Микро- и наноструктурирование алюминия в полимерной матрице при импульсном лазерном воздействии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ставцев Алексей Юрьевич

• Ставцев Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Ставцев Алексей Юрьевич

Введение

1 Глава 1. Особенности структурирования материалов под воздействием импульсного лазерного излучения (литературный обзор)

1.1 Периодическая структуризация

1.2 Воздействие на дисперсные системы

1.3 Вискерообразование

1.4 Модификация и структурирование материалов

2 Глава 2. Экспериментальные методы лазерного воздействия на материалы

2.1 Обоснование выбора лазерного оборудования

2.1.1 Установка для высокоскоростного формирования упорядоченных структур в лазерной плазме

2.1.2 Калибровка установки. Измерение мощности и параметров импульса лазера

2.1.3 Датчик контроля мощности лазерного излучения с обратной связью

2.1.4 Расчёт длины когерентности лазера

2.1.5 Лазерная установка Universal laser systems inc. PLS6MW

2.1.6 Лазерная установка FMark-20RL

2.2 Методы микроскопического анализа

2.2.1 Атомно-силовая микроскопия

2.2.2 Сканирующий электронный микроскоп JEOL (Япония) с приставкой для элементного анализа

2.2.3 Конфокальный оптический микроскоп OmegaScope

2.3 Рентгеновская дифрактометрия

2.4 Методы оптической спектроскопии

3 Глава 3. Микро- и наноструктурирование поверхностей металлизированных полимерных материалов при лазерном воздействии

3.1 Морфология поверхности по атомно-силовым микроскопическим изображениям

3.1.1 Структурирование с одной дифракционной решёткой

3.1.2 Структурирование с двумя дифракционными решётками

3.2 Морфология поверхности по данным электронной микроскопии и элементный состав

3.3 Оптические свойства полученных композиционных материалов

3.3.1 Спектры поглощения в видимом и ближнем ИК-диапазоне

3.3.2 Периодичность структурирования по спектрам поглощения

3.3.3 Спектры пропускания в видимом диапазоне

3.3.4 Спектры флуоресценции в видимом диапазоне при непрерывном оптическом возбуждении

3.3.5 Микроскопический анализ поверхности поперечного шлифа

3.4 Рентгеноструктурный анализ поверхности образцов

3.5 Масс-спектрометрический анализ

4 Глава 4. Моделирование микро- и наноструктурных изменений при лазерном воздействии

4.1 Математическая модель структуризации в поле излучения, модулированного дифракцией

4.2 Численное моделирование распределения плотности энергии в пучке

4.3 Решение уравнения теплового распределения при воздействии

4.3.1 Аналитическое решение (одномерный случай)

4.3.2 Численное решение (трёхмерный случай)

4.4 Анализ уравнения теплового баланса для металлополимерных материалов

4.4.1 Нагрев металлов

4.5 Влияние параметров излучения на процессы микро- и наноструктурирования

4.5.1 Модовый состав луча

4.5.2 Кинетика процессов охлаждения после лазерного воздействия

4.6 Анализ процессов формирования вискероподобных структур

4.6.1 Радиационный сдвиг вискероподобных структур в пучке

4.6.2 Термодинамические аспекты фазовых переходов при формировании микро- и наночастиц in situ

4.6.3 Механизм роста

4.6.4 Квазипериодичность структурирования по данным Фурье-анализа и распределение по размерам

4.6.5 Аналитический вид распределения по размерам

4.6.6 Фрактальная размерность

5 Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность темы исследования и степень её разработанности.

Создание развитых поверхностей составляют одну из основ современных тенденций развития техники, что обусловливает требования к методам воздействия и управления ими с целью формирования структурно-чувствительных свойств, достижения заданных функционально-эксплуатационных характеристик - является на сегодня достаточно актуальным. Одним из таких способов увеличения эффективной площади поверхности материала является лазерное структурирование с приданием ему новых механических, электрических и оптических свойств.

В настоящей работе обнаружен и изучен новый эффект - высокоскоростное формирование композитных материалов в виде микро- и наноструктур в поле лазерной плазмы при расчётных температурах ~4000 градусов Цельсия и давлениях до 100 тысяч атмосфер, реализованный в виде композитных структур, состоящих из переплавленного под действием импульсного лазерного излучения поликарбоната матрицы и наполнителя в виде наночастиц металлов. Применение лазеров позволяет создавать высокие плотности потока энергии и напряжённости электрического поля, когда реализуются условия адиабатического нагрева, с высокими градиентами температуры, необходимыми для формирования микро и наноструктурированных поверхностей. Использование численных и аналитических модельных расчётов в подобных задачах способствует как построению математических моделей, так и более углублённому описанию процессов воздействия импульсного лазерного излучения на материалы с эффективным образованием композитных металлополимерных микро- и наноструктур. Основой для проведения указанных исследований явились фундаментальные экспериментальные и теоретические работы, выполненные в СССР и США, послужившие открытию новых физических эффектов: расщепление лазерного луча, самофокусировка лазерного луча в жидких и твёрдых средах, воздействие на частицы, сублимационное испарение, что

свидетельствует о большой общенаучной, практической значимости и постоянно сохраняющейся актуальности.

В диссертации приведены результаты экспериментов по выращиванию таких структур с ярко выраженными дисперсионными свойствами, а также исследования их свойств оптическими, рентгеновскими методами, электронной и атомно-силовой микроскопией, масс-спектрометрией. Проведённые работы позволили создавать объекты, которые могут быть использованы в качестве элементов оптической памяти с ярко выраженной дисперсией, а также указаны рекомендации по использованию метода для кристаллизации любых материалов: кристаллы на основе любых металлов и их сплавов за исключением золота, окислы металлов, выращивать полудрагоценные камни, кремний, катализаторы с развитой поверхностью.

В результате проведённых экспериментальных исследований создана принципиально новая технология по изготовлению структур на основе мощных лазеров и современной химии, позволяющая изготавливать различные неорганические и органические материалы. Создан и апробирован высокоскоростной технологический процесс формирования структур со скоростью 1-100 м/с на широком спектре материалов, что позволяет создавать упорядоченные вискероподобные структуры с ярко выраженными оптическими свойствами. Предлагается новый подход к созданию защитных изображений или записи информации с видимыми признаками внутри материала для чего существует задел, как из известных на сегодняшний день фундаментальных открытий, так и новых физических эффектов, обнаруженных в рамках этой работы.

Цель диссертационной работы состоит в исследовании процессов формирования металлополимерных композитных микро- и наноструктур при воздействии импульсного лазерного излучения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработка методик упорядоченного металлополимерного микро- и наноструктурирования под воздействием импульсного лазерного излучения.

2. Изучение процессов образования упорядоченных микро- и наноструктур на поверхности поликарбонатной матрицы с алюминиевой металлической фольгой.

3. Комплексная характеризация поверхностных структур, возникающих в процессе импульсного лазерного воздействия.

4. Расчёт тепловых полей в зоне локализации импульсного лазерного излучения на металлополимерном композите.

5. Регрессионный Фурье-анализ полученных поверхностных структур.

6. Спектральные исследования, созданных микро- и наноструктур.

7. Построение физического механизма образования поверхностных микро-и наноструктур с учётом поперечных мод лазерного излучения.

Объект исследования - процессы и микро- и наноструктурные вискероподобные образования, формируемые на поверхности из алюминиевой фольги на поликарбонатной матрице под воздействием импульсного лазерного излучения.

Предмет исследования - морфология, комплексная характеризация и свойства структурированной металлополимерной поверхности.

Научная новизна результатов исследования

Впервые обнаружен и изучен эффект вискероподобного упорядочения в пучке импульсного лазерного излучения с негауссовым поперечным модовым составом ТЕМ01 (или ТЕМ10 и другие варианты).

Предложен физический механизм микро- и наноструктурирования при высококонцентрированном импульсном лазерном воздействии на полимерную матрицу с металлической фольгой, адекватно согласующийся с решением классического уравнения теплопроводности.

Положения, выносимые на защиту

Результаты комплексной характеризации вискероподобных структур при импульсно-периодическом лазерном воздействии излучением с модами ТЕМ10 или ТЕМ01, с подтверждённой Фурье-анализом периодичностью и микро-наноразмерами.

Результаты совместного анализа решений упрощённого уравнения теплового баланса и аналитического уравнения теплопроводности подтверждают адиабатичность, сверхзвуковую скорость распространения волны плавления и филаментацию как импульсного лазерного излучения, так и металлополимерных продуктов его воздействия.

Линейность влияния мощности лазерного изучения на размеры и число микро- и наноразмерных вискероподобных нанокомпозитных структур, формируемых при температурах 3000-4000°С и давлениях 20-100 тысяч атмосфер со скоростями 1-100 м/с, подтверждённая рекуррентным аналитическим описанием в виде "максвеллоподобного" распределения.

Результаты спектральных (поглощения, пропускания, флуоресценции) в видимом и ИК-диапазонах и матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации анализов металлополимерных гетерофазных материалов после импульсного лазерного воздействия, показывают появление новых энергетических уровней и указывают на возможность их практического применения.

Практическая значимость работы

Выполненные исследования явились основой для высокоскоростного метода выращивания упорядоченных композитных структур на поверхности пластика вискероподобного типа со скоростями формирования 1-100 м/с, легли в основу создания устройства для формирования изображения из монокристаллов металлов и их сплавов в теле листового материала (патент РФ на полезную модель 2011 № 107101) и способа формирования вискероподобных нанокомпозитных металлополимерных структур в многомодовом лазерном пучке (патент РФ № 2820027).

Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловлена использованием современного экспериментального сертифицированного оборудования, высокоточных методов исследования, включая изучение свойств полученных образцов, соответствующих поставленной задаче,

воспроизводимостью экспериментальных данных, согласованных с результатами моделирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Микро- и наноструктурирование алюминия в полимерной матрице при импульсном лазерном воздействии»

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались в период 2010-2022 годов на 28 всероссийских и международных форумах, конференциях, выставках, семинарах.

Личный вклад автора

В диссертации изложены результаты работ, которые были выполнены автором как лично, так и в соавторстве. В работах, выполненных в соавторстве и включённых в диссертацию личный вклад автора состоит в: проведении всех аналитических расчётов и численного моделирования, планировании и разработке методики экспериментов, обработке экспериментальных данных, анализе, интерпретации результатов.

Перечень научных проектов, реализованных в ходе данного исследования

По данному направлению в период с 01.04.2008 по 30.09.2021 был выполнен ряд государственных контрактов и грантов: фонд Бортника № 5523р/7945; государственные контракты №№ 16.513.11.3116, 14.516.11.0089 (шифр 2013-1.6-14-516-0132); Госзадание № 16.9298.2017/5.1; грант РФФИ № 19-32-90063\19.

Публикации по теме диссертационной работы опубликовано 28 публикаций, в том числе: 2 в рецензируемых научных журналах из списка ВАК, а также 7 статей, индексируемых в базах Web of Science и Scopus; 1 патент РФ на полезную модель; 1 патент РФ на изобретение.

Соответствие паспорту специальности

Диссертация соответствует требованиям паспорта специальности 1.3.8. Физика конденсированного состояния: п. 3. Теоретическое и экспериментальное изучение свойств конденсированных веществ в экстремальном состоянии (сильное сжатие, ударные воздействия, сильные магнитные поля, изменение гравитационных полей, низкие и высокие температуры), фазовых переходов в них

и их фазовых диаграмм состояния; п. 4. Теоретическое и экспериментальное исследование воздействия различных видов излучений, высокотемпературной плазмы на природу изменений физических свойств конденсированных веществ; п. 5. Разработка математических моделей построения фазовых диаграмм состояния и прогнозирование изменения физических свойств конденсированных веществ в зависимости от внешних условий их нахождения; п. 7. Теоретические расчёты и экспериментальные измерения электронной зонной структуры, динамики решётки и кристаллической структуры твёрдых тел. Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературных источников, состоящего из 138 наименований, 37 из которых являются зарубежными источниками, включающие как современные статьи, так и книги. Материал изложен на 209 страницах. Работа содержит 99 рисунков и 15 таблиц.

Глава 1. Особенности структурирования материалов под воздействием импульсного лазерного излучения (литературный обзор)

Известно открытие явления взрывной кристаллизации, которое обеспечивает получение кристаллов с размерами 2-3 мкм [1-5]. Применение лазеров даёт в распоряжение высокие плотности потока энергии и напряжённости электрического поля. Поэтому при адиабатическом нагреве достигаются высокие температуры, что позволяет получать структурированное вещество.

В работе Богоносова К.А. был обнаружен эффект высокоскоростной кристаллизации меди в низкотемпературной лазерной плазме [6], где использовался метод кристаллизации по поверхности расплава, в котором в подложку внедряется химический реагент. Однако научное понимание происходящих при такой кристаллизации процессов не позволяет обобщить обнаруженный ранее эффект на более широкий спектр материалов. Чтобы разобраться в протекающих процессах, было решено начать с полимеров. В качестве предпочтительного был выбран более простой и производительный метод спекания металла и полимера в лазерной плазме, в котором не требуется нанесение химических реагентов.

В ходе анализа и обобщения результатов работ по самовоздействию излучения высоких интенсивностей на среду обнаружено, что самофокусировка возможна как в жидких средах, так и в твёрдом теле и при этом наблюдается сублимационное испарение. В работе применялись лазерные установки средней мощности 4-8 Вт.

При решении данной задачи за основу были выбраны фундаментальные экспериментальные и теоретические работы, выполненные в СССР [7-12] и США [13-15]. В упомянутых работах были открыты следующие физические эффекты: расщепление лазерного луча [12-13], самофокусировка лазерного луча в жидких и твёрдых средах [7-15], воздействие на частицы [16, 17], сублимационное испарение [18].

Эффект основан на использовании следующих явлений:

1. Самофокусировка лазерного излучения высокой интенсивности в конденсированной среде. Явление заключается в самовоздействии мощной электромагнитной волны на среду, приводящее к изменению оптических свойств среды, например, показателя преломления. Явление присуще как жидкостям, так и твёрдым телам. Это выражается в увеличении сходимости или уменьшении

Л

расходимости по сравнению с дифракционной 0диф «1,22-.

П0 Б

2. Расщепление луча. Лазерный луч является неоднородным, вследствие

чего, излучение так называемой надпороговой мощности в среде расщепляется на

когерентные между собой лучи так называемой пороговой мощности,

, „ пБ2 п0Е2с

определяемой по формуле Р =--0- и связанной с пороговой

4 8п

Ю2

интенсивностью Р =-, поэтому формирование вискероподобных структур

16^0

происходит вдоль направления распространения когерентного излучения.

3. Давление паров при сублимационном испарении. При воздействии мощного лазерного излучения на материал при быстром нагреве начинается

а1уи

испарение материала, при котором создаётся давление р«—- , на порядки

Л

превышающее давление лазерного излучения рэ / м = - (1 - Т + R). Сублимационное

с

испарение вызывает кратковременное повышение давления на поверхности облучаемой области до 1 миллиона атмосфер.

Несмотря на то, что изучение процессов кристаллизации ведётся более 100 лет, природа и механизмы кристаллизации остаются не выясненными до конца. Существует ряд классических и неклассических теорий для различных условий кристаллизации, но единой модели роста нет [19-21].

В современной технике активно используются полимерные и композитные материалы. Любой полимер не представляет собой упорядоченную структуру, но обладает симметрией ближнего порядка [22-24], как например, стекло и некоторые жидкости.

Широкое применение лазеров и методов лазерного воздействия на материалы привело к применению мощного импульсного лазерного излучения для взрывного роста кристаллов. Всё это создаёт предпосылки применения лазерных технологий для воздействия на полимеры и композиты на их основе. При лазерном структурировании возникают периодические структуры, которые можно рассматривать в качестве упорядоченных образований. В работе проанализирован процесс образования таких структур.

Относительно интересным направлением является выращивание нитевидных кристаллов или вискеров [25-31]. Классический способ выращивания вискеров происходит по механизму пар-жидкость-кристалл из затравочных капель металла [26, 28]. В работе [31] показано, что вискеры вырастают не острыми, а со "шляпками" на концах, являющимися затравочными каплями металла, поэтому для применения в электронике эти вискеры необходимо заострять, например, методом химического травления.

В данной диссертации показан новый подход к созданию вискероподобных структур с заострёнными концами посредством лазерного воздействия на пластиковый композит в сильно неравновесных условиях (кратковременно и быстроменяющиеся градиенты температуры и электромагнитные поля лазерной интенсивности 101-106 МВт/см2). В результате данного воздействия воспроизводимо получаются вискероподобные структуры с уже заострёнными концами, что подтверждено исследованиями методом атомно-силовой микроскопии.

Классические методы позволяют выращивать вискеры лишь со скоростью 5 мкм/час. В диссертации создана новая высокопроизводительная методика выращивания без применения оборудования со специальной атмосферой. В ходе данного процесса возникает своя атмосфера из продуктов сублимационного испарения материала, в результате образуются вискероподобные структуры из металлов и их окислов, кристаллы полудрагоценных камней (шаттукит) [32], а также создаются композитные материалы на основе поликарбоната со скоростью 1-100 м/с.

1.1 Периодическая структуризация

Явление быстрой (взрывной) кристаллизации было предсказано в работах [2, 3]. В предшествующих исследованиях по данному направлению проводилась кристаллизация меди на бумажных и стеклянных подложках под действием импульсного лазерного излучения [33, 34]. В данной работе исследуются процессы быстрого формирования структур на пластике.

Производство новых мелкодисперсных материалов с заданными свойствами требует новые высокопроизводительные технологии. Столь мелкие частицы могут образовываться лишь при очень быстром процессе кристаллизации. Работы по росту кристаллов в сильно неравновесных условиях выполнялись в 1970-80-ых годах [35-37].

С изобретением лазеров и началом исследований взаимодействия лазерного излучения с веществом, исследователи сталкивались с модификацией поверхности вследствие лазерного воздействия и образования периодических структур различного химического состава.

В работах по перекристаллизации поверхности полупроводников с целью снижения концентрации дефектов было обнаружено, что воздействие лазерного излучения на поверхность аморфного полупроводника приводило к появлению кристаллов на его поверхности [38-39].

В работе [40] обнаружено явление роста периодических структур дифракционного качества на поверхности полупроводников. При воздействии на поверхность твёрдых тел (полупроводников) поляризованного лазерного излучения обнаружен эффект образования периодических структур с периодом порядка длины волны (1.1)

d = , 2 f-, (1.1)

-у/1 - cos Osin ср± cospcosO

где X - длина волны лазерного излучения, 0 - угол скольжения лазерного луча по отношению к поверхности образца, ф - угол между проекцией волнового вектора и вектора обратной решётки.

Было обнаружено, что ориентация штрихов получаемых дифракционных решёток перпендикулярна вектору напряжённости электрического поля в падающей волне. Для полупроводниковых плёнок на прозрачной подложке период получаемых дифракционных решёток описывается выражением (1.2)

d = , 2 2 Я2 -, (1.2)

■yjn - cos Osin ф± cospcosO

где в выражении появляется n - показатель преломления подложки.

В других работах этого же автора [41-42] была получена решётка с периодом d = А/sin O методом сканирования образца лучом лазера.

Рост подобных периодических структур объясняется исследователями [43] следствием нагрева образца стоячей волной, возникающей по причине интерференции падающей и рассеянной вдоль поверхности волн. Другой способ объяснения образования периодических структур это - интерференция падающего излучения с поверхностными поляритонами [44]. Образование дифракционных решёток также возможно на границе двух жидких сред за счёт пондемоторных сил под действием света [45]. Это позволяет создавать динамически перестраиваемые оптические элементы.

Характерно, что при лазерном воздействии размеры формируемых структур в виде дифракционных решёток на кремнии, как правило, были порядка длины волны лазера (~1 ^m), как это отмечалось в [41], тогда как в работе [46] минимальный размер формируемых островков оказался в 5-10 раз меньше периода стоячей волны интерферирующего лазерного излучения при облучении кристаллов, а в аморфных плёнках тех же материалов размеры составляли уже 50% от периода стоячей волны. По мнению авторов [46], при лазерном воздействии на кристаллические поверхности существенную роль приобретают специфические кристаллические силы, обусловленные диффузией атомов в поле упругих напряжений в поверхностном слое монокристаллов, что способствует самоорганизации островков с размерами много меньше периода стоячей волны лазерного излучения.

При лазерной абляции кремния в водной среде существенное влияние на процесс оказывает явление филаментации лазерного луча [47]. В статье говорится о более низком значении пороговой мощности для используемой в качестве буферной среды воды по сравнению с воздухом. Это также справедливо для поликарбоната с учётом соизмеримости его показателя преломления с показателем преломления воды. В своей работе [47] авторы фокусировали излучение не на поверхности, а на некотором расстоянии над поверхностью, чтобы затем излучение затягивалось в волноводный режим с филаментацией луча.

Согласно явлению самофокусировки, оно начинается с некоторой пороговой мощности, которая может быть выражена по формуле (1.3)

Ркр= —, (1.3)

8т0п2

где X - длина волны, п0 - линейный показатель преломления, п2 - нелинейный показатель преломления. Строго говоря, явление самофокусировки начинается ещё до достижения пороговой мощности, проявляется в уменьшении расходимости по сравнению с дифракционной [7].

В работе [47] показано, что филаментация луча ухудшает абляцию кремния. Это явление приводило к уменьшению глубины и объёмов кратеров на кремнии по сравнению с режимами отсутствия филаментации. Тем не менее, в других приложениях, например, выращиванию ВС это явление может улучшать процесс, поскольку лазерный луч разбивается на лучи одинаковой пороговой мощности.

Рост кристаллов металла под действием лазерного воздействия на титан, излучением с фемтосекундной длительностью импульсов, известен в работе [48]. На поверхности формируется решётка из чередующихся выступов и впадин. Когда титан обрабатывается в водной среде, на его поверхности образуются частицы кубической формы, состоящие из большого количества плотно прилегающих друг к другу прямоугольных пластин [48].

Годом ранее этот же коллектив авторов [49] обнаружил возможность записи структур с периодом меньше длины волны. Они проследили эволюцию видов решёток с ориентацией штрихов перпендикулярно поляризации падающего

излучения от квазипериодических наноразмерных бороздок абляционной структуры до регулярных решёток с периодами меньше длины световой волны (100-400 нм) в зависимости от мощности излучения. Авторы объясняют появление таких структур интерференцией электрического поля падающего излучения и возбуждаемой им же поверхностной электромагнитной волны (поверхностного плазмона), так как для титана, как материала с существенным межзонным поглощением, длина поверхностной волны падает с ростом энергии возбуждения.

В более новой публикации [50] расширенный состав авторов экспериментально исследовал модификацию микроструктуры титана после распространения плавящейся ударной волны, генерируемой фемтосекундным лазерным импульсом и проанализировал с использованием гидродинамического и атомистического моделирования. Обнаружено, что под поверхностью металлов происходит видоизменение сразу двух слоёв. Верхний поверхностный поликристаллический слой наноразмерных зёрен формируется из ударно-расплавленного материала путём быстрой кристаллизации, а в более глубоком приповерхностном слое, где ударное плавление сменяется пластической деформацией из-за затухания ударной волны.

Таким образом, зерновая структура твёрдого тела существенно изменяется, в результате чего гранулометрический состав отличается от такового в исходном титане. Общая глубина модифицированных слоев ограничена затуханием ударной волны до предела упругости и может достигать нескольких микрометров.

Коллектив авторов [51] показал, что облучение сфокусированным лазерным излучением способно производить локальные изменения структуры GeSe2 и образование наноструктур на плёнке GeSe2. Структуры растут напрямую на подложке с контролируемыми оптическими, электрическими и оптоэлектронными свойствами. Авторы также отмечают увеличение фотопроводимости подобных структур.

1.2 Воздействие на дисперсные системы

Большой интерес для науки и технологии представляет лазерная обработка материалов, а именно, преобразование и развитие поверхности под воздействием лазерного излучения с появлением новых свойств [52-55]. Эти эффекты основываются на термическом воздействии на материал и росте каких-либо структур на поверхности в широком и диапазоне подвергаемых лазерной обработке материалов: металлов [48-49], жидкостей [52], стёкол [53-54], керамик [55]. Возможно формирование двумерных полупроводников [56], а также модификация полупроводниковых гетероструктур [57]. Также обнаружено формирование нанопроволок [58]. Помимо этого найден рост нанотрубок [59]. Известно изготовление методом лазерной нанолитографии [60-62] квазистеклообразных наноструктур [63].

Помимо термического воздействия на материал в процессе воздействия лазерного излучения на материалы вполне обоснованно выступают процессы самоорганизации на микро- и особенно на наноуровне [64-65] с выстраиванием иерархии фракталоподобных структур на поверхности [66].

Отдельным направлением лазерной обработки макроскопических материалов следует выделить воздействие на микро- и наночастицы материала. При взаимодействии ультрадисперсных частиц с лазерным излучением [67, 68] происходит поглощение и рассеяние поступающей энергии, нагрев и расплавление частиц, перемешивание и диффузионное взаимопроникновение материала частиц и подложки [69, 70].

Эволюция частицы в лазерном луче зависит от её фазы, температуры, параметров лазерного излучения, теплофизических свойств самой частицы [67]. При лазерном спекании нагрев частицы происходит в атмосфере инертного газа, поэтому окисление и горение отсутствует. Вкупе с нагревом происходит и охлаждение частицы по механизму теплопередачи и теплового излучения [71]. Так как газ почти не поглощает излучение, то за короткое время температура частицы начинает превышать температуру газа, вследствие чего, начинает идти отвод тепла от частицы к газу. Расплавление же частицы идёт от поверхности к

центру [72]. В зависимости от мощности излучения и достигаемой температуры, процесс может идти как с испарением материала частицы, так и реализован режим без испарения. В любом случае эти процессы происходят в сильно неравновесных условиях и сопровождаются термокапиллярными явлениями [73, 74], что обеспечивает спекание и наплавление частиц на поверхность или послойное выращивание деталей заданной формы [73, 74]. При этом расплавленный металл может образовывать периодические структуры из-за нелинейной волновой неустойчивости [75, 76].

Дальнейшее поведение расплава в поле лазерного излучения зависит от температурного коэффициента поверхностного натяжения do/dT. В случае особо чистых веществ зависимость имеет характер do/dT<0, согласующийся с классическими теориями. Но в случае наличия примесей будет do/dT>0 [77], тогда проявляются явления капиллярной термоконцентрационной неустойчивости, приводящие к изменению рельефа поверхностей жидкости под действием лазерного излучения. Данный класс явления позволяет записать рельеф затвердевшего расплава или распределение концентраций растворённого материала после испарения растворителя. Частицы распределяются не только в минимумах, но и в максимумах оптического потенциала [78].

Возможна двухфотонная 3D лазерная нанопечать из полимера. В публикациях [79-80] напечатали полые частицы со сквозными отверстиями сложной формы - напоминающие по структуре природные брохосомы, которыми покрыты крылья цикадок. Такой тип наночастиц имеет низкий коэффициент отражения и экстремальную гидрофобность.

Среди прочих подходов с применением светового воздействия следует отметить методы фотостимулированной эпитаксии, применяемые для выращивания плёнок под воздействием некогерентного излучения от ксеноновых ламп [81-88].

1.3 Вискерообразование

Поскольку в диссертации рассмотрено образование вискероподобных структур, то следует рассмотреть близкие процессы - классические механизмы роста вискеров.

Вискерами или нитевидными кристаллами принято считать одномерные наноматериалы, длина структур которых значительно превосходит их характерный диаметр. Такие нитевидные структуры обладают совершенным кристаллическим строением и их механические характеристики приближаются к теоретическим значениям для материалов.

Фундаментальные исследования процессов формирования вискеров берут своё начало с 60-ых годов прошлого века, хотя само явление образования металлических нитей на контактах радиоэлектронной аппаратуры известно ещё раньше. Согласно классическим моделям роста вискеров, нитевидные кристаллы растут на поверхности из затравочных капель металла. Первые выращенные вискеры были получены из кремния на катализаторе в виде затравочных капель золота по механизму пар-жидкость-кристалл [25-30]. Существует также механизм без жидкой фазы пар-кристалл [27, 30].

Единая теория роста вискеров на сегодняшний день отсутствует, но есть убедительные подходы к моделированию данного процесса в случае конкретных материалов. Математическая модель роста вискеров по механизму пар-жидкость-кристалл описана в работах [25, 28], а в классических работах Е.И. Гиваргизова [29-30] указано, что рост происходит из-за разности химических потенциалов между каплей металла и жидкой фазой растущего вискера, что вызывает миграцию атомов кремния к точке роста.

Согласно этой модели, скорость роста описывается следующим образом (1.4)

VL = К

ЛМ° - Я Я

(1.4)

где Лц0 - разность химических потенциалов между паровой и кристаллической фазой, К - кинетический коэффициент кристаллизации, Я - радиус нитевидного кристалла, Я0 - характерный размер Гиваргизова-Чернова.

2

Тот же базовый механизм действует и при выращивании вискеров методами молекулярно-лучевой эпитаксии [89].

Отдельно следует упомянуть взрывную кристаллизацию в быстропротекающих процессах [21, 90] с образованием дендритных структур. Образование дендритов также протекает на стали под действием лазерного излучения [90].

Сочетание роста вискеров с механизмом лазерной абляции указано в работе [91]. Кремниевые вискеры с заострёнными концами считаются перспективным материалом для электроники в качестве материала катодов, поскольку обладают низким напряжением автоэмиссии электронов [26, 31], а также ввиду особых оптических свойств перспективны для устройств оптоэлектроники [26, 31].

В силу механизма роста от капли их торцы получаются округлыми. Заострение концов производится последующей обработкой путём химического травления [31], что позволяет добиться единичных атомов на вершине острия. Столь тонкие острия хорошо подходят для создания зондов атомно-силовой микроскопии [31].

В обзоре, посвящённом столетию исследований ориентированного сращивания частиц [19] указано, что рост нанопроволок происходит когерентно. Однако в вышеописанных работах рассматриваемый рост вискеров осуществляется медленно и в достаточно равновесных условиях.

В данной диссертации показан новый подход к созданию вискероподобных структур с заострёнными концами посредством импульсного лазерного воздействия на полимерный композит в сильно неравновесных условиях (кратковременно и быстроменяющиеся градиенты температуры и электромагнитные поля лазерной интенсивности 101-106 МВт/см2).

1.4 Модификация и структурирование материалов

Поскольку местом работы автора является МГУТУ, то вопрос защитной маркировки товаров и продуктов питания стоит особенно остро.

Маркировка - информация в виде надписей, цифровых, цветовых и условных обозначений, наносимая на продукцию, упаковку, этикетку или ярлык для обеспечения идентификации и ускорения обработки при погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании и хранении [92]. Данная информация сопровождает любое изделие в течение всего жизненного цикла.

Маркировка классифицируется на: товарную, производственную, торговую, акцизную, отправительскую, транспортную, специальную, экологическую, защитную [93].

Существует ряд общих требований для защиты упаковки:

• потребители должны иметь возможность определить подлинность товара при помощи своих органов чувств, без применения каких-либо технических устройств;

• упаковка не должна приводить к ухудшению внешнего вида товара;

• стоимость упаковки не должна вносить значительный вклад в цену товара, так как потребители не хотят переплачивать за упаковку. Зачастую, одна и та же автомобильная деталь, например, в фирменной упаковке и без оной, изготовленная на одном и том же заводе будет иметь разную цену.

Известен ряд приёмов, позволяющий определять подлинность товара. Это достигается за счёт применения штрихового кодирования, скретч-панелей, радиочастотных меток, "умных" этикеток, защитных голограмм.

Помимо прочего, в защите упаковки используются полиграфические приёмы: защитные наклейки, введение металлических полос или нитей, водяные знаки, рельефная печать, защитные волокна и полоски, которые светятся под действием ультрафиолетового излучения.

Штриховое кодирование - технология автоматической идентификации и сбора данных, основанная на представлении информации по определенным правилам в виде напечатанных формализованных комбинаций элементов установленной формы, размера, цвета, отражающей способности и ориентации для последующего оптического считывания и преобразования в форму, необходимую для её автоматического ввода в вычислительную машину [94].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ставцев Алексей Юрьевич, 2025 год

Список литературы

1. Ахманов С.А., Сухоруков А.П., Хохлов Р.В. Самофокусировка и дифракция света в нелинейной среде. // УФН. - 1967. - Т. 93. - В. 9. - С. 19-70.

2. Ахманов С.А., Сухоруков А.П., Хохлов Р.В. // ЖЭТФ. - 1966. - Т. 50. - С. 1537.

3. Шкловский В.А., Кузьменко В.Н. Взрывная кристаллизация аморфных веществ. // Успехи физических наук. 1989. - Том 157. - Вып. 2. - С. 311338.

4. Когай В.Я., Вахрушев А.В. Спонтанная взрывная кристаллизация и фазообразование в наноразмерной гетероструктуре селен/индий. // Письма в ЖТФ. - 2013. - Том 39. - Вып. 23. - С. 34-38.

5. Рогачёв А.С., Гладченко, В.Г., Щукин А.С., Ковалёв А.Д., Аронин А.С. Самораспространяющиеся волны кристаллизации в аморфном сплаве TiCu. // Письма в ЖЭТФ. 2016. - Том 104. - Вып. 10. - С. 740-744.

6. Богоносов К.А. Высокоскоростная кристаллизация меди в низкотемпературной лазерной плазме. Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва, МИСИС 2015.

7. Аскарьян Г.А. Эффект самофокусировки. // Успехи физических наук. -Октябрь 1973. - Том 111. - Выпуск 2. - С. 249-260.

8. Аскарьян Г.А., Студенов В.Б., Чистый И.Л. Тепловая самофокусировка в луче с уменьшенной интенсивностью вблизи оси ("банановая" самофокусировка). // Успехи физических наук. - 1970. - Том 100. -Выпуск 3. - С. 519-520.

9. Аскарьян Г.А. Юркин А.В. Новое в светоакустике. // Успехи физических наук. - Апрель 1989. - Том 157. - Выпуск 4. - С. 667-681.

10.Эшкин А. Давление лазерного излучения. // Успехи физических наук. Май 1973. - Том 110. - Выпуск 1. - С. 101-116.

11.Аскарьян Г.А., Мухамаджанов М.А. Нелинейная расфокусировка сфокусированного луча: тонкий луч из фокуса. // Письма в ЖЭТФ. - 1981. Том 33. - Выпуск 1. - С. 48-51.

12. Луговой В.Н., Прохоров А.М. Теория распространения мощного лазерного излучения в нелинейной среде. // Успехи физических наук. -1973. - Том 111. - Выпуск 2. - С. 203-247.

13.C.H. Townes Phys Letter 13.479(1964). The structure laser light.

14.Townes C.H. Self-Trapping of Optical Beams. // Physical Review Letters. -1964. - Vol. 13. - Issue. 15. - P. 479.

15.Чао Р., Гаймар Е., Таунс К. Самофокусировка луча оптического мазера. // Сборник статей "Действие лазерного излучения" перевод с английского Ю.П. Райзер. - М.: Мир, 1968. - С. 187.

16.Аскарьян Г.А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы. // ЖЭТФ. - 1962. - Т. 42. - Вып. 6. - С. 1567-1570.

17.Аскарьян Г.А., Рабинович М.С., Савченко М.М., Степанов В.К., Студёнов В.Б. Светореактивное ускорение макрочастиц вещества. // Письма в ЖЭТФ. - 1967. - Т. 5. - № 8. - С. 258-259.

18.Аскарьян Г.А., Мороз Е.П. Давление при испарении вещества в луче радиации. // ЖЭТФ. - 1962. - Т. 43. - № 6. - С. 2319-2320.

19.Иванов В.К., Федоров П.П., Баранчиков А.Е., Осико В.В. Ориентированное сращивание частиц: 100 лет исследований неклассического механизма роста кристаллов. // Успехи химии. - 2014. -83 - (12). - С. 1204-1222.

20.Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. Перевод с английского. Москва, Мир, 1974. - 541 с.

21.В.П. Коверда, Н.М. Богданов, В.П. Скрипов. Рост кристаллов. Москва. Наука. 1989. - Том 17. - С. 87-103.

22. Смирнова О.В., Ерофеева С.Б. Поликарбонаты. Москва, Химия, 1975. -290 с.

23. Энциклопедия полимеров. Москва, Советская энциклопедия, 1974, Т.2. -С. 846.

24.Шнелл Г. Физика и химия поликарбонатов. Москва. Химия. 1967. С. 146.

25.Dubrovskii V. G., Sibirev N. V., Harmand J. C., and Glas F. Growth kinetics and crystal structure of semiconductor nanowires. // PHYSICAL REVIEW. -2008. - B 78. - 235301.

26.Горбик П.П., Дубровин И.В., Демченко Ю.А., Филоненко М.Н., Дадыкин А.А. Выращивание вискеров кремния методом пар-жидкость-кристалл. // Химия, физика и технология поверхности. - 2007. - Вып. 13. - С. 294-300.

27.Рябцев С.В., Кущев С.Б., Солдатенко С. А., Хадия Н.М., Попов А.Е., Домашевская Э.П. Морфология и кристаллография нитевидных монокристаллов SnO2, In2O3 и гетероструктур In2O3/SnO2. // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2011. - Том 13. - № 1.

- С. 80-88.

28.Северюхин А.В., Северюхина О.Ю. Моделирование роста нановискеров на активированной подложке. // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2011. - Вып. 2. - С. 267-287.

29.Гиваргизов Е.И., Чернов А.А. // Кристаллография. - 1973. - Т. 18. - № 1.

- С. 147.

30.Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М.: Наука, 1977. - 303 с.

31.Гиваргизов Е.И. Кристаллические вискеры и наноострия. // Природа. 2003.

- № 11. - С. 20-25.

32.Maximovskii S., Turyanskiy A., Bogonosov K., Gizha S., Senkov V., Pirshin I. Shattuckite Synthesis and the Pattern Formation by the Scanning Laser Beam. // Tecnol. Metal. Mater. Miner. - San Paulo. 2016. - Volume 13. - № 3. - P. 248-251. - URL: http://dx.doi.org/10.4322/2176-1523.0988.

33.Богоносов К.А., Максимовский С.Н. Высокоскоростная нанокристаллизация меди в низкотемпературной лазерной плазме. //

Доклады академии наук. - 2011. - Том 439. - № 5. - С. 605-608. УДК 621.721.

34.Богоносов К.А., Максимовский С.Н. Высокоскоростная кристаллизация меди на собственной жидкой подложке. // Краткие сообщения по физике ФИАН. -2013. - № 5. - С. 18-22. УДК 538.975.

35.Физическое металловедение (в 3-х томах). Под редакцией Р.У. Канна, П. Хаазена. М. 1987.

36. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М. 1980.

37.Васильев В.А., Митин Б.С. Высокоскоростное затвердевание расплава (теория, технология и материалы). М. 1980.

38.Хайбибулин И.Б., Штырнов Е.Н., Зарипов М.М. с соавторами // Физика и техника полупроводников. - 1977. - Т. 11. - Вып. 2.

39.Двуреченский А.В., Кагурин Г.А., Нидаев Е.В. с соавторами. Импульсный отжиг полупроводниковых материалов. М.: Наука. 1984.

40.Аксёнов В.П. Дифракционные структуры, полученные воздействием когерентного излучения на поверхность полупроводников. // Ордена Ленина физический институт имени П.Н. Лебедева АН СССР. Препринт № 194. - 1982.

41. Аксёнов В.П., Журкин Б.Г. // Препринт ФИАН № 56. - М. 1982.

42.Аксёнов В.П., Журкин Б.Г. Образование периодической структуры при воздействии мощного когерентного излучения на поверхность полупроводников. // ДАН СССР. - 1982. - Том 265. Номер 6. С. 13651366.

43.Oran M. and Jorensen G. Appl. Phys. Lett., 35, 782, 1979.

44.Keimann F., Bai Y.H. Preprint Max-Plank Institute Stuttgart. - 1982.

45.Жаров А.А., Жарова Н.А. Светоиндуцированные дифракционные решётки на метаповерхностях на основе жидкого метаматериала. // ЖЭТФ. - 2022. - Том 162. - Вып. 6 (12). - С. 844-849.

46.Верёвкин Ю.К. Дауме Э.Я., Петряков В.Н., Гущин Ю.Ю., Тихов С.В. Самоорганизация нанометровых островков на поверхности кремния и

арсенида галлия, стимулированная пространственно-периодическим лазерным излучением. // Письма в ЖТФ. - 2005. - Том 31. - Вып. 17. - С. 83-88.

47.Смирнов Н. А., Кудряшов С.И., Ионин А. А. Роль протяжённого филаментационного фокуса при абляции поверхности кремния в водной среде ультракороткими лазерными импульсами. // ЖЭТФ. - 2022. - Том 162. - Вып. 1 (7). - С. 55-59.

48.Голосов Е.В, Емельянов В.И., Ионин А.А., Колобов Ю.Р., Кудряшов С.И., Лигачёв А.Е., Новосёлов Ю.Н., Селезнев Л.В., Синицын Д.В. Модификация поверхности титана импульсным лазерным излучением фемтосекундной длительности. // Физика и химия обработки материалов. 2010. - № 2. - С. 10-14.

49.Голосов Е.В., Емельянов В.И., Ионин А.А., Колобов Ю.Р., Кудряшов С.И., Лигачёв А.Е., Новосёлов Ю.Н., Селезнёв Л.В., Синицын Д.В. Фемтосекундная запись субволновых одномерных квазипериодических наноструктур на поверхности титана. // Письма в ЖЭТФ. - 2009. - Том 90. Выпуск 2. - С. 116-120.

50.Vasily Zhakhovsky, Yury Kolobov, Sergey Ashitkov, Nail Inogamov, Ivan Nelasov, Sergey Manokhin, Victor Khokhlov, Denis Ilnitsky, Yury Petrov, Andrey Ovchinnikov, Oleg Chefonov, and Dmitry Sitnikov. Shock-induced melting and crystallization in titanium irradiated by ultrashort laser pulse. // Physics of Fluids. - 2023. - 35. - 096104. - URL: https://doi.org/10.1063/5.0165622

51.Bablu Mukherjee, Govinda Murali, Sharon Xiaodai Lim, Minrui Zheng, Eng Soon Tok, and Chorng Haur Sow Direct Laser Micropatterning of GeSe2 Nanostructures with Controlled Optoelectrical Properties. // RSC Advances. -2014. - 4. - 20. - 10013.

52.Kudryashov, S.I., Lyon, K., Allen, S.D. Near-field thermal radiative transfer and thermo acoustic effects from vapor plumes produced by pulsed CO2 laser

ablation of bulk water. // Journal of Applied Physics. - 2006. - 100(12). -124908. - URL: http://dx.doi.org/10.1063/L2402388.

53.Zohuri, B. Laser surface processing. Thermal effects of high power laser energy on materials. 2021. pp. 331-362. - DOI: 10.1007/978-3-030-63064-5_6.

54.Honma, T. Laser-induced crystal growth of nonlinear optical crystal on the glass surface. // Ceramic Society, Japan. - 2010. - Pp. 71-76. - DOI: 10.2109/jcersj2.118.71.

55.Qibiao Yang, Yang Chen, Zhihuai Lv, Lie Chen et al. Nanosecond laser surface processing of AlN ceramics. // Journal of Materials Science. - 2019. -54(6). - DOI: 10.1007/s10853-019-03888-9.76. DOI: 10.2109/jcersj2.118.71.

56.Costas P. Grigoropoulos. Laser synthesis and fictionalization of nanostructures. // International Journal of Extreme Manufacturing. - 2019. - 1. - 012002 (13 pp) - URL: https ://doi.org/10.1088/2631 -7990/ab0eca

57.Бугров Владислав Иванович. Физические основы оптимизации нитридных полупроводниковых гетероструктур для их применения в высокоэффективных светодиодных устройствах. Автореферат на соискание учёной степени доктора физико-математических наук. 01.04.10 - физика полупроводников. Санкт-Петербург, 2013.

58.Kiyotaka Miura, Kazuyuki Hirao and Yasuhiko Shimotsuma. Nanowire formation under femtosecond laser radiation in liquid. // July 19th. - 2011. -DOI: 10.5772/17720.

59.Vasileiadis, T., Dracopoulos, V., Kollia, M. & Yannopoulos, S.N. LaserAssisted Growth of t-Te Nanotubes and their Controlled Photo-induced Unzipping to ultrathin core-Te/sheath-TeO2 // Nanowires. Scientific Reports. -2013. - 3. - 1209. - DOI: 10.103 8/srep01209(2013).

60.Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов и их применения. Долгопрудный. Издательский дом Интеллект. 2012. - 248 с.

61.Волостников Е.Г., Абрамочкин Е.А. Современная оптика гауссовых пучков. Москва. ФИЗМАТЛИТ. 2010. - 184 с.

62.Кунце Т., Роч Т., Гофман Т., Федына Е., Коновалов В., Ульянов Д., Лазани А. Прецизионная прямая лазерная интерференционная гравировка с помощью высокоэнергетических лазеров с модуляцией добротности. // Фотоника. - 2015. - № 5 (53). - С. 34-41.

63.Шишкин И.И., Самусев К.Б., Рыбин М.В., Лимонов М.В., Кившар Ю.С., Гайдукевийчуте А., Киян Р.В., Чичков В.Н. Квазистеклообразная наноструктура, изготовленная методом лазерной нанолитографии. // Физика твердого тела. 2012. - Том 54. - Вып. 10. - С. 1852-1857.

64.Vasileiadis, T., Dracopoulos, V., Kollia, M. & Yannopoulos, S.N. LaserAssisted Growth of t-Te Nanotubes and their Controlled Photo-induced Unzipping to ultrathin core-Te/sheath-TeO2 Nanowires. // Scientific Reports. -2013. - 3. - 1209. - DOI: 10.103 8/srep01209(2013).

65.Соцков В.А. О явлениях самоорганизации в электрофизике макросистем. // Журнал технической физики. - 2009. Том 79. - Вып. 8. - С. 129-132.

66.Осмагнов О.М. Наглядное моделирование фрактальных структур. // УФН

- 1995. - Т. 165. - №9. - С. 1095-1097.

67.Гришаев Р.В., Мирзаде Ф.Х., Хоменко М.Д. Численное моделирование кинетики микрочастиц при селективном лазерном спекании. // Перспективные материалы. - 2011. - С. 135-142.

68.Низьев В.Г., Мирзаде Ф.Х., Панченко В.Я., Чечеткин В.М., Устюгова Г.В. Тепло-массоперенос при лазерном плавлении порошковой смеси. // Математическое моделирование. 2011. - Том 23. - Номер 8. - С. 75-88.

69.Nanoparticle Technology Handbook, Ed. by M. Hosokawa, N. Kiyoshi, N. Makio et al. (Elsevier Science, Amsterdam, 2007.)

70. Справочник по технологии наночастиц / Пер. с англ. колл. переводчиков; науч. ред. Ярославцев А.Б., Максимовский С.Н. - М.: Научный мир, 2013.

- 730 с.: ил. - (Серия: Фундаментальные основы нанотехнологий: справочники).

71.Гришаев Р.В., Мирзаде Ф.Х., Низьев В.Г., Панченко В.Я., Хоменко М.Д. Моделирование плавления и кристаллизации при селективном лазерном

спекании с инжекцией металлических порошков. // Физика и химия обработки материалов. - 2013. - № 1. - С. 12-23.

72.Гришаев Р.В., Мирзаде Ф.Х., Хоменко М.Д. Моделирование фазовых переходов при селективном лазерном спекании методом инжекции порошков. // Перспективные материалы. - 2013. - С. 241-248.

73. Дубров А.В., Мирзаде Ф.Х., Дубров В.Д., Панченко В.Я. Теплоперенос и термокапиллярная конвекция в процессе лазерного нанесения металлических порошков для аддитивных технологий поверхность. // Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2018. - № 1.

- С. 65-75.

74.Мирзаде Ф.Х. Самоорганизация пространственно неоднородных структур при объёмной кристаллизации полидисперсных систем. // Журнал технической физики. - 2006. - Том 76. - Вып. 9. С. 74-80.

75.Мирзаде Ф.Х. Исследование нелинейной волновой неустойчивости слоя расплавленного металла, образующегося при лазерных воздействиях. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.

- 2005. - № 7. - С. 88-92.

76. Мирзаде Ф.Х. Волновая неустойчивость слоя расплавленного металла, образующегося при интенсивных лазерных воздействиях. // Журнал технической физики. 2005. - Том 75. - Вып. 8. - С. 32-36.

77. Майоров В.С. Проявления капиллярной термоконцентрационной неустойчивости при взаимодействии лазерного излучения с веществом. Сборник трудов ИПЛИТ РАН [под редакцией В.Я.Панченко и В.С.Голубева]. М.: Интерконтакт Наука, 2005. С. 236-248.

78.Бражников Д.В., Ильенков Р.Я., Прудников О.Н. и др. Аномальная пространственная концентрация атомов в поле стоячей световой волны. // Письма в ЖЭТФ. - 2012. - Том 95. - Вып. 8. - С. 445-448.

79.J.Wang et al., Nano Res. 17, 734 (2024).

80.L.Wang et al., PNAS 121, e2312700121 (2024).

81.''Низкотемпературное высокоскоростное выращивание монокристаллов металла на аморфной подложке для микро и наноструктур" Патент РФ № 2267408 (PCT/RU 2004000264) и № 2279400 (PCT/RU/2005/000514).

82.Максимовский С.Н., Сидоров П.П., Шотов А.П. Люминесценция гетероструктур ZnSe/Si и ZnSe/ZnS, выращенных фотостимулированной эпитаксией. // Краткие сообщения по физике /Экспериментальная и теоретическая физика/ Москва 1988. - № 8. - С. 43-44.

83.Максимовский С.Н., Сидоров П.П., Шотов А.П. Люминесцентные плёнки ZnSe:Yb, ZnSe:Dy и ZnS:Tm, выращенные фотостимулированной эпитаксией. // Краткие сообщения по физике /Экспериментальная и теоретическая физика./ Москва, 1988. - № 8. - С. 45-46.

84.Максимовский С.Н., Сидоров П.П. Плёнки оксисульфидов лантана и иттрия, выращенные из паровой фазы. // Краткие сообщения по физике. /Экспериментальная и теоретическая физика./ Москва 1988. - № 9. - С. 32-33.

85.Максимовский С.Н., Сидоров П.П. с соавторами - "Способ получения плёнок тугоплавких соединений". АС № 1554672.

86.Максимовский С.Н., Сидоров П.П. с соавторами - "Способ изготовления слоёв полупроводниковых материалов для инжекционных лазеров и люминесцентных приборов". АС № 1464798.

87.Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и субструктура конденсированных плёнок. Москва, Наука, Главная редакция физико-математической литературы. 1972. - 320 с. УДК 539.1.

88.Сидоров П.П. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва. ИОФАН. 1991.

89.Мамутин В.В. Выращивание нитевидных и пластинчатых кристаллов

3

A N молекулярно-пучковой эпитаксией с участием жидкой фазы. // Письма в ЖТФ. - 1999. - Том 25. - Вып. 18. - С. 55-63.

90.Антонов Д.Н., Бурцев А.А., Буктовский О.Я. Распределение дендритов, получаемых на поверхности стали в результате воздействия лазерного

излучения. // Журнал технической физики. - 2016. - Том 86. - Вып. 1. - С. 110-115.

91. Alfredo M. Morales, Charles M. Lieber. A Laser Ablation Method for the Synthesis of Crystalline Semiconductor Nanowires. // Science 09 Jan 1998. -Vol. 279. - Issue 5348. - Pp. 208-211.

92.ГОСТ 17527-2003. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. УПАКОВКА Термины и определения.

93.Бобров В.И., Варепо Л.Г., Чёрная И.В. Технология и оборудование отделочных процессов. Учебное пособие. М.: МГУП, 2008.

94.ГОСТ 30721-2000 (ГОСТ Р 51294.3-99). МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ Автоматическая идентификация КОДИРОВАНИЕ ШТРИХОВОЕ.

95.Maximovsky S.N., Stavtsev A.U. Nucleation Under the Impact of Pulsed Laser Radiation. // Nexo Scientific Journal ISSN 1818-6742 (printed version), ISSN 1995-9516 (electronic version). December 2021. - Vol. 34. - Number 04. - Pp. 1785-1792. - DOI: 10.5377/nexo.v34i06.13158.

96.Атоян А.А., Максимовский С.Н., Радуцкий Г.А., Ставцев А.Ю. Устройство для создания изображения из монокристаллов металлов и их сплавов в теле листового материала. Патент РФ на полезную модель 2011 № 107101. Заявка № 2010146745. Приоритет полезной модели от 18 ноября 2010 г. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 августа 2011 г.

97.Айрапетян В.С., Ушаков О.К. Физика лазеров. Учебное пособие. Новосибирск СГГА. 2012.

98.Захаров Ю.Н., Малов А.Н., Попов А.Ю., Тюрин А.В. Исследование когерентных свойств лазерного излучения методами голографии и спекл-интерферометрии. // Компьютерная оптика. - 2009. - Том 33. - № 1. - С. 61-70.

99.Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю., Неделькин В.И. Взаимодействие импульсного лазерного излучения с композитом на основе поликарбоната.

// Краткие сообщения по физике. - 2017. - № 12. - С. 47-55. (Maximovsky S. N., Stavtsev A. Yu., and Nedelkin V. I. Interaction of Pulsed Laser Radiation with a Polycarbonate-Based Composite. // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2017. - Vol. 44. - No. 12. - Pp. 374-379. © Allerton Press, Inc., 2017. - DOI: 10.3103/S1068335617120089.)

100. Богоносов К.А., Дмитриева В.Ф., Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю. Использование лазерного луча в качестве затравки для высокоскоростной нанокристаллизации в лазерной плазме. // Сборник трудов VIII Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, технике и образовании" Абхазия, Пицунда 17 сентября - 28 сентября 2012 г. - С. 148-151.

101. Копытов Г. Ф., Ставцев А. Ю., Кузьменко А. П., Жакин А.И., Филиппов В.В., Неручев Ю.А. Формирование нанокомпозитных структур при лазерном облучении X = 1.064 мкм DVD-R, покрытого алюминиевой фольгой. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. - 2023. - Т. 13. - № 2. - С. 120-135. - DOI: https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-2-120-135.

102. Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю. Выращивание композитных наноматериалов на основе поликарбоната методом высокоскоростной нанокристаллизации в лазерной плазме. // XXIII Всероссийская конференция "Структура и динамика молекулярных систем". Сборник статей. Москва - Казань - Уфа - Йошкар-Ола 4-8 июля 2016 года. Москва. - ИФХЭ РАН. - 2016. - С. 362-368. - 379 с. URL: yalchikconference.ru.

103. Неделькин В.И., Астанков А.В., Сергеев. В.А. Макроциклизация в химических превращениях поливинилсульфидов. // Доклады Академии Наук: "Физическая химия". - 1992. - Том 326. - № 2. - С. 291-294.

104. Nedelkin V.I., Astankov A.V., Sergeev V.A. Macrocyclization in the Chemical Conversions of Polyphenylene Sulfides. // Doklady Physical

chemistry (Proceedings of the Academy of Sciences) - 1992. - 326 (1/2/3). -Pp. 475-526. P. 496-498.

105. Nedel'kin V.I. Cyclic Arylene Sulfide Macromolecules: Synthesis, Structure and Properties. // Phosphorus, Sulfur and Silicon. - 1997. - Vol. 120-121. - P. 409-410.

106. Савельев И.В. Курс общей физики в 5 томах. Том 3. Москва, Наука 1998. - 528 с.

107. Дж. Рэди. Действие мощного лазерного излучения. Перевод с английского под редакцией С.И. Анисимова. Москва, Мир 1974. С. 85.

108. Полежаев В.И., Белло М.С., Верезуб Н.А. и др., Конвективные процессы в невесомости. Москва. Наука. 1991.

109. Чернов А.А., Максимовский С.Н., Власенко Л.А. и др., Кристаллизация германия в условиях невесомости на ракетах-зондах. // ДАН. - 1983. - 271. - С. 106-109.

110. Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю., Крайский А.В. Тепловой расчёт области перекристаллизации подложки при процессах высокоскоростной кристаллизации в лазерной плазме. Сборник трудов X Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, технике и образовании" Секция № 6 "Материаловедение и промышленные технологии". Абхазия, Пицунда 22 сентября - 3 октября 2014 г. С. 123-124.

111. Неделькин В.И., Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю. Выращивание композитных наноматериалов на основе поликарбоната методом высокоскоростной нанокристаллизации в лазерной плазме. // XXIII Всероссийская конференция "Структура и динамика молекулярных систем". Сборник тезисов докладов. Москва - Казань - Уфа - Йошкар-Ола 4-8 июля 2016 года. - Москва. - ИФХЭ РАН. - 2016. - С. 124. - 188 с.

112. Максимовский С.Н., Ставцев А.Ю., Крайский А.В. Тепловой расчёт области перекристаллизации подложки при процессах высокоскоростной кристаллизации в лазерной плазме. // Сборник трудов X Международной

научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, технике и образовании" Секция № 6 "Материаловедение и промышленные технологии". Абхазия, Пицунда 22 сентября - 3 октября 2014 г. С. 123-124.

113. Менушенков А.П., Неволин В.Н., Петровский В.Н. Физические основы лазерной технологии. Москва. Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ". 2010. - 212 с.

114. Виноградов Б.А., Гавриленко В.Н., Либенсон М.Н. Теоретические основы воздействия лазерного излучения на материалы: Учеб. пособие для вузов. - Благовещенск: Благовещенский политехнический институт, 1993. 344 с.

115. Водопьянов К.Л., Кулевский Л.А., Лукашев А.В., Пашинин П.П. Изменение рефрактивных свойств воды под действием излучения эрбиевого лазера (Х=2,94 мкм). // "Квантовая электроника". - 2000. - Т. 30. - № 11. - С. 975-978.

116. Vodop'yanov L. K., Kozlov P. S., Kucherenko I. V., Maksimovskii S. N., and Radutskii G. A. Studying the Possibility of Applying the Light-Hydraulic Effect to Digital Printing. // Instruments and Experimental Techniques. - 2003. -Vol. 46. - No. 4. - Pp. 549-553.

117. Максимовский С.Н., Иванова В.Н., Ставцев А.Ю. Нановискерография - новый метод защищённой печати при использовании сканирующего лазерного излучения. // Краткие сообщения по физике. - 2018. - № 11. - С. 20-27. (Maximovsky S. N., Ivanova V. N., and Stavtsev A. Yu. Nanowhiskerography - a New Method of Security Printing using Scanning Laser Radiation. // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. - 2018. - Vol. 45. - No. 11. - Pp. 341-345. © Allerton Press, Inc., 2018. - DOI: 10.3103/S1068335618110040.)

118. Christian J.W. The Theory of Transformation. Amsterdam 1962.

119. Hirh J. Pand etc. Испарение и конденсация. Москва, Металлургия 1966.

120. Turnball D. Solid State Physics. - 1956. - 3. P. 225.

121. Laudise R.A. The Growth of Single Crystals. Bell Telephone Laboratories, Murray Hill, New Jersey 1970.

122. Parker R.L. Crystal Growth Mechanisms. // Solid State Physics, Academic Press New York and London. - 1970. - Vol. 25.

123. Allan S. Myerson, Rajiv Ginde. Crystals, crystal growth, and nucleation. // Handbook of Industrial Crystallization (Second Edition). - 2002. - Pp. 3365.

124. John McGinty, Nima Yazdanpanah, Chris Price, Joop H. ter Horst and Jan Sefcik, CHAPTER 1: Nucleation and Crystal Growth in Continuous Crystallization, The Handbook of Continuous Crystallization. - 2020. - Pp. 150. - DOI: 10.1039/9781788013581-00001 eISBN: 978-1-78801-358-1.

125. Christian J. W. The Theory Transportations in Metals and Alloys. Oxford 1965.

126. Zhao Jing, Miao Hong, Duan Li, Kang Qi, He Linghui. The mass transfer process and the growth rate of NaCl crystal growth by evaporation based on temporal phase evaluation. // Materials Science, Engineering: Optics and Lasers in Engineering. - April 2012. - Volume 50. - Issue 4. - Pp. 540546. - DOI:10.1016/J.OPTLASENG.2011.07.013.

127. Resent Progress in Surface Science. // New-York - London 1970. - Vol. 3. - P. 23.

128. Maksimovsky S.N., Stavtsev A.Yu., Ovsyannikova A.V. Growth of Coherent Whiskers on Polycarbonate Substrates by Laser Radiation. // Journal of Russian Laser Research. - March, 2019. - Volume 40. - Number 2. - Pp. 197-204. - DOI: 10.1007/s10946-019-09789-1.

129. Аскарьян Г.А. Воздействие градиента поля интенсивного электромагнитного луча на электроны и атомы. // ЖЭТФ. - 1962. - Т. 42. - Вып. 6. - С. 1567-1570.

130. Аскарьян Г.А. Нелинейность сред из-за индивидуальной деформации молекул атомов и частиц среды. // ЖЭТФ. 1962. - Т. 42. - С. 672-674.

131. Кузьменко А.П., Ставцев А.Ю., Копытов Г.Ф. Способ формирования вискероподобных нанокомпозитных металл-полимерных структур в многомодовом лазерном пучке. Патент РФ № 2820027. Приоритет заявки № 2023123111 от 06.09.2023, зарегистрировано в государственном реестре изобретений Российской Федерации 28.05.2024.

132. Максимовский С.Н., Радуцкий Г.А. Способ усиления свечения изображения, переливающегося цветами радуги, созданного в теле листового материала. Патент РФ № 2537837. Бюллетень изобретений. 2015. № 1.

133. Kuzmenko A.P., Stavtsev A.Yu., Kopytov G.F., Gozman M.I. Nanocomposite Structure Formation Under Laser Emission. // Russian Physics Journal. - 2024. - Volume 67. - Issue 6. - Pp. 685-693. - DOI: https://doi.org/10.1007/s11182-024-03177-2.

134. Кульков С.Н., Томаш Ян, Буякова С.П. Фрактальная размерность поверхностей пористых керамических материалов. // Письма в ЖТФ. 2006. - Том 32. - Вып. 2. - С. 51-55.

135. Потапов А.А., Булавкин В.В., Герман В.А., Вячеславова О.Ф. Исследование микрорельефа обработанных поверхностей методом фрактальных сигнатур. // Журнал технической физики. - 2005. - Том 75. -Вып. 5. - С. 28-45.

136. Самсонов В.М., Кузнецова Ю.В., Дьякова Е.В. О фрактальных свойствах агрегатов металлических нанокластеров на твёрдой поверхности. // Журнал технической физики. - 2016. - Том 86. - Вып. 2. -С. 71-77.

137. Белко А.В., Никитин А.В., Стрекаль Н.Д., Гурман А.Е. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2009. - №5. - С. 11-15.

138. Persson B. N. J. On the Fractal Dimension of Rough Surfaces. // Tribol Lett. - 2014. - 54:99-106. - DOI: 10.1007/s11249-014-0313-4.