连续激光辐照下的TiO2薄膜热传导性质

• 作者: 崔纪琨 朱化凤 李代林 杨丹 王宁
• 来源期刊: 中国光学
• 学科: 物理学
• 关键词: 连续激光 二氧化钛薄膜 传热规律
• 年，卷（期）: 2019,（3）
• 所属期刊栏目: 原创文章
• 页码范围: 628-637
• 页数: 10页
• 分类号: O436
• 字数: 4761字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/CO.20191203.0628

摘要

热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用,本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究.首先,对具有粗糙上表面的TiO2薄膜,利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布.然后使用CO2激光器进行辐照实验,分析了辐照时间和功率等参数对TiO2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响.仿真表明,连续激光辐照下TiO2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布,且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关.当表面温度小于分解温度时,薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系,与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系.实验结果表明,激光辐照引起TiO2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化.激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀,反之会产生热形变.结合仿真和实验可知使用功率为6 W,半径为3 mm的连续激光辐照TiO2薄膜10 s时取得的处理效果最优.