Лазерная модификация полимеров

• Автор: Битюрин, Никита Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 372 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава1 УФ лазерная модификация полимеров не связанная с нагревом вещества излучением
1.1. Модели локальной лазерной модификации диэлектриков
1.2 УФ лазерная модификация гелей и гибридов па основе оксида титана
1.3. Волна просветления при УФ лазероиндуцированной радикальной полимеризации
1.4 УФ лазерное фототравление пленок ПММА
Глава 2 Лазерная абляция полимеров
2.1 Введение
2.2. Модель фотохимической лазерной абляции
2.3. Фототермическая модель лазерной абляции. Наносекундные лазерные импульсы
2.4. Субпикосекундная абляция
2.5 Роль механических напряжений при лазерной абляции
Глава 3. Лазеро- индуцированные структуры на поверхности полимеров
3.1. Введение
3.2. Свеллинг за счет давления паров при воздействии лазерного излучения на биологические среды
3.3. Эксперименты по микро и наносвеллингу в полимерах
3.4. Релаксационная модель лазерного свеллинга
3.5. Термомеханическая модель возникновения выпуклой структуры на поверхности полимера
3.6. Структуры на поверхности растянутых полимеров при воздействии УФ лазерного излучения вблизи порога абляции
Глава 4. Объемная модификация полимеров фемтосекундными лазерными импульсами
4.1 Введение
4.2 Трехмерная побитовая лазерная оптическая запись информации
4.3. Влияние нелокальных эффектов на пространственное разрешение нанообъектов при фемтосекундной лазерной полимеризации

4.4. Флуктуационные ограничения минимального размера векселя при лазерной
нанополимеризации
4.5. Модификация полимеров путем ионизации фемтосекундными лазерными
импульсами
Заключение
Приложение 1. Решение типа стационарной волны в объемной фототермической модели
лазерной абляции полимеров с граничным условием по типу Стефана
Приложение2. Экспериментальное исследование модификации гибридных материалов
фемтосекундными лазерными импульсами
Список работ по диссертации
Список цитированной литературы

Введение
Настоящая диссертация посвящена изучению воздействия на вещество лазерного излучения умеренных интенсивностей. Вопросы взаимодействия лазерного излучения с веществом интересовали исследователей с самого начала появления лазеров. В основном изучалось воздействие мощного инфракрасного лазерного излучения на металлы [1-4].
В конце 70-х начале 80-х в связи с коммерческим распространением эксимерных лазеров возник большой интерес к изучению взаимодействия ультрафиолетового излучения с веществом. Одновременно больший интерес стал проявляться к воздействию на вещество УФ гармоник ИК твердотельных лазеров. Особую роль в этих исследованиях стали играть полимерные материалы в связи с их повышенной чувствительностью к действию УФ излучения. Основной областью приложения считалась лазерная микролитография, важная технологическая стадия создания микроэлектронных приборов [5]. До этого в литературе обсуждалось воздействие УФ ламповых источников на полимерные материалы, в основном в связи с моделированием фотостарения конструктивных материалов [6] и в связи с фотолитографией [7]. Экспериментальные данные по воздействию на полимерные материалы мощных УФ ламповых источников лежали в основе кандидатской диссертации автора. В настоящей диссертации обсуждаются эксперименты, касающиеся только лазерного воздействия на вещество. Появление доступных мощных УФ лазерных источников с одной стороны подняло на новый уровень технологию микролитографии, основанной на жидкостном проявлении экспонированных участков, а с другой стороны обозначило интерес к специфическим процессам, таким как лазерное травление и абляция полимеров [8], которые предполагалось использовать в качестве основы для сухой литографии без участия жидкостных процессов. Эти направления развиваются до сих пор, однако не только в связи с микролитографией, так как стало понятно, что указанные процессы могут служить основой для наноструктурирования поверхности, что является одной из основ современных нанотехнологий.
Одновременно большой интерес возник к применению УФ лазеров в медицине, прежде всего в офтальмологии, например, для коррекции кривизны роговицы глаза при лечении близорукости [9]. Надо сказать, что если УФ излучение имеет лишь ограниченное применение в хирургии, то инфракрасные лазеры, особенно те, длина волны которых попадает в область поглощения жидкой воды, применяются очень широко [10].
Появление фемтосекундных лазерных систем, сначала это были лазеры на красителях с эксимерными усилителями, генерирующие УФ фемтосекундные лазерные импульсы, потом инфракрасные титан-сапфировые фемтосекундные лазеры, сделало актуальным
I (mm)
hn (eV)
Рис. 1.2.2 Индуцированное лазером поглощение гелей, (а) Фото геля в 1 мм кварцевой кювете, облученного третьей гармоникой Ыс1:УАО лазера (А./. = 355 пт, 1Р = 5 не, плотность потока энергии - 45 мДж/см2, длительность облучения ~ 20 мин.). (б) Индуцированные лазером спектры поглощения геля с НС1 (кривая А), Н15Юз (кривая В) (кювета толщиной 1 мм, Х[, = 355 пт, доза облучения ~10 Дж/см2), и спектр Ті3+ центров в коллоидных наночастицах ТЮ2, взятый из работы [7В] (кривая С).
Dose, J/cm
Рис.1.2.3. Зависимость пропускания кюветы от дозы облучения для различных плотностей энергии в импульсе. Г ель приготовлен с использованием азотной кислоты в качестве ингибитора поликонденсации.
Несмотря на то, что титан-оксидные гели сильно отличаются от твердых ТЮг сред, они имеют некоторые схожие характеристики. К примеру, ширина запрещенной зоны у титаноксидных гелей составляет £^1=3.24 эВ [74], что очень близко к соответствующим значениям для кристаллических фаз: анатазы (~3.2 эВ) и рутила (-3.0 эВ). Поглощение фотона приводит к переходу электрона из валентной зоны, образованной 2р орбиталями ионов кислорода О2', в зону проводимости, образованную Ъс1 орбиталями ионов Т14+ [77]. Эффект УФ-индуцированного почернения ранее наблюдался в ТЮ2 коллоидах (см. обсуждение в параграфе 1.2.1). Для сравнения на Рис.1.2.2 (б) (кривая С) приведен спектр почернения коллоида ТЮ2, состоящего из частиц диаметра <7 ~ 1.5 пт в растворе