小巷。最小凸起直径为330 nm，最大凹凸高和长宽比分别为455 nm，并且由全能量控制。 （2）脉冲宽度的特征：在87MJ/cm^2的情况下，脉冲宽度350 fs或更少的凸起高度约为400 nm，没有变化，较大的情况下的尺寸降低，并且凸起。在1.6ps或更多的情况下形成。这是由于激发电子的传播，非热区域的热传导以及光吸收率的变化引起的。罗斯可以通过全面增强的增加来补偿罗斯，但是极端条件190MJ/cm^2和2.4ps具有流体（水滴）。这是因为薄膜表面中的温度相对均匀地升高，并且凸起的形成机制已成为流体。 （3）膜厚度的特征：纳米湖巷是由10nm中19mj/cm^2的低完整实体形成的。在500nm厚的膜中，在（1）（1）（1）中未形成纳米蛋白，并确认存在适当的范围。 （4）纳米木材密度：3000万/cm^2可控制激光干扰参数（波长，角度）。 （5）材料的特征：诸如CR等不同材料的纳米蛋白团未得到证实。涂料的多功能性改进是有效的。 （6）多塑料处理：由半周期结构（160至190 nm周期）和精度周期结构（1.2或1.2或1.7μm循环）组成的复合循环结构。作为一种更先进的表面纳米修饰方法，它是有希望的。

项目成果

最新レーザープロセシング基礎と応用

最新激光加工基础知识和应用

• 发表时间: 2007
• 作者: Yoshiki Nakata;Tatsuo Okada;中田芳樹その他(共著)
• 通讯作者: 中田芳樹その他(共著)

Generation and application of nanomaterials processed by interfering femtosecond laser

干涉飞秒激光加工纳米材料的制备及应用

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.LPM
• 作者: Yoshiki Nakata;Tatsuo Okada
• 通讯作者: Tatsuo Okada

Generation of nano-sized textured surface and new nanomaterials by thin film processing using interfering femtosecond laser

使用干涉飞秒激光进行薄膜加工生成纳米尺寸纹理表面和新型纳米材料

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc. ICCE (CD-ROM)
• 作者: N.Hirota;H.Uetake;T.Takayama;H.Nakamura;M.Kurashige;S.Hara;Y.Saito;Y.Ikezoe;T.Ando;H.Wada;K.Kitazawa;Y.Nakata
• 通讯作者: Y.Nakata