图13 使用脉冲激光（1064 nm）沸腾Ga、In和Sn的尺寸注量图 。
图14（a）显示了基于绝热假设熔化ZnO粒子所需激光注量的波长依赖性 。 对应于ZnO 3.4 eV（λ：365 nm）的带隙 ， 在较长波长下 ， 形成球形SMP所需的激光注量大大增加 。 实际上 ， 球形SMP是由355 nm激光辐照产生的 ， 而不是由注量为100 mJ pulse-1 cm?2的532 nm激光产生的 。 .然而 ， 当激光注量超过500 mJ pulse-1cm?2时 ， 分散的粒子倾向于形成缺陷丰富的NP ， 例如黑色TiO2和ZnO ， 可能不是通过PLML ， 而是通过激光诱导缺陷形成过程 。 相反 ， 由于B4C的Qabsλ（d）（直径300 nm）在355 nm、532 nm和1064 nm处几乎相同 ， 如图14（b）所示 ， 因此无论激光波长如何 ， 获得的SMP尺寸都是相似的 。
图14 （a）绝热条件下计算的不同粒径的氧化锌球形颗粒熔化所需的激光注量的波长依赖性 。 （b）在355、532和1064 nm激光辐照下获得的B4C（尺寸为300 nm）吸收效率的波长依赖性和SMP的SEM图像 。
因此 ， 该模型非常简单但有用 ， 因为大多数PLML产生的颗粒大小实验结果可以半定量解释 。
3.2最大吸收效率和粒径
图15（a）显示了n-k平面上10–500 nm粒径范围内的最大Qabsλ(d)值图 。 可以找到非常大的Qabsλ(d)值区域 ， 其中（n ， k）=(～0.2 ～2.0） ， 对应于金属的等离子体粒子 ， 如520nm处的金、420nm处的银等 。 在该区域产生的粒子已被广泛研究 ， 作为贵金属的粒子整形和弱激光辐照等离子体纳米加热器 。
图15 （a）n-k平面上10–500 nm粒径范围内的最大吸收效率值分布 。 （b）具有最大吸收效率值的粒度的n-k平面分布 。 （c）当n从2扫描到4并且k值固定为0.1时 ， 吸收效率的粒度依赖性 。
图15（b）显示了粒子直径d的n-k依赖关系 ， 其中Qabsλ(d)值最大 。 如上所述 ， 对于那些小于50 nm的粒子 ， 可以通过激光辐照有效地加热等离子体粒子 ， 而(n k) = (2 ～ 4 0.01 ～ 0.2) 的介电粒子的最大Qabsλ(d)值大于150 nm ， 表明SMP很容易加热 ， 特别是对于具有此复杂折射率范围的SMP 。 此外 ， 在这个n-k范围内 ， 可以在相对较宽的粒径范围内找到几个局部吸收最大值 ， 如图15（c）所示 。 这一特性有利于宽粒径分布的未加工颗粒获得球形SMP 。 这种n-k值范围内的材料通常用于光吸收氧化物颗粒 ， 如TiO2、ZnO、Fe3O4等 ， 其折射率n相对较大 。
图16显示了通过100 mJpulse-1 cm?2的激光辐照获得的能量对单个粒子的n-k依赖性 。 大多数金属和陶瓷通过以下方式从室温充分加热至熔点～ 10 kJ cm?3 。 因此 ， 这清楚地表明 ， 具有适当光学吸收的材料可以通过单次激光脉冲照射熔化 ， 形成球形SMP 。 如果k值较小（<0.05）且光吸收较少 ， 则激光照射施加的能量不能在粒子中很好地充电 。
图16 100 mJ pulse?1 cm-2的脉冲激光照射下单个粒子获得能量的n-k依赖性 。
3.3.不均匀颗粒加热和温度均匀化
图17显示了使用COMSOL软件通过电磁计算获得的典型材料颗粒内电阻热损失密度的空间分布 。 对于具有小n和大k的金属等离子体粒子 ， 由于导电电子对光穿透的电磁屏蔽 ， 粒子在表面附近选择性加热 。 相反 ， 对于具有大n和小k的介电粒子（Si和TiO2） ， 可以在粒子内观察到能量损失 ， 就像光在粒子内聚焦一样 。 对于上述两种情况 ， 氧化锌具有表面和内部加热 ， 中间值为n和k 。
图17 使用COMSOL软件进行电磁计算产生的水中200 nm球形Ag、Si、TiO2和ZnO颗粒内的电阻热损失密度的空间分布 。 激光波长和粒子在波长处的光学常数如各图底部所示 。
粒子中这种不均匀的能量沉积将在适当的时候导致均匀的温度分布 。 图18（a）显示了基于各种材料的热扩散长度l与激光辐照加热持续时间对应的脉冲宽度τ之间的计算关系 。 如果典型的纳秒激光的脉冲宽度为5-10ns ， 则热扩散长度超过100nm；这表明 ， 在纳秒激光加热过程中 ， 无论材料的热性质是否适合球形粒子的形成 ， 粒子温度都是均匀的 。
图18 （a）各种材料的热扩散长度和脉冲宽度之间的关系 。 （b）在67 mJ pulse?1 cm?2的激光通量下 ， 纳秒激光照射30 min和皮秒激光照射60 min的TiN颗粒的SEM图像 ， 以及相应的尺寸分布 。
如果脉冲宽度约为100ps ， 则Ag和Si等材料的热扩散长度大于100nm ， 也表明球形SMP中存在温度均匀化的可能性 。 然而 ， 对于热导率较低的材料 ， 如Fe3O4和TiN ， 通过皮秒激光照射 ， 热扩散长度缩短至<100 nm 。 因此 ， 如图17所示 ， SMP可能被不均匀加热 ， 从而在皮秒时间尺度上产生热点 。 因此 ， 施加的激光能量不能用于熔化大颗粒 ， 只有较小的颗粒才能通过皮秒激光照射熔化 。 通过低频皮秒激光熔化在TiN球形SMP的情况下实验观察到了这种效应（图18（b）） 。 此外 ， 由于皮秒激光照射的加热时间短 ， 可以抑制不需要的氧化反应 。
推荐阅读
- 英国王室发布一张从未见过的女王照片，充满象征意义
- 唯一和世界隔绝5万年的鱼，只剩38条，还差点被醉鬼连锅端了
- “蛇吃鼠半年，鼠吃蛇半年”？蛇即将冬眠，为何老鼠会成蛇天敌？
- 耽误事！男子钓鱼偶遇网红拍视频，看得入迷，不料鱼竿被鱼拖走
- 大量实体店倒闭，为何满大街却是餐饮店、便利店和药房？怎么回事