表1激光器特性、型号和制造商列表
▲图1用于监测由激光器产生的羽流的HSI和OES实验装置示意图3.结果图2显示了不同激光器(Nd:YAG、IPG1064、IPG1070和IPG1083)在激光峰值功率为1kW时在钛板上产生的激光光斑的光学显微镜图像 。 Nd:YAG激光器产生的激光光斑周围的表面看起来很干净 ， 如图2(a)所示 。 对于IPG1064、IPG1070和IPG1083三种激光器 ， 观察到激光光斑周围的颜色较深 ， 如图2(b)-(d)所示 ， IPG1064较少 ， IPG1083中等 ， IPG1070较强 。 激光光斑周围颜色暗度的增加不是随着激光波长的增加而单调增加的 。 正如Li等人[12
报道的那样 ， 斑点着色也不能归因于氧化的影响 ， 因为实验是在氩气环境中进行的 ， 并且从Nd:YAG激光器观察到干净的表面 。 图2(b)-(d)中激光光斑周围的暗色是均匀分布的 ， 这表明着色不是由于飞溅产生的 ， 其中再凝固的熔体小颗粒随机粘附在表面 。 此外 ， Nd:YAG和IPG1064激光器的激光峰值功率和脉冲持续时间几乎相同 ， 这排除了暗色产生飞溅的概念 。 通过SEM和EDS进一步研究激光点周围具有暗色着色的表面 。 图3所示的EDS分析和SEM图像显示 ， 激光光斑周围的深色是由尺寸范围为5至260nm的钛纳米颗粒的沉积引起的 ， 平均尺寸约为70nm 。 较大尺寸颗粒的形状表明 ， 由于较小尺寸纳米颗粒的聚结而发生附聚 。 为了了解激光光斑周围颗粒的沉积过程 ， 研究了高速相机获取的时间分辨羽流图像 ， 这些羽流是由于激光与钛板的相互作用而产生的 。
▲图2(a)Nd:YAG、(b)IPG1064、(c)IPG1070和(d)IPG1083激光器在钛板上的激光光斑的光学显微镜图像
▲图3(a)IPG1064激光器在钛板上产生的光斑 ， (b)和(c)激光光斑周围的彩色表面 ， 以及(d)钛板的原始区域的SEM示意图3.1羽流动力学峰值功率为1kW的Nd:YAG、IPG1064、IPG1070和IPG1083激光器产生的羽流发射的高速图像从钛板到激光脉冲末端的时间演变如图4(a)-(d)所示 。 尽管高速图像是在25kHz的固定帧率下获得的 ， 但我们已经展示了一些较大且非周期性时间间隔的图像作为所有图像的代表 。 仔细检查发现 ， 与其他IPG激光器相比 ， Nd:YAG的羽流发射开始出现的时间更早 ， 且扩展速度更快 。 图4(a)中显示的Nd:YAG激光的羽流发射开始于大约0.05ms ， 并在激光脉冲结束前1.3ms以上消失(脉冲持续时间=1.5ms) 。 从图4(a)中也可以明显看出 ， 羽流在0.8ms内有效地产生 ， 这会在1ms及以上扩展和屏蔽激光脉冲 ， 防止进一步产生羽流 。 相比之下 ， 羽流发射大约在1ms的后期开始出现 ， 并持续到激光脉冲结束 ， 如在IPG激光器的情况下为1.5ms ， 如图4(b)-(d)所示 。 在IPG激光器中 ， IPG1064的羽流膨胀较大 ， IPG1083中等 ， IPG1070较小 。 图2和图4表明羽流膨胀率的降低可能与激光光斑周围颜色的暗度增加有关 。 换句话说 ， 图2所示激光光斑周围的深色外观可能与不同激光器产生的羽流动力学有关 。 为了进一步了解羽流动力学 ， 在1.5ms时记录了IPG1064激光器产生的羽流的彩色图像 ， 如图5所示 。 羽流结构类似于由热传导和周围流体的持续夹带引起的地幔柱 。 图5中的1~6分别对应源区、热羽流轴、原始羽流头部的源材料、冷却的源材料、加热和夹带环境以及含有热源材料的羽流头部等不同特征的羽流 ， 遵循用于地幔柱的命名法 。 由于IPG1064激光脉冲在大约1ms时开始从钛板上喷射材料 ， 一直持续到脉冲结束即1.5ms ， 因此热源材料通过热羽流轴连续供应到羽流头部 。 由于羽流不能快速取代环境并上升 ， 因此羽流头部变得大于靠近源区的热羽流轴的宽度 。 膨胀的羽流在羽流头部呈现球形 ， 这可能是由于与径向膨胀相比 ， 喷射源材料在热羽流轴方向上的最大减速 ， 因为环境中氩气密度在大气压下足够高 。 膨胀羽流的这种减速是由于与环境物质的碰撞而导致的 ， 这又导致羽流材料的快速冷却 。 众所周知 ， 在大气压下 ， 充分冷却后的化学反应会导致在气相中形成纳米颗粒 。 因此 ， 由于冷凝 ， 纳米颗粒可以在羽流的外围形成 。 因此 ， 与羽流头部相邻的环境薄层被加热 。 当它的温度和密度变得与羽流相当时 ， 它就成为羽流的一部分 ， 并通过头部内的再循环流动与源材料一起搅拌 。 图5描述了球形涡流的形成 ， 其中源材料和内置环境缠绕在一起 。 在图4(a)中 ， 球形涡流远离钛板表面 ， 膨胀的羽流避免了颗粒的沉积 ， 从而使表面清洁 ， 如图2(a)所示 。 在图4(b)中 ， 较轻的粒子与球形涡流一起从表面流走 ， 而较重的粒子不能沿球形涡流再循环路径并沉积回表面 ， 这导致激光光斑周围出现轻微的深色（图2(b)） 。 另一方面 ， 分别在IPG1070和IPG1083激光器的情况下 ， 球形涡流的形成并不明显 ， 如图4(c)和(d)所示 ， 这表明了不同的羽流动力学 。 此外 ， 尽管具有几乎相同的激光强度 ， 但由于不同激光器的羽流尺寸不同 ， 因此必须分析穿透深度剖面以了解不同激光器对钛板的影响 。
推荐阅读
- 新的文件格式帮助研究人员缩短DNA分析时间
- 2022 年12 个令人兴奋的里程碑事件
- 纳米晶体技术已成功应用于难溶性药物，以克服药物溶解度差的缺点
- 科学家成功地配制了，各种具有溶解和吸收行为优势的纳米晶体制剂
- 水不溶性药物由于溶解度低需要大量有机增溶剂，容易导致不良反应
- 斯坦福科学家用年轻人血液让老年人逆生长27%，或成延寿爆款
- 科学家证明了，纳米悬浮液中的真皮姜黄素纳米晶体，具有更好的皮肤渗透性
- 华林科纳氮化镓的大面积光电化学蚀刻的实验报告
- 出乎意料！2021年全球平均温“重回”3年前，地球是不是降温了？
- 好消息！乳腺癌新药Enhertu（DS-8201)获FDA优先审查：疗效击败T-DM1