Диссертация (Теплофизические процессы на поверхностях функциональных материалов при фемтосекундном лазерном воздействии), страница 3

Кроме того, теоретическая значимость работы состоит в изучениисмачивания и испарения рабочих жидкостей на модифицированных поверхностяхс двумя различными типами морфологий, обнаружении и описании эффектатермического тренинга поверхностей, полученных в результате обработки ФЛИ.Показано влияние внешней среды (воздух, вода, масло) на морфологиюмодифицированных ФЛИ поверхностей.

Показана возможность изготовлениямикроканалов с помощью ФЛИ и упрочнения поверхности графита различныхтипов модификаций. Наконец, значимость состоит в модификации поверхностимногослойной тонкопленочной структуры Al-Si, в результате которой обнаруженавозможность селективной модификации различных нанослоев структуры.Практическаязначимостьсостоитвисследованиитехнологическихвозможностей фемтосекундной лазерной обработки твердотельных материаловдлясозданияфункциональныхповерхностейприменительнокзадачамэнергетики и электроники, изменению теплофизических и гидродинамическихсвойств поверхности, возможности использования такой технологии для созданиямикроканалов, важных в проблемах охлаждения микроэлектроники и другихэнергетических применениях.15Методология и методы исследованияМетодология и методы работы основаны на самых современных подходах кисследованиюифемтосекунднойполучениюлазернойновыхтехнологиифункциональныхдляповерхностейформирования—морфологииповерхности, атомно-силовой микроскопии (АСМ), оптической микроскопии(ОМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) для изучения топологии иморфологии модифицированных поверхностей, современных методов и средствдля измерения смачивания и растекания, процессов испарения и кипения, а такжеисследования механических свойств поверхности и ее фазового состава.Положения, выносимые на защитуНа защиту выносятся следующие результаты и положения:- разработкаэкспериментальныхматериаловспомощьюметодикмодификациифемтосекундныхтвердотельныхлазерныхимпульсовиэкспериментальные измерения основных параметров лазерного излучения дляоценки теплофизических параметров – пороговых значений плотности энергииплавления и абляции материала;- изготовлениефункциональныхкремниевыхповерхностейсразличнойморфологией и топологией поверхности (в виде продольных регулярныхструктур и с сеткой отдельных кратеров) для интенсификации теплообмена иуправлениятемпературойЛейденфроста;демонстрациянанихновыхтеплофизических эффектов, включая эффект термического тренинга;- разработка способа создания сквозных микроканалов в кристалле кремния спомощью фемтосекундных лазерных импульсов ИК диапазона для охлаждениясовременной электроники;- доказательство возможности модификации поверхности графита с помощьюФЛПО с целью упрочнения его поверхности;- разработкаиреализацияэкспериментальнойсхемыдлямодификацииповерхности твердотельных материалов в различных внешних средах с16помощью однократных остросфокусированных ФЛИ в широком диапазонеплотностей энергий и с минимальным шагом по энергии;- доказательство существенного влияния внешней среды и вложенной энергии наконечную морфологию приповерхностных слоев кремния (с образованиемкратеров различной глубины со сложной морфологией, включая области снаноразмерной шероховатостью и упорядоченными нано- и мезоструктурами)при однократном воздействии ФЛИ;- доказательствовозможноститонкопленочнойструктурыселективнойAl–Siмодификации(селективноемногослойнойудалениеслоевиихмодификация с образованием нанопены) при однократном воздействии ФЛИ, атакже обнаружение эффекта удаления нескольких слоев за один лазерныйимпульс с образованием кратера со ступенчатым профилем.Личный вклад автораВсе изложенные в диссертационной работе оригинальные результатыполучены автором лично, либо при его непосредственном участии.

Авторомосуществлялись:- разработкаэкспериментальныхметодикмодификациитвердотельныхматериалов с помощью фемтосекундных лазерных импульсов в различныхрежимахиразличныхвнешнихсредах,атакжесборкаиналадкасоответствующих экспериментальных схем;- изготовление функциональных поверхностей методом фемтосекундной лазернойповерхностной обработки в различных режимах и различных внешних средах;- выбор диагностического оборудования;- исследование морфологии и топологии модифицированной поверхностиметодом атомно-силовой микроскопии и оптической микроскопии;- исследованиепроцессовсмачиванияииспарениянафункциональныхповерхностях;- анализ, обработка и интерпретация полученных экспериментальных результатов.17Степень достоверности и апробация результатовДостоверность результатов исследований обусловлена использованиемсовременных методов измерений, оценками ошибок полученных результатов,сравнением результатов с имеющимися данными и корреляциями другихисследователей.

Результаты диссертационной работы опубликованы в [1–8].1. Romashevskiy S.A., Agranat M.B., Dmitriev A.S., Thermal Training of FunctionalSurfaces Fabricated with Femtosecond Laser Pulses, High Temperature 54 (3), 461–465 (2016).2. РомашевскийС.А.,упорядоченныхАшитковнано-иС.И.,ДмитриевмезоструктурвА.С.,кремнииприФормированиеоднократномвоздействии фемтосекундного лазерного импульса в различных внешнихсредах, Письма в ЖТФ 42 (15), 78–85 (2016).3. Romashevskiy S.A., Ashitkov S.I., Ovchinnikov A.V., Kondratenko P.S., AgranatM.B., Formation of periodic mesoscale structures arranged in a circular symmetry atthe silicon surface exposed to radiation of a single femtosecond laser pulse, AppliedSurface Science 374, 12–18 (2016).4. Ашитков С.И., Ромашевский С.А., Комаров П.С., Бурмистров А.А.,Жаховский В.В., Иногамов Н.А., Агранат М.Б., Образование наноструктур прифемтосекундной лазерной абляции металлов, Квантовая Электроника 45,547–550 (2015).5.

Патент РФ № 2015106949/28, 27.02.2015. Агранат М.Б., Ашитков С.И.,ОвчинниковА.В.,РомашевскийС.А.,Способсозданиясквозныхмикроканалов с диаметрами микронных и субмикронных размеров вкристалле кремния с помощью лазерных импульсов // Патент России №2592732 (2015).6. Romashevskiy S.A., Agranat M.B. and Dmitriev A.S., Wetting and evaporationprocesses on functional silicon surfaces after direct femtosecond laser surfaceprocessing and thermal training, International symposium: Fundamentals of LaserAssisted Micro– and Nanotechnologies, St. Petersburg – Russia, 27.06–1.07 (2016).187.

Агранат М.Б., Овчинников А.В., Петровский В.П., Ромашевский С.А., Чефонов О.В.,11-й Российский симпозиум: проблемы физики ультракоротких процессов всильнонеравновесных средах, Новый Афон, Абхазия, 1.08–12.08 (2013).8. Ромашевский С.А., Дмитриев А.С., Овчинников А.В., Чефонов О.В., 19-аямеждународная научно-техническая конференция студентов и аспирантов;радиоэлектроника, электротехника и энергетика; Москва, 28.02–1.03 (2013).19От автораСамый счастливый и приятный момент в написании данного труда. Нет,безусловно, на протяжении всей работы у меня была масса радостных иудивительных событий, повлиявших на мое мировоззрение и отразившихся на техфизических явлениях, которые я неожиданно открыл для себя и постаралсядоступно изложить на страницах диссертации.

На своем пути я был постоянноокружен замечательными, светлыми и отзывчивыми людьми, которые внеслиогромный и неоценимый вклад как в меня самого, так и в проведение моихисследований. Мои любимые родители, поддерживающие меня практически вовсех начинаниях, не дали мне отступить от намеченного. Мои коллеги –сотрудники «Фемтосекундного Лазерного Центра» при ОИВТ РАН во главе снашим начальником, человеком поистине феноменальным во всех отношениях –Михаилом Борисовичем Агранатом, давшим мне уникальную возможностьзаниматься теми исследованиями, к которым у меня лежала душа и в которые яверил.

Андрей Владимирович Овчинников, профессионал высочайшего уровня вобласти фемтосекундных лазерных систем, а также проведения техническисложных экспериментов. Сергей Игоревич Ашитков, с которым всегда можнобыло обсудить и подискутировать по поводу нетривиальных вопросов, сплошьвозникающих в нашей исследовательской деятельности. Павел Комаров иДмитрийСитников,экспериментовскоторыепомогалииспользованиемприподготовкефемтосекундныхилазерныхпроведениисистемисоответствующего диагностического оборудования, а также всегда делилисьсвоим опытом. С Павлом Комаровым я освоил основы атомно-силовоймикроскопии,оказавшейсячрезвычайнополезныминструментомдляисследования морфологии поверхности.

С Александром Пронкиным мыпроделали большой путь в изучении упрочнения графитовых материалов.Отдельная благодарность выражается Андрею Бурмистрову за электроннуюмикроскопию. Все сотрудники без исключения оказали положительное влияние наработу. Не без поддержки молодых сотрудников кафедры низких температур –20Петра Макарова и Алексея Романова – обошелся я и при исследованиитермогидродинамических свойств функциональных поверхностей.Несомненно, значимую роль сыграл мой научный руководитель, АлександрСергеевич Дмитриев. Благодаря его удивительной способности «заряжать» ивдохновлять,мотивировать,атакжеинтерпретироватьполученныеэкспериментальные результаты и ставить новые интересные задачи, у менясформировался весьма положительный и перспективный взгляд на научнуюдеятельность в целом, что лично для меня оказалось чрезвычайно важнымфактором.В процессе работы я на личном опыте убедился, что «нам известны не всеосновные законы; наоборот, чем больше мы узнаем, тем сильнее расширяютсяграницы того, что мы должны познать!» (Ричард Фейнман).Сергей Ромашевский,2016.21ГЛАВА 1.