Отзыв ведущей организации (Теплофизические процессы на поверхностях функциональных материалов при фемтосекундном лазерном воздействии)

научных исследований, но и для индустриальных применений. Ультракороткие импульсы свысокой пиковой интенсивностью создают в материале большие локальные напряжения,изменяющие прочностные характеристики поверхностного слоя материала, а высокаялокализация поглощенной энергии позволяет формировать наноразмерные структуры наповерхности, значительно улучшающие поглощательные свойства поверхности, влияющиена ее смачиваемость, теплоотдачу, эмиссионные свойства.

Это делает ультракороткиелазерные импульсами одним из основных инструментов создания функциональныхповерхностей для целей солнечной энергетики, микроэлектроники, фотоники.На настоящее время технология функционализации поверхностей на микро- инаномасштабах испытывает бурный рост и имеется чрезвычайно высокая потребностьисследования процессов, происходящих в поверхностном слое материала под действиеминтенсивных потоков лазерного излучения, а также детального исследования свойствповерхностей после лазерного воздействия. В диссертационной работе решен ряд задач,связанныхсприменениемультракороткихлазерныхимпульсовдлясозданияфункциональных поверхностей с новыми термогидродинамическими свойствами вприменении к задачам энергетики и микроэлектроники.

Принципиальным являетсякомплексный подход, включающий получение поверхностей с измененными свойствами,нахождение оптимальных режимов модификации, а также всестороннее изучениемодифицированных поверхностей в отношении смачиваемости, теплоотдачи и прочности,что является безусловно актуальным как с точки зрения получения фундаментальнойинформации, так и для практического использования.Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения,списка условных обозначений и сокращений и списка литературы. Она содержит 94рисунка, 9 таблиц, список литературы включает 219 наименований. Полный объем работысоставляет 217 страниц.Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы целиработы, отмечен личный вклад автора и приведены публикации автора по темедиссертации.В первой главе приведен обзор литературы по взаимодействию фемтосекундныхлазерных импульсов с твердыми материалами.

Анализируются физические процессы,происходящие в полупроводниках под действием ультракоротких лазерных импульсов.Дается обзор состояния исследований по созданию и модификации функциональныхповерхностей методом фемтосекундной лазерной обработки на примере ряда конкретных1научных исследований, но и для индустриальных применений. Ультракороткие импульсы свысокой пиковой интенсивностью создают в материале большие локальные напряжения,изменяющие прочностные характеристики поверхностного слоя материала, а высокаялокализация поглощенной энергии позволяет формировать наноразмерные структуры наповерхности, значительно улучшающие поглощательные свойства поверхности, влияющиена ее смачиваемость, теплоотдачу, эмиссионные свойства.

Это делает ультракороткиелазерные импульсами одним из основных инструментов создания функциональныхповерхностей для целей солнечной энергетики, микроэлектроники, фотоники.На настоящее время технология функционализации поверхностей на микро- инаномасштабах испытывает бурный рост и имеется чрезвычайно высокая потребностьисследования процессов, происходящих в поверхностном слое материала под действиеминтенсивных потоков лазерного излучения, а также детального исследования свойствповерхностей после лазерного воздействия.

В диссертационной работе решен ряд задач,связанныхсприменениемультракороткихлазерныхимпульсовдлясозданияфункциональных поверхностей с новыми термогидродинамическими свойствами вприменении к задачам энергетики и микроэлектроники. Принципиальным являетсякомплексный подход, включающий получение поверхностей с измененными свойствами,нахождение оптимальных режимов модификации, а также всестороннее изучениемодифицированных поверхностей в отношении смачиваемости, теплоотдачи и прочности,что является безусловно актуальным как с точки зрения получения фундаментальнойинформации, так и для практического использования.Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения,списка условных обозначений и сокращений и списка литературы. Она содержит 94рисунка, 9 таблиц, список литературы включает 219 наименований.

Полный объем работысоставляет 217 страниц.Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы целиработы, отмечен личный вклад автора и приведены публикации автора по темедиссертации.В первой главе приведен обзор литературы по взаимодействию фемтосекундныхлазерных импульсов с твердыми материалами. Анализируются физические процессы,происходящие в полупроводниках под действием ультракоротких лазерных импульсов.Дается обзор состояния исследований по созданию и модификации функциональныхповерхностей методом фемтосекундной лазерной обработки на примере ряда конкретныхприложений, таких как создание поверхностей с управляемой смачиваемостью, упрочнение2поверхности, прецизионное удаление слоев тонкопленочных материалов.

На основесделанного обзора сформулированы конкретные задачи исследования.Во второй главе приведено описание используемых в работе фемтосекундныхлазерных систем, способов контроля их параметров, методик проведения экспериментов иобработки данных.Третьей глава посвящена лазерному структурированию поверхности кремния иисследованию теплофизических и гидродинамических свойств модифицированныхповерхностей. В первом разделе главы описаны режимы модификации, во втором –приведены детальные данные о морфологии поверхности полученных образцов.

Третийраздел посвящен изучению смачиваемости структурированных поверхностей, а четвертый– исследованию динамики испарения капель воды с поверхности. Найдено, чтофемтосекундная лазерная обработка значительно улучшает смачиваемость поверхностикремния,возрастаетскоростьиспарениякапельиувеличиваетсятемператураЛейденфроста. Обнаружен эффект, названный автором «термическим тренингом»,заключающимся в том, что гидрофильная модифицированная поверхность становитсясупергидрофобной при нагреве до критической температуры 340 С.

В пятом разделе главыописан предложенный способ создания сквозных каналов в кремнии с помощью ИКфемтосекундных импульсов. На основе этого способа реализован метод лазерной очисткикремниевой поверхности с тыльной стороны по отношению к падающему излучению.Четвертая глава посвящена исследованию модификации поверхности графита поддействием фемтосекундных лазерных импульсов на воздухе и в вакууме. Показанавозможность существенного упрочнения поверхности (в зависимости от режимов лазернойобработки микротвердость возрастает от 2 до 16 раз).

На основе исследования фазовогосостава поверхности установлено наличие алмазоподобной пленки в области лазерноговоздействия.В пятой главе описаны исследования морфологии поверхности кремния при ееоблучении одиночными фемтосекундными импульсами в широком диапазоне плотностейэнергии излучения и в различных окружающих средах (воздух, вода, масло) сиспользованием сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. Полученыдетальные прецизионные данные об эволюции морфологии лазерного кратера взависимости от плотности энергии облучения.

Выявлены режимы, в которых реализуютсяразличные типы структур кратера, а также режимы блистеринга (вспучиванияповерхности). Обнаружена новая морфология поверхности кратера в виде упорядоченных3мезо- и наноструктур вокруг центральной наноструктурированной области и найденыусловия ее формирования.Шестая глава посвящена исследованию лазерной модификации и прецизионнойабляциимногослойнойтонкопленочнойструктурыалюминий-кремний.Показанавозможность селективной модификации как поверхностного оксидного слоя, так инижележащихслоевAlиSi.Найденырежимыоблучениядлямодификациификсированного количества слоев без повреждения более глубоких слоев.

Обнаруженэффект удаления нескольких слоев за один лазерный импульс с образованием кратера соступенчатым профилем.Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:- продемонстрирована возможность управлять степенью смачиваемости поверхностикремния и скоростью испарения с нее капель жидкости методом фемтосекундной лазернойобработки;- обнаружен эффект термического тренинга функциональных кремневых поверхностей, врезультате которого происходит необратимая гидрофобизация поверхности при нагреве докритической температуры ~ 340 С;- продемонстрирована возможность лазерного упрочнения поверхности графита собразованием алмазоподобной пленки в области лазерного воздействия;- получены новые данные об эволюции поверхности кремния под действием одиночныхфемтосекундных лазерных импульсов в зависимости от плотности энергии излучения;- обнаружена новая морфология лазерного кратера с упорядоченными мезо- инаноструктурами при облучении кремния фемтосекундными лазерными импульсами.Научнаяипрактическаязначимостьработы.Вработевыявленрядфундаментальных закономерностей изменения свойств поверхности функциональныхматериалов (кремний, графит, многослойная пленочная структура Al-Si), имеющихнаучную значимость для более глубокого понимания как процессов, происходящих втвердом теле под действием ультракоротких лазерных импульсов, так и функциональногоповедения облученных поверхностей.