تطبيقات معالجة التداخل بالليزر (3)

آثار الطور المجهرية أثناء هيكلة الأفلام

بالإضافة إلى التغيرات الطبوغرافية الفيزيائية الدورية ، غالبًا ما يؤدي تفاعل نمط التداخل الليزري مع المادة إلى الآثار المعدنية مثل تحويل الطور ، وإعادة التبلور ، والنزوحردود الفعل ، إلخ. وهكذا ، يمكن تحقيق التعديل الدوري للبنية المجهرية المعدنية (والخصائص الفيزيائية الميكانيكية التابعة) (Daniel and Dahotre 2006). من خلال الجمع بين

الشكل 11.19 (أ) تباين الكسر المحسوب من المواد المنصهرة (Al و Ni) في طبقات مختلفة مع تأثر بالليزر ، (ب) مقطع عرضي محسوب من فيلم متعدد الطبقات يمثل كسور من مادة منصهرة (Al و Ni) في طبقات مختلفة(انبعاث الليزر 300 ميغا جول / سم 2) ، (ج) صورة مجهرية TEM تظهر طبقات آل ون ني الفردية بعد التشعيع بنمط التداخل الليزري. (أعيد طبعه من دانيال وآخرون 2004. بإذن. حقوق الطبع والنشر إلسفير.)

خصائص المنطقة غير المتأثرة والتشعيع الليزر المنطقة المشعة ، فيلم سطح مركب يمكن أن تتحقق.

سيفاكوف وآخرون. (2005) درس تحولات الطور الدوري المستحث بالليزر في أفلام أكسيد الحديد بسبب البخار الكيميائي المتراكم على ركائز السيليكون. المرحلة الدورية التحولات من الهيماتيت إلى المغنتيت وتم الإبلاغ عن المغنتيت إلى الوستيت بناءً على تحليل حيود الأشعة السينية التفصيلي قبل وبعد تشعيع التداخل بالليزر.

اقترح أن تحولات الطور المختزل من الهيماتيت إلى المغنتيت والمغنتيت إلى الهيماتيت في مناطق الطاقة العالية يتم تحفيزها بواسطة كثافة البلازما المحصورة مكانياً. تفاعل الليزر مع نتائج الفيلمفي توليد أعمدة البلازما التي تمنع تفاعل الأكسجين مع

الشكل 11.20 أنماط حيود الأشعة السينية لفيلم الهيماتيت (أ) قبل و (ب) بعد تشعيع الليزر. تتوافق H و M مع الهيماتيت (Fe2O3) والمغنتيت (Fe3O4) على التوالي. (أعيد طبعه من Sivakov وآخرون 2005. معالإذن. حقوق الطبع والنشر إلسفير.)

فيلم الأمراض القلبية الوعائية وبالتالي يسهل التحولات الاختزالية. يتم توفير الطاقة لمثل هذه التحولات الدورية من خلال توزيعات شدة معدلة في نمط التداخل الحادث. يعرض الشكل 11.20 حيود الأشعة السينيةأنماط الفيلم الهيماتيت CVD قبل وبعد تشعيع الليزر التدخل. كما هو مبين في الشكل ، تظهر ذروة المغنتيت في عينات أفلام الهيماتيت المهيكلة بعد التفاعل مع نمط التداخل الليزري.

يقدم تشكيل المجالات المغناطيسية وغير المغناطيسية الدورية في أفلام أكسيد الحديد عن طريق معالجة التداخل بالليزر عدة تطبيقات (Sivakov et al. 2005).

يمكن أن يؤدي تشعيع نمط التداخل الليزري أيضًا إلى بدء التكوين الدوري للمركبات اللافلزية في المصفوفة المتجانسة ، وبالتالي تحقيق الأسطح المركبة ذات القوة العالية للمعادن المتقاطعة والليونةمادة مصفوفة. يتضح هذا بالنسبة لحالة أفلام Ni-Al المودعة على رقائق Si. تم تعديل أفلام Ni – Al (بسمك 900 نانومتر) مع نسبة متكافئة من 3: 1 ترسبت عن طريق ترشيش المغنطرون بواسطة أنماط التداخل بالليزر.

استنادًا إلى حيود الأشعة السينية ، تم الإبلاغ عن أن النيكل المتعددي يتشكل في مناطق التفاعل بالليزر مع الفيلم. وعلاوة على ذلك ، أشارت دراسات nindindentation أن تشكيل مراحل intermetallic الدوري هويرتبط بالتشكيل الدوري للخواص الميكانيكية. لوحظ صلابة المسافة البادئة في نطاق 10 GPa في المنطقة المعدلة بالليزر (حيث يحدث تفاعل intermetallic) مقارنة مع متوسط ​​صلابة من 4 GPa فيالمناطق غير المعالجة (الشكل 11.21) (ليو وآخرون 2003).

الشكل 11.21 (أ) المظهر الجانبي لسطح AFM ، (ب) صورة التوجهات النانوية في المنطقة المعالجة بالليزر ، (ج) توزيع الصلابة خلال فترة تداخل واحدة في فيلم Ni-Al 900 نانومتر المشعع بنمط التداخل الليزري. (طبع منليو وآخرون. 2003. بإذن. حقوق الطبع والنشر إلسفير.)

هيكلة المواد الحيوية

في الآونة الأخيرة ، تجذب معالجة التداخل الليزري لتعديل أسطح المواد الحيوية اهتمامات بحثية مهمة. وقد اقترح أن الكيمياء والطوبوغرافيا من المواد الحيوية يمكن تعديلها بشكل إيجابي من قبلالتشعيع باستخدام نمط التداخل الليزري لتعزيز التفاعل بين سطح الخلية وما يرتبط بذلك من تعلق وانتشار واتجاه الخلايا على السطح. تقنيات التدخل لتعديل أسطح المواد الحيويةتعتمد على الاجتثاث الانتقائي للمادة عند الحد الأقصى للتداخل مما يؤدي إلى micropatterns التي تتكون من الحواف والأخاديد المحددة جيدًا. من المتوقع أن توجه هذه الخلايا الصغيرة نمو الخلايا في اتجاهات محددة(الاتصال التوجيه). الميزة الكبيرة لهذه التقنية مقارنة بالنقش العشوائي هي أنه يمكن التحكم بدقة في الأذرع الدقيقة على سطح المواد الحيوية (الأبعاد ، الارتفاع ،وعرض الخطوط أو النقاط) عن طريق التحكم في معلمات معالجة الليزر. أيضا ، يمكن تعديل مجموعة متنوعة من المواد الحيوية مثل المعادن والسيراميك والبوليمرات بشكل فعال (لي وآخرون 2003).

يقتصر معظم العمل الذي تم الإبلاغ عنه مؤخرًا على دراسات نمط تداخل المواد الحيوية على عدد قليل من البوليمرات الحيوية. المعلمات الهامة للأسطح نمط الليزر التدخل التي من المتوقع أن يكون لها تأثير علىالتصاق الخلية والنمو والاتجاه هي زاوية التلامس ، بعد الفترة ، التشكل (خطوط أو نقاط). يعرض الشكل 11.22 تأثير تأثر الليزر على عمق micropattern وزاوية التلامس بسماكة 100umفيلم البولي تشعيع مع نمط التدخل الليزر. كما هو موضح في الشكل ، يزداد عمق micropattern وتناقص زاوية التلامس مع تأثر الليزر. وبالتالي ، فإن التضاريس وخصائص الترطيبيمكن تعديلها عن طريق نقش التداخل بالليزر لتعزيز التصاق الخلية (Yu et al. 2005a، b).

على الرغم من الإبلاغ عن دراسات مستفيضة حول توصيف هياكل التداخل التي تم الحصول عليها في مواد مختلفة ، فقد تم الإبلاغ عن عدد قليل جدًا من الدراسات حول تفاعل الخلايا مع الأسطح المعدلة بالليزر. الشكل 11.23يقدم نتائج إحدى الدراسات التي أجريت على استجابات خلية HPF (الخلايا الليفية الرئوية البشرية) لهياكل الخطوط وهياكل النقاط التي تم الحصول عليها على سطح أفلام البولي (PC) عن طريق تداخل ليزري ثنائي أو أكثر من حزمة. الكانت الخلايا المستزرعة على الأسطح المنظمة تشبه في الغالب المغزل وثنائي القطب. كما هو موضح في الصور الفوتوغرافية الضوئية ، فإن الخلايا المستزرعة على أنماط الخط تظهر نمو اتجاهي موازٍ للخطوط ، في حين أن الخلايا المستزرعة فيأظهرت أنماط النقاط توجهات عشوائية في معظمها (Yu et al. 2005a).

لتلخيص ، توفر معالجة التداخل بالليزر للمواد المعدنية والبوليمرية والسيراميك المتقدمة إمكانات هائلة لاستخدامها في التطبيقات التي يكون فيها التعديل الدوري للخصائص والطوبوغرافيا مطلوبًا. التكنولوجيالا يزال جديدًا نسبيًا ويقدم اتجاهات مختلفة للبحث. حتى الآن ، تناولت معظم الدراسات توصيف الأنماط الدورية في النظم المختلفة والتأثير المعلمي لمعلمات الليزر على التشكل.وتضاريس هياكل التداخل الناتجة عن أسطح المواد. يؤدي تعديل كثافة الطاقة في نمط التداخل إلى تعقيد التأثيرات الحرارية ، مثل درجة الحرارة غير المتجانسةتوزيعات ، تدرجات الحرارة ، معدلات التبريد ، والضغوط الحرارية. هذه التأثيرات الحرارية لها تأثير قوي على تدفق السائل ، التصلب ، تطوير المجهرية ، الضغوط الحرارية ، إلخ. مزيج من النمذجة وستوفر الدراسات التجريبية حول التفاعل بين المواد والليزر أثناء معالجة التداخل رؤى إضافية لتطوير العملية في التطبيقات الناشئة.

الشكل 11.22: تأثير تأثر الليزر على (أ) عمق micropattern الخط (الفترة 5um) و (ب) زاوية التلامس بعد تشعيع التداخل بالليزر مع Nd: YAG بتبديل طول الموجة 266 نانومتر. (أعيد طبعه من يو وآخرون 2005a. معالإذن. حقوق النشر محفوظة للجمعية الكيميائية الأمريكية.)

المراجع 475

الشكل 11.23 الصور الفوتوغرافية الخفيفة التي تُظهِر خلايا HPF المستزرعة على أفلام الكمبيوتر المهيكلة بالتداخل بالليزر: (أ) نمط الخط مع فترة 3um ، (ب) نمط الخط مع فترة من 9um ، (c) لنقطة مع فترة 5um ، و (د) نقطةنمط مع فترة 7um. كانت مغلفة جميع ركائز مع الكولاجين. (أعيد طبعه من Yu et al. 2005a. بإذن. حقوق النشر محفوظة للجمعية الكيميائية الأمريكية.)