Отзыв оппонента 2 (Теплофизические процессы на поверхностях функциональных материалов при фемтосекундном лазерном воздействии)

отзывофициального оппонента на диссертационную работу РомашевскогоСергея Андреевича «Теплофизические процессы на поверхностяхфункциональных материалов при фемтосекундном лазерном воздействии» ,представленную на соискание ученой степени кандидата технических наукпо специальности О 1.04.141.-«Теплофизика и теоретическая теплотехника»Актуальность темы исследованияРабота Ромашевского Сергея Андреевича посвящена актуальной теме ,касающейсяфизикивоздействиямощныхфемтосекундныхлазерныхимпульсов (ФЛИ) на поверхности твёрдых тел и изучению последствий этоговоздействия. Интерес к процессам нагрева вещества в результате воздействиясверхкоротких лазерных импульсов связан с необычностью их протекания.Этокасаетсяявлений,главнымобразомпротекающихнатеплофизическихнаномасштабахипослегидродинамическихвоздействиялазерногоимпульса и играющих важную роль в формировании обнаруженных в работемикрополостейисложныхмезоструктурами,Интересныммодификациииатакжеважнымтонкихкратеровспериодическиминаноструктурированныминаправлениемпленокявляетсянм),(<100внано-иповерхностями.такжеисследованиекоторыхпротеканиетермогидродинамических процессов, инициированных воздействием ФJП1 ,можетсущественноотличатьсяотмассивныхматериалов.Этооднонаправление работы.

Вторым определяющим лицо работы направлениемявляется изучение теплофизических,гидродинамических имеханическихсвойств поверхностей, образующихся в результате воздействия ФJП1. Этоочень важное направление, поскольку достоверный теоретический расчётэтих явлений сегодня невозможен, а экспериментальные результаты могутпривестикнеожиданнымследствиям,открытьновыевозможностивполучении совершенно неожиданных свойств поверхностей.2.Научнаяновизнаположений,результатовивыводов,сформулированных в диссертацииАвтором Ромашевским Сергеем Андреевичем:2.1.Демонстрация на функциональных кремниевых поверхностях с массивомпродольныхрегулярныхнаноструктурами),структурполученныхв(микроканавок,результатепокрытыхфемтосекунднойлазернойобработки, супергидрофильности и соответствующего увеличения скоростииспарения капель вобластьвысоких2-6раз, а также сдвиг температуры Лейденфроста втемпературвсреднемна30°С(поотношениюкполированной поверхности кремния);2.2.Обнаружениеэффектатермическоготренингафункциональныхкремниевых поверхностей, в результате которого происходит необратимаягидрофобизацияповерхности(уголсмачиваниявырастаетдо150°),проявляющаяся в снижении скорости испарения (в ~2 раза по сравнению сисходной полированной поверхностью) и сдвиге температуры Лейденфростана20-30°С в область низких температур (по отношению к полированнойповерхности кремния);Показана возможность модификации поверхности графита с помощью2.3.ФЛИ с целью упрочнения его поверхности, показано, что в зависимости отпараметровлазерногоизлученияитипамодификациимикротвердость обработанной поверхности возросла в среднем восноведанныхнаноиндентирования),состава показалиналичиеприэтомалмазоподобнойграфита2-16исследованияпленкивобластираз (нафазовоголазерноговоздействия;Обнаружены2.4.микрополостейновыенаноразмернойупорядоченнымиповерхностями,поверхностьнеобычныеповерхностныеглубинымезоструктурамиформирующиеся прикремниявразличныхиморфологиисложныхиввидекратеровснаноструктурированнымиоднократномвнешнихвоздействиисредахисФЛИ наразличнымиплотностями энергии.Показана2.5.возможностьтонкопленочнойструктурыоднократном воздействиимодификациясселективнойAl-SiФЛИ -образованиеммодификациис толщиной каждогомногослойнойслоя50нм приселективное удаление нанослоев и ихнанопены;обнаруженэффектудалениянескольких слоев за один лазерный импульс с образованием кратера соступенчатым профилем.3.3 .1.Практическая ценность работы и реализация ее результатовИсследование технологических возможностей фемтосекундной лазернойобработкитвердотельныхматериаловдлясозданияфункциональныхповерхностей применительно к задачам энергетики и электроники;3.2.Удаление тонких слоев с массивных материалов(2-100нм) и селективнаямодификация нанослоев многослойных тонкопленочных структур;3 .3.Создание функциональных кремниевых поверхностей с управляемымитеплофизическими и гидродинамическими свойствами;3 .4.Возможность создания в кристалле кремния микроканалов, важных впроблемахохлаждениямикроэлектроникиидругихэнергетическихприменениях.4.Степень обоснованности и достоверности положений, выводов изаключений, сформулированных в диссертацииОбоснованность и достоверность основных результатов и выводовдиссертации подтверждаются:•••использованием современных высокоточных методов измерений:оценками ошибок полученных результатов:сравнениемрезультатовдругих исследователей.симеющимисяданнымиикорреляциями5.Оценка структуры и содержания диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, пятивыводов, двух приложений исписка библиографических ссылок изнаименований.

Общий объем работы составляеттаблиц и94глав, основных217219включая, 9страниц,иллюстраций.Вовведенииобоснованаактуальностьвыбраннойтемы,сформулированы цель и задачи исследований, выделены научная новизнаработы и ее практическая значимость, приведены положения, выносимые назащиту, отмечен личный вклад автора исследования.Первая глава диссертации посвящена обзору современного состоянияисследованийвзаимодействияповерхностямиразличныхфемтосекундныхматериалов.лазерныхСодержаниеимпульсовглавыспредставляетбольшой интерес, и лишний раз показывает, что тема работы действительноактуальна.ведущихПоказано,научныхчтоданноецентрахряданаправлениестран,каквинтенсивно развиваетсяизучениипроисходящихввтечение импульса явлений, так и в связи с перспективами создания новыхтехнологий.Показано,в частности, что под действием фемтосекундныхлазерных Импульсов в материалах (в данном случае имеется в виду железо)возникают структуры, не наблюдавшиеся до сих пор в других условиях.Вовторойглавепредставленыразработанныеавторомэкспериментальные лазерные и диагностические системы, методы измеренияпараметровлазерныххарактеризующихимпульсоврезультатыитеплофизическихвоздействиявеличин,фемтосекундныхлазерныхимпульсов (ФЛИ) на поверхности твёрдых тел.

Наконец, изложены методы исредства для изучения механических, теплофизических и гидродинамическихсвойств обработанных поверхностей. Таким образом, создана современнаясистема, на которой возможно провести широкий круг экспериментальныхисследований. Здесь производит впечатление богатство аппаратуры, которойрасполагал автор в процессе работы над диссертацией. И, надо подчеркнуть,эта аппаратура была использована эффективно.Третья глава посвящена изучению свойств поверхностей кремния,подвергнутых воздействию ФЛИ. В этой главе основное внимание уделенотаким показателям модифицированных поверхностей, как их смачиваемость,растекание жидкостей на них, а также характер испарения жидкости с этихповерхностей.

Представлены подробные данные о морфологии обработаннойповерхности, полученные с помощью оптического, сканирующего и атомно­силовогомикроскопов.наностуктуированностьпредставлятьинтересполупроводниковдляИнтересно,чтомодифицированныхвсвязисозданиясавторподчёркиваетповерхностей.перспективамитермоэлектрическихЭтоможетиспользованияпреобразователей,теплозащитных покрытий и других устройств.Далеепредставленырезультатыопределениясмачиваемостимодифицированных поверхностей. Эта часть содержит ряд абсолютно новыхрезультатов,ипоэтому представляет безусловныйинтерес.Показано,вчастности,чтосмачиваемостьможетизменятьсявширокихпределах,взависимости от режима воздействия на поверхности.Наконец,вэтойповерхностейглавесодержатсяданныемодифицированныхэкспериментальныезависимостиобиспаренииобразцов.времёнводысПредставленыиспарениякапельводывзависимости от температуры поверхности.

Показано, что характер испарениясущественно зависит от смачиваемости жидкостью поверхности. Изученотри вида поверхностей. Во-первых, полированные поверхности кремния, какоснова для сравнения с модифицированными поверхностями. Во-вторых,модифицированныеповерхности.супергидрофильность,Этиувеличениеповерхностискоростипродемонстрировалииспаренияв2 -раз6взависимости от температуры поверхности, рост температуры Лейденфростадоградусов.30В-третьих,модифицированнаяЦельсия.Этоизучалсяповерхностьприводиткрежим,подвергаетсяобратномукогдапосленагревудоэффектуобразования340градусовсмачиваемость-резкоуменьшается, становится меньше смачиваемости полированного образца, тоесть поверхность в таких условиях гидрофобная.

Температура Лейденфростауменьшается на20-30градусов ниже по сравнению со случаем полированнойповерхности.Вэтойглавепредставленытакжерезультатысозданиясквозныхканалов в кремнии с помощью технологии фемтосекундных импульсов-технология, которая может оказаться весьма эффективной для обеспеченияохлажденияочисткиэлектронныхповерхностеймикросхем.Предложенполупроводниковыхтакжематериалов.методЭталазернойтехнологиятакже направлена на обеспечение необходимых тепловых режимов работыэлектронных схем.В четвертой главе представлены результаты воздействия ФЛИ наповерхностиграфита.При этом использовалисьдва режима обработки.Первый режим плотности потоков энергии лазерного излучения в диапазоне10 11-10 14 Вт/см 2 • Другой режим - в диапазоне 10 14воздействиеФЛИнатриобразцаграфита.-10 17 Вт/см 2 • ИзучалосьПоликристаллическийориентированный графит, высоко ориентированный пиролитический графити прессованный неориентированный графит.Большой интерес представляют результаты измерения микротвёрдостии модуля упругости различных образцов при воздействии ФЛИ.