液体环境对激光诱导周期性表面结构及纳米颗粒单脉冲生成的影响

摘要： 一项紧密结合计算与实验的研究探究了液体环境对单脉冲激光烧蚀过程中表面纳米结构化及纳米颗粒生成基本机制的影响。针对水中铬的大规?？占涞髦粕帐捶肿佣ρＤ饨沂玖松帐从鹆饔胨涓丛拥亩嗷プ饔茫喊ㄋ肪呈股帐从鹆骺焖偌跛?、烧蚀羽流与水界面处形成并迅速解体的高温金属层、烧蚀羽流主要部分发生横向再分布与再沉积，最终形成光滑的凝固表面特征。模拟预测的表面特征形态与水中铬单脉冲激光烧蚀实验结果高度吻合，验证了模拟揭示的作用机制。研究表明，相比真空激光烧蚀，液体环境能消除表面形态的尖锐特征，使靶材材料去除量降低一个数量级以上，并缩小纳米颗粒尺寸分布范围。此外，计算预测显示液体环境组分分子会有效掺入受照靶材表面区域，且产生的空位浓度超过平衡水平一个数量级以上，这为利用液体环境溶质实现激光生成表面的超掺杂提供了可能性。