纳米复合多孔材料激光微纳加工的数值研究
光学
2021-03-15 v1 适应与自组织系统
摘要
本论文聚焦于多孔材料与激光相互作用的数值模拟。在含金属纳米颗粒情况下,对多孔玻璃的激光微结构化和半导体多孔材料的纳米加工而言,良好可控加工的可能性尤为重要。为理解飞秒激光脉冲在多孔玻璃内部产生的周期性微孔结构,进行了详细的数值热力学分析。计算结果表明可在SiO2体相内控制激光微加工。所获得的结构特征尺寸与实验结果相符。与多孔玻璃相比,负载Ag离子与纳米颗粒的介孔TiO2薄膜支持局域表面等离激元共振。为确定连续波激光的最佳参数,开发了考虑Ag纳米颗粒生长、光氧化、还原的多物理场模型。所执行的模拟表明激光写入速度控制Ag纳米颗粒尺寸。发现热激活快速生长随后光氧化是尺寸随写入速度变化及温升的主要原因。此外,采用脉冲激光写入负载Ag纳米颗粒的介孔TiO2薄膜,有望在两类纳米结构生成上提供额外可能:激光诱导周期性表面沟槽与TiO2薄膜内的Ag纳米光栅。为更好理解脉冲激光效应,开发了两种多脉冲模型来模拟Ag纳米颗粒生长。所得结果为多孔材料激光微加工及负载金属纳米颗粒的多孔半导体薄膜中纳米结构化的更好激光控制提供了新见解。
引用
@article{arxiv.2103.07334,
title = {Numerical study of laser micro- and nano-processing of nanocomposite porous materials},
author = {Hongfeng Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.07334},
year = {2021}
}