检索结果-南通市图书馆

基于飞秒激光微纳加工技术的晶体纳米光栅的研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于飞秒激光微纳加工技术的晶体纳米光栅的研究

作者：郭开顺山东师范大学

学位级别：硕士

在过去的几十年中,从表面改性到三维打印再到纳米结构加工,飞秒激光微纳加工技术在精度、效率和创新性等方面为固体加工领域带来了一场前所未有的革命性变革。飞秒激光超短脉冲宽度意味着能量可以在极短时间内传递给材料,从而减少热影... 详细信息

在过去的几十年中,从表面改性到三维打印再到纳米结构加工,飞秒激光微纳加工技术在精度、效率和创新性等方面为固体加工领域带来了一场前所未有的革命性变革。飞秒激光超短脉冲宽度意味着能量可以在极短时间内传递给材料,从而减少热影响区域,降低加工过程中的材料变形和损伤风险,这使得飞秒激光微纳加工技术成为处理各种复杂材料的理想选择。飞秒激光诱导周期性表面结构(LIPSS)是利用飞秒激光单步扫描产生的亚微米量级的周期性波纹结构。该结构具有偏振依赖性、腐蚀选择性、可擦除重写等独特性质,且加工效率高、材料适用性广,在过去十年中得到了广泛关注,已成为调控材料表面光学,机械和化学等特性的有效手段。然而,飞秒激光与材料相互作用诱导周期性表面结构的机理尚未明确,需要通过实验和仿真模拟等手段进一步研究,寻找更加精确的理论模型来解释这一现象,为其在更广泛领域的应用奠定基础。本论文中,我们利用飞秒激光微纳加工技术在Nd:LGGG晶体表面产生了多种类型的微纳结构,并对微纳结构的形成机理制和演变过程进行深入研究。实验研究结果表明,飞秒激光诱导的周期性表面纳米光栅结构的形成仅限于相对较窄的参数窗口,并且随着参数的改变,这种结构进一步演变成由激光烧蚀的微槽和底部纳米光栅构成的复合结构。实验研究和数值模拟证明了表面等离子体激元的激发在纳米光栅结构的形成中起到了关键作用。此外,微纳结构演变和纳米光栅周期对加工参数的依赖性主要归因于激光诱导纳米光栅和微米沟槽的反馈机制。我们基于凹槽底部纳米光栅结构提出了一种新的方法来制备具有正交双周期的二维表面。与传统的由一维纳米光栅构成的表面结构相比,这种二维双周期表面结构在较长波段范围内(紫外-近红外)都具有偏振敏感的增强抗反射性。

关键词：飞秒激光微纳加工纳米光栅光学晶体增强抗反射

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

半导体材料的飞秒激光微纳加工

半导体材料的飞秒激光微纳加工

作者：郭莉吉林大学

学位级别：硕士

随着微电子器件的小型化和集成化的发展,半导体材料的微细加工技术显得尤为重要。很多传统的微细加工技术可以满足精细加工缩小尺寸和提高精度的要求,而不能满足复杂的微结构高度集成需求。本论文主要采用飞秒激光微纳加工技术,分别针... 详细信息

随着微电子器件的小型化和集成化的发展,半导体材料的微细加工技术显得尤为重要。很多传统的微细加工技术可以满足精细加工缩小尺寸和提高精度的要求,而不能满足复杂的微结构高度集成需求。本论文主要采用飞秒激光微纳加工技术,分别针对常规的半导体材料SnO2:Sb体系和新颖的石墨烯材料进行了可设计微图案化的研究。对于SnO2:Sb氧化物半导体的加工,首先采用乙酰丙酮对金属无机盐进行化学修饰配置溶胶体系,并利用紫外-可见吸收光谱对溶胶的感光性进行了分析。然后利用飞秒激光直写微细加工技术对SnO2:Sb凝胶膜体系进行逐点扫描,扫描过后的区域溶解度在丙酮里发生明显变化,经显影可留下凝胶微结构,凝胶结构分辨率可达400nm(烧结后减小到150nm)。最后进一步高温煅烧使材料晶化得到SnO2:Sb氧化物半导体微结构,通过扫描电子显微镜对烧结前后,结构的形貌进行了表征,通过X射线衍射分析表征材料晶体结构。此外还制作了微湿敏传感器件,利用keithley4200SCS半导体测试系统对微结构的电学性质和湿敏特性进行了测试。在对于石墨烯材料的微纳加工中,我们首先采用Hummers’法制备了在水中分散性良好的石墨烯氧化物,该材料可以很方便地在玻璃衬底上旋涂成膜。然后我们利用飞秒激光脉冲对石墨烯氧化物薄膜进行图案化直写还原,得到导电微结构,对表面形貌进行原子力显微镜和扫描电子显微镜表征,图形形貌完好,加工分辨率可达500nm。利用X射线衍射、X射线光电子能谱和拉曼光谱,分析了加工区域与未加工区域化学组成及结构的变化,结果表明加工后还原区域含氧基团大部分被除去。还原后的石墨烯表现出了良好的导电性。最后,我们还讨论了加工功率对还原成度的影响,结果发现随着加工功率的增大,材料电导率增大,最大可达2.56×104S/m。飞秒激光直写做为一种方便、快速、有效的方法,实现了对以上两种半导体材料体系的任意细微图案化,为微电子器件小型化与集成化提供了一种高效、精密的加工技术。

关键词：飞秒激光微纳加工石墨烯氧化物还原锑掺杂二氧化锡图案化

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

超强超快激光物理与前沿应用

中国激光 2024年第11期51卷 40-71页

作者：吉亮亮王文涛田野姚金平郑颖辉王铁军王文鹏白亚林锦添孙海轶杜鹃张辉赵全忠刘鹏曾志男梁晓燕刘建胜沈百飞程亚冷雨欣李儒新徐至展中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室上海201800 张江实验室上海201210 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院浙江杭州310024 上海师范大学物理系上海200234 华东师范大学物理与电子科学学院上海200241

超强超快激光的出现与迅速发展开辟了原子分子物理、强场物理、等离子体物理等学科的诸多前沿方向,促进了物质科学、生命科学和信息能源等领域的创新发展。以超强超快激光的强度为尺标,首先介绍强激光驱动的非线性原子分子物理,其次是... 详细信息

超强超快激光的出现与迅速发展开辟了原子分子物理、强场物理、等离子体物理等学科的诸多前沿方向,促进了物质科学、生命科学和信息能源等领域的创新发展。以超强超快激光的强度为尺标,首先介绍强激光驱动的非线性原子分子物理,其次是更高光强下的超强激光与相对论等离子体物理,最后概述强场超快的交叉前沿应用。在每个领域的学科发展背景下,重点概述中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室长期深耕超强超快激光物理与前沿应用取得的系列进展与成果,主要包括小型化粒子加速与辐射、极端强场效应、高次谐波与阿秒物理、空气成丝与空气激光、超快激光加工、微纳激光技术等。

关键词：超快光学超强超快激光高次谐波阿秒脉冲激光粒子加速激光驱动次级辐射源强场量子电动力学飞秒激光微纳加工空气成丝

高重复频率飞秒激光烧蚀熔融石英制作单偏振微结构波导

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国激光 2012年第12期39卷 55-60页

作者：汪月容李毅王思佳何书通柴路王清月胡明列天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

利用中心波长为1040nm、脉宽为190fs、重复频率在200～5000kHz之间可调的飞秒激光对熔融石英进行微加工。研究了烧蚀阈值随脉冲重复频率、扫描速度的变化规律,阐明不同参数下热扩散效应及热累积效应对烧蚀过程的主导作用。在最优化条件... 详细信息

利用中心波长为1040nm、脉宽为190fs、重复频率在200～5000kHz之间可调的飞秒激光对熔融石英进行微加工。研究了烧蚀阈值随脉冲重复频率、扫描速度的变化规律,阐明不同参数下热扩散效应及热累积效应对烧蚀过程的主导作用。在最优化条件下,制作了双线波导,可以对1040nm激光实现圆形基模传输。进一步制作了椭圆晶胞的六角微结构波导,对1040nm激光可以输出近高斯强度分布的基模,模场面积达到247.48μm2。该微结构波导可实现单偏振传输,消光比达9.05,波导数值孔径约0.017。

关键词：激光技术飞秒激光微纳加工波导光子晶体

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

飞秒激光直写铌酸锂晶体半包层光波导

人工晶体学报 2024年第3期53卷 458-464页

作者：段雨濛贾曰辰吕金蔓深圳技术大学工程物理学院超强激光应用技术研究中心深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室深圳518118 山东大学物理学院晶体材料研究院济南250100

本文采用飞秒激光微纳加工技术在铌酸锂(LiNbO_(3))晶体中成功制备了直径为30、40和50μm的半包层波导,并通过端面耦合技术对其导波性能进行测试,得出半包层波导在633、1550 nm波长下具有优良的传输性能,且仅支持TM偏振方向传输,具有单... 详细信息

本文采用飞秒激光微纳加工技术在铌酸锂(LiNbO_(3))晶体中成功制备了直径为30、40和50μm的半包层波导,并通过端面耦合技术对其导波性能进行测试,得出半包层波导在633、1550 nm波长下具有优良的传输性能,且仅支持TM偏振方向传输,具有单偏振性;通过计算波导的传输损耗,得出了30μm直径的波导在633及1550 nm波长下传输性能最佳。并且通过Rsoft软件理论计算,证明了实验结果的合理性。本研究结果为光波导设计和性能优化提供了重要的参考,具有一定的实验和理论价值。

关键词：飞秒激光微纳加工光波导铌酸锂晶体半包层波导 1550 nm波导单偏振态

飞秒激光直写太赫兹波段二维金属亚波长孔阵列

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

激光与光电子学进展 2011年第5期48卷 83-88页

作者：汪月容李毅何书通毛鹏程胡明列天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室光电信息技术科学教育部重点实验室天津300072

利用中心波长为775 nm、重复频率为1 kHz、脉宽为130 fs的飞秒激光脉冲对厚度为200μm的铜片进行微加工,制作了适用于太赫兹（THz）波段（0.1－4 THz）的二维金属亚波长孔阵列。实验中,分别固定激光能量和加工时间,研究烧蚀孔直径随激... 详细信息

利用中心波长为775 nm、重复频率为1 kHz、脉宽为130 fs的飞秒激光脉冲对厚度为200μm的铜片进行微加工,制作了适用于太赫兹（THz）波段（0.1－4 THz）的二维金属亚波长孔阵列。实验中,分别固定激光能量和加工时间,研究烧蚀孔直径随激光功率及加工时间的变化规律,发现激光偏振态是引起烧蚀缺口的主要原因。利用数值模拟软件（CST）计算出适用于THz波段的金属孔阵列结构参数,根据以上实验结果选择合适的激光参数制作了孔阵列。

关键词：激光技术飞秒激光微纳加工打孔二维金属亚波长孔阵列

飞秒激光还原图案化石墨烯用作有机电致发光器件电极的研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

飞秒激光还原图案化石墨烯用作有机电致发光器件电极的研究

作者：陈路吉林大学

学位级别：硕士

作为新一代的平板显示技术，有机电致发光器件(OLED)凭借自身质量轻，驱动电压低，亮度高，柔性好等突出优点，近年来逐渐受到人们的青睐。OLED所采用的传统电极为铟氧化锡(ITO)，由于它本身易碎裂的缺点，以及地球上铟元素的稀缺，目前... 详细信息

作为新一代的平板显示技术，有机电致发光器件(OLED)凭借自身质量轻，驱动电压低，亮度高，柔性好等突出优点，近年来逐渐受到人们的青睐。OLED所采用的传统电极为铟氧化锡(ITO)，由于它本身易碎裂的缺点，以及地球上铟元素的稀缺，目前为OLED寻求新型电极显得十分必要。石墨烯是最近刚刚诞生的一种材料，它本身具有导电性好，透明度高，柔性好等出色性能，有望成为ITO的替代电极。另一方面，石墨稀材料的制备以及微纳加工图案化石墨烯的工作在学术领域也不断掀起热潮。通过对石墨烯材料的制备和图案化工作的深入研究，我们了解到可以通过飞秒激光直写的方式，利用激光光束聚焦的高热量将石墨烯氧化物中的氧去除，进而还原出石墨烯;同时由于飞秒激光微纳加工本身精度高(可精确到1nm)，能够加工出高分辨率的三维图案，因此我们可以采用飞秒激光微纳加工技术制备出图案化的石墨烯电极，并应用到OLED器件中。以上的思路即引出了我们的实验。本论文的主要工作即采用飞秒激光还原出的微型、图案化石墨烯作为电极，应用到有机电致发光器件中，并观测器件的发光效果。具体工作如下： 1.引出电极的设计。由于制备的石墨烯电极属于微米量级的，制成器件后不便于给电极直接加电压，因此要在其两端加上引出电极。我们在盖玻片上蒸镀金作为引出电极，中间留下微米量级的沟道，沟道即为石墨烯的还原区域。 2.石墨烯电极的还原。首先采用石墨薄片作为原料，通过氧化的手段制备出石墨烯氧化物悬浮液，并将其旋涂在引出电极之上，然后采用飞秒激光进行还原加工，使得石墨烯电极搭在沟道两端。激光光点按照预先设计好的图形程序，在石墨烯电极的还原同时完成图案化的工作。我们在实验中成功还原出了微米量级的方形、梯子型、领结型石墨烯图案，并经电阻测量验证了其导电性良好。 3.器件的制作和发光的观测。我们首先制备出了以石墨烯为电极材料的标准底发射器件结构：Graphene/m-MTDATA (30nm)/NPB (20nm)/Alq3(50nm)/LiF (1nm)/Al(100nm)。由于器件的发光面积与石墨烯电极一样，属于微米量级，那么不能用常规方法来测量器件的亮度、效率等参数，只能在显微镜下对器件的发光效果进行观测。然后我们成功地在荧光显微镜下观察到采用不同图案化电极器件的发光现象，并且找到了影响器件发光均匀性的两个重要因素：电极厚度和还原石墨烯时产生的气泡，通过对这两个问题的改善，我们得到了发光均匀度较好的器件，从而达到了预期的实验目标。 4.石墨烯电极的表征工作。我们通过原子力显微镜对电极的表面形貌、粗糙度和厚度进行了观测，得出还原后石墨烯的表面粗糙度为5.45nm，较还原前有所增加，而厚度要明显低于石墨烯氧化物的，为21nm。然后通过拉曼光谱中1354cm处的D峰和1590cm处的G峰及两峰的强度比例，验证出石墨烯的还原程度较好。最后对石墨烯的电阻率和电导率利用公式进行了估算，得出在加工激光功率范围在6～8mW时，还原出石墨烯电极的电阻率ρ=9.19×10Ω·m，电导率：=1.09×10S/m。本论文的工作把有机光电器件和飞秒激光微纳加工有效地结合起来，将新方法制备的图案化石墨烯电极成功地应用到了OLED中。为OLED的发展提出了一个新的方向，同时对于石墨烯在其他微电子器件中的应用方面也具有一定的参考意义。

关键词：有机电致发光器件石墨烯电极图案化飞秒激光微纳加工

飞秒激光微纳结构制备及其电催化产氢特性研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

飞秒激光微纳结构制备及其电催化产氢特性研究

作者：王泽坤长春理工大学

学位级别：硕士

工业化制氢方式中的电催化水裂解制氢是其中重要的产氢方式之一。目前催化剂与基底之间相互作用强、耐久性佳、导电性高、电化学表面积大的自支撑电极已经成为强化产氢性能研究的新趋势。同时,高效率产氢过程不仅是一个电催化化学过程,... 详细信息

工业化制氢方式中的电催化水裂解制氢是其中重要的产氢方式之一。目前催化剂与基底之间相互作用强、耐久性佳、导电性高、电化学表面积大的自支撑电极已经成为强化产氢性能研究的新趋势。同时,高效率产氢过程不仅是一个电催化化学过程,也是一个氢气脱离电极表面固、水、气三相线的动力学物理过程。如何协同优化是催化剂电催化产氢走向应用的关键问题和挑战。这为电极表面催化剂及其微观形貌设计和制造提出了新的发展方向。本文主要依托飞秒激光微纳加工技术,以同时兼顾产氢电极物理化学特性提升产氢性能为目标,进行了电催化产氢微纳结构电极的制备和特性研究。具体研究内容如下:（1）利用飞秒激光微纳加工技术与水热法复合制备Mo S微纳结构自支撑电极,并对电极的产氢性能进行了研究。研究结果表明制备的Mo S/fs-Mo电极在碱性环境下只需要99 m V的极低过电位就达到了10 mA·cm。相较于抛光表面,微纳结构电极过电位降低了300%以上。经过我们分析,其优异的析氢性能一方面来自飞秒激光制备的微米结构不仅实现了最后结构的双尺度化,润湿性得到增强,还使得比表面积的提升,从而增多活性位点促进析氢反应。另一方面,飞秒激光具备在空气中加工合成氧化物的能力,由此可构建基于氧化物的离子协同效应进一步促进析氢反应。（2）利用飞秒激光微纳直写制备技术一步制备自支撑Ni O/Ni电极,并对飞秒激光扫描间距对电极的产氢性能影响进行了研究。研究结果表明,改变飞秒激光扫描间距可以改变电极比表面积,影响润湿特性以及调控电极氧化程度,以此筛选出的基于飞秒激光微纳加工技术的NiO/Ni电极在碱性环境下只需要57 m V的极低过电位就达到了10m A·cm。并且制备和氧化一步完成的电极构筑方法还由于过程简洁而提供了更强的机械稳定性和化学分布均匀性,使得其具备在144小时下工作析氢性能得以保持的极佳稳定性。通过对气泡动力学的分析发现,微纳结构为电极带来了更多的活性位点并且具备减小产氢气泡脱附尺寸的能力,从而使其析氢高效并稳定。此外,改变飞秒激光扫描间距可以进一步控制活性位点的数目以及产氢气泡的脱离尺寸。飞秒激光微纳加工（基底微米减材构建微纳结构）与水热法（微结构表面纳米增材催化剂）复合制备双尺度基底使得润湿性得到进一步提升促进产氢气泡脱附。飞秒激光一步直写制备方法极易实现工业生产转化的独特优势。因此将飞秒激光表面改良技术应用于电催化产氢极具应用前景。

关键词：飞秒激光微纳加工过渡金属氧化物超亲水超疏气电极电解水

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

钴基电催化剂的设计合成及其电催化性能研究

钴基电催化剂的设计合成及其电催化性能研究

作者：张帅长春理工大学

学位级别：硕士

可持续发展意识一直让人们谋划着如何更好更快的发展清洁的二次能源——氢能。由于电催化析氢反应受到热力学和动力学的限制,如何高效的产氢成为研究重点。如今商用的贵金属高效析氢催化剂(如Pt/C等)由于受到低储量、高成本等因素的影响... 详细信息

可持续发展意识一直让人们谋划着如何更好更快的发展清洁的二次能源——氢能。由于电催化析氢反应受到热力学和动力学的限制,如何高效的产氢成为研究重点。如今商用的贵金属高效析氢催化剂(如Pt/C等)由于受到低储量、高成本等因素的影响,限制了其进一步发展和应用。因此,制备高催化活性、低成本的非贵金属催化剂一直是研究者的追求。钴元素是普遍使用的一种过渡金属元素,在地壳中的含量相对丰富。同时根据密度泛函理论(DFT)计算得出的金属活性火山图可以发现,钴基材料是除了贵金属基材料之外,本征活性最高的金属之一。因此,开发更多的钴基催化剂是实现高效电催化析氢的重要思路。电催化析氢的过程可以简要的分为三个步骤:离子与催化剂表面接触、发生析氢反应以及气泡脱附。提高材料的亲水性可以有效地促进第一步骤;对电极活性材料的组成和结构的筛选可以优化第二步骤;而构建超疏气电极则可以很好的解决气泡脱附问题。本论文逐步深入讨论钴基电催化剂对三个过程的促进作用。采用室温老化法合成了ZIF-L/CC钴基前驱体,再通过磷化过程将其转变为Co P-L/CC,该材料具有纳米片阵列结构;采用水热法在不同的自支撑基底(碳布、泡沫镍和泡沫铜)表面生长Co(OH)F钴基前驱体,再通过磷化过程将其转变为不同基底的具有超亲水特性的Co P自支撑电极;在此基础上,采用飞秒激光加工的具有超亲水超疏气结构的硅作为基底,利用水热法、低温磷化法合成具有超亲水超疏气特性的Co P/fs-Si自支撑电极。通过XRD、EDS、TEM、SEM、XPS和DFT等手段对所合成的样品的形貌、结构、化学组成和高活性机理进行研究,并对样品进行了电催化析氢测试,结果如下:(1)采用室温老化法合成ZIF-L/CC,再通过磷化过程得到Co P-L/CC纳米片阵列。重点研究了不同磷化温度制备的Co P-L/CC的酸性和碱性析氢性能。其中,Co P-L/CC-350不论是在酸性还是在碱性条件下,都表现出最优的电化学析氢性能(电流密度为10 m A·cm时,过电压分别为158 m V和165m V)。说明磷化温度对于Co P-L/CC的析氢性能有重要影响作用。但不论是在酸性还是在碱性条件下,Co P-L/CC-350的稳定性都不佳。(2)通过水热法在不同基底(碳布、泡沫镍和泡沫铜)表面合成Co(OH)F钴基前驱体,再通过磷化得到具有超亲水特性的Co P/CC、Co P/Cu foam和Co P/Ni foam自支撑电极。且这三种电极均具有一定的疏气性。这三种电极虽然基底不同,但所生长的Co P材料的形貌均相同,Co P颗粒均完好地包裹住了基底的三维结构。电化学测试表明三种电极均具有较低的析氢过电压和长达24 h的析氢稳定性(100 m A·cm的电流密度下)。通过EIS测试分析三种电极在低频阶段均表现出实部与虚部呈线性相关的测试结果,说明这三种电极在不增加额外机械搅拌的条件下,扩散因素控制了整个析氢过程,影响了反应的动力学。本章合成了析氢性能、稳定性均良好的超亲水自支撑电极,但无法解决析氢过程中第三步骤即气泡脱附所带来的负面影响。这也值得以此为基础,继续研究如何克服析氢过程第三步所带来的负面影响因素。(3)利用飞秒激光微纳加工技术在耐酸硅片表面设计了超亲水超疏气结构(fs-Si)。并以fs-Si为自支撑基底,通过水热法,低温磷化法得到了具有坚固的、稳定物理结构的Co P/fs-Si自支撑电极。该方法合成的电极不仅可以表现出巨大的电化学活性面积(C值可高达189.94 m F·cm),甚至可以在高电流密度(>300 m A·cm)时具有超越Pt/C(20%)的析氢性能。飞秒激光的特殊加工方法不仅赋予了fs-Si基底表面很大的粗糙度,而且为后续的自支撑电极的合成提供了巨大的活性中心(fs-Si基底的结构缺陷)。与Pt/C(20%)膜、Co P/CC、Co P/Cu foam和Co P/Ni foam相比,fs-Si的超疏气结构(或高粗糙度)完全改变了气泡与固体表面的接触方式,减小了与气泡的接触面积,极大地破坏了气/液/固三相接触线(TPCL)的连续性,促进了气泡更小、更快速的释放。此外,fs-Si可作为一种广泛使用的基底,所合成的自支撑电极均可以成功地继承基底的超亲水和超疏气特性。本章节提出了一种全新的超疏气电极构建方式,为析氢(或析气)反应过程中快速地释放气泡提供了新的解决方案。

关键词：磷化钴电解水超亲水特性飞秒激光微纳加工超疏气电极