强激光与粒子束
2023, 35(6): 061001
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 河北省沙河玻璃技术研究院, 河北 邢台 054000
采用化学刻蚀法, 在钠钙硅玻璃表面进行化学刻蚀。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备纳米二氧化硅颗粒, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)控制其团聚度, 然后在化学刻蚀后的玻璃表面喷涂不同团聚度的纳米二氧化硅颗粒, 构建多级微纳结构, 进一步经全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)修饰, 获得超疏水玻璃表面。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪等测试方法对涂层的微观形貌、润湿性等进行了表征。结果表明: 所制备的玻璃表面具备牢固的超疏水特性, 经过600目砂纸循环摩擦50次后仍可保持水接触角为156.13°±2°。玻璃表面的超疏水性归因于低表面能物质PFTS和表面微纳结构的共同作用, 其较好的耐磨性归因于玻璃表面刚性的微米级粗糙结构与喷涂的纳米级SiO2颗粒在玻璃表面堆积形成的结构相互交错, 构成了更为耐磨的微-纳结构。
化学刻蚀 超疏水 纳米二氧化硅 耐磨性 喷涂法 chemical etching superhydrophobic nano-silica wear resistance spraying method
1 石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832003
2 兵团工业技术研究院，新疆 石河子 832003
飞秒激光辅助化学刻蚀加工技术在高质量、高深径比、高可控性的微孔加工方面独具优势，为微孔的制备提供了新的途径和方法。在微全分析系统、光纤中的三维光流控系统、谐振器制造中具有很大的应用潜力。本文综述了近年来飞秒激光辅助化学刻蚀加工透明介质材料的研究进展，包括飞秒激光改性区对刻蚀速率影响、强酸强碱化学溶液对刻蚀效果的影响、化学刻蚀步骤工艺的优化、飞秒激光辅助化学刻蚀加工方法的应用等，总结了飞秒激光辅助化学刻蚀微通道、结构加工机理以及工艺等方面面临的挑战，并对今后的研究重点进行了展望。
激光光学 飞秒激光 化学刻蚀 透明材料 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1900009
1 1.西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 2.西安交通大学 电子科学与工程学院, 西安 710049
3 3.生态环境部核与辐射安全中心, 北京 100082
量子限制效应使硅纳米线具有良好的场致发射特性, 结合多孔硅的准弹道电子漂移模型可提高场发射器件的性能。传统的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的效率较低, 本研究在传统方法的基础上引入恒流源, 提出电催化金属辅助化学刻蚀法, 高效制备了硅纳米线/多孔硅复合结构。在外加30 mA恒定电流的条件下, 硅纳米线的平均制备速率可达308 nm/min, 较传统方法提升了173%。研究了AgNO3浓度、刻蚀时间和刻蚀电流对复合结构形貌的影响规律; 测试了采用电催化金属辅助化学刻蚀法制备样品的场发射特性。结果显示样品的阈值场强为10.83 V/μm, 当场强为14.16 V/μm时, 电流密度为64 μA/cm2。
电化学 金属辅助化学刻蚀法 硅纳米线 多孔硅 场发射 electrochemistry metal assisted chemical etching silicon nanowire porous silicon field emission
1 湖北汽车工业学院 理学院, 十堰 442002
2 华中科技大学 物理学院, 武汉 430074
3 华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 纳米表征与纳米器件中心, 武汉 430074
近年来, 一种新型二维过渡金属碳化物及氮化物(MXene)凭借大的比表面积、良好的亲水性、金属导电性等物理化学性质而广受关注。通过LiF和HCl刻蚀Ti3AlC2的Al层, 改变机械剥离强度和方式, 以及离心速率和时间, 可控制备出平均横向尺寸为625 和2562 nm的单层Ti3C2Tx型MXene。借助扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对二维Ti3C2Tx进行形貌、结构和成分的表征。使用电化学工作站表征Ti3C2Tx的电化学性能。结果表明: 小片层Ti3C2Tx(625 nm)的质量比电容高达561.9 F/g, 远高于文献报道的石墨烯、碳纳米管和二氧化锰等电极材料; Ti3C2Tx电极在循环测试10 4次后, 其比电容仍保持初始96%的容量。
二维材料 Ti3C2Tx 可控制备 化学刻蚀 超级电容器 2D materials Ti3C2Tx controllable preparation chemical etching supercapacitor
哈尔滨工业大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001
为深入了解熔石英元件化学刻蚀过程，研究了HF刻蚀反应机理、HF刻蚀工艺参数以及刻蚀对表面质量的影响规律。通过控制变量法，获得刻蚀速率随HF浓度、刻蚀温度以及NH4F浓度的变化规律。对刻蚀不同深度后的元件表面粗糙度、形貌、杂质含量以及激光损伤阈值进行了检测，实验结果表明：刻蚀速率受多种因素共同影响，其中HF浓度的促进作用最为显著；刻蚀后的熔石英表面形貌复杂，有横向、纵向、拖尾等形式的划痕，以及坑点、杂质等缺陷，其中横向划痕和纵向划痕占据了缺陷部分的主体，主要杂质铈元素随刻蚀时间的增长不断减少；激光损伤阈值测量实验表明，通过HF刻蚀将元件损伤阈值提高了59.6%。
光学制造 熔石英 化学刻蚀 亚表层缺陷 激光诱导损伤 optical manufacturing fused silica chemical etching sub-surface damage laser-induced damage 强激光与粒子束
2017, 29(11): 111001
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
2 北京科技大学 数理学院，北京 100083
为了研究静/动态刻蚀过程中熔石英表面质量和抗激光损伤性能的演变规律，优化化学刻蚀工艺，使用HF酸缓冲液对熔石英分别进行了不同时间的静/动态刻蚀处理。实验表明，由于兆声场辅助搅拌作用，熔石英动态刻蚀的刻蚀速率快于静态刻蚀。动态刻蚀后熔石英表面均方根(RMS)粗糙度和反射面形分别为<1 nm和0.46λ，其3倍频透射率先小幅增加后保持稳定，相比初始表面增加约0.1%。而静态刻蚀使得表面RMS粗糙度和反射面形分别增加至~5 nm和0.82λ，其3倍频透射率先基本不变后下降，相比初始表面下降约0.4%。二者损伤阈值呈现明显不同变化规律: 静态刻蚀使熔石英损伤阈值先小幅增加约30%后逐渐降低，动态刻蚀使熔石英损伤阈值增加近一倍后保持相对稳定。结果表明，动态刻蚀后熔石英光学元件性能明显优于静态刻蚀。
激光光学 熔石英 化学刻蚀 动态刻蚀 激光诱导损伤 laser optics fused silica chemical etching dynamic etching laser-induced damage
1 中国科学院固体物理研究所 材料物理重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
采用金属辅助化学刻蚀方法结合纳米球模板技术制备出了有序硅纳米线阵列。硅纳米线阵列经过高温热氧化形成一定厚度的氧化层, 再使用稀释的HF溶液去除表面氧化层得到可控直径/周期比、低孔隙密度的有序纳米线阵列。主要研究了氧化温度、氧化时间对硅纳米线形貌的影响, 并根据扩展的Deal-Grove模型计算了硅纳米线氧化层厚度与氧化时间的关系, 讨论了氧化过程中应力分布的影响, 理论计算结果与实验结果一致。最后, 采用两步氧化的方法制备出了低直径/周期比(约0.1)、低孔隙密度的有序硅纳米线阵列。
金属辅助化学刻蚀 热氧化 低直径/周期比 硅纳米线 扩展Deal-Grove模型 metal-assisted chemical etching thermal oxidation low diameter-to-pitch ratio silicon nanowire extended Deal-Grove model
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院, 北京 100088
3 北京科技大学 数理学院, 北京 100083
化学刻蚀是提升熔石英光学元件抗激光损伤性能的重要后处理技术之一,但刻蚀后熔石英表面附着的沉积物对其表面质量、透射性能和抗激光损伤性能有很大影响。使用光学显微镜和原子力显微镜表征了化学刻蚀后附着于熔石英表面的沉积物的微观形貌,并分析了其形成机理; X射线能谱分析表明化学刻蚀后熔石英表面沉积物主要由Fe，Ni，Al等元素的金属盐组成。损伤阈值测试结果表明熔石英表面高密度沉积物区域的损伤阈值明显低于非沉积物区域,沉积物对熔石英光学元件的抗激光损伤性能产生严重影响,它们是诱导熔石英激光损伤的前驱体。
激光光学 熔石英 化学刻蚀 沉积物 激光诱导损伤 laser optics fused silica chemical etching redeposit laser-induced damage 强激光与粒子束
2017, 29(4): 041001
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
通过激光损伤实验，系统分析了传统研磨抛光加工工艺中表面杂质、刻蚀时间、亚表层缺陷和划痕宽深比对熔石英元件激光损伤阈值的影响。结果表明：擦洗后熔石英元件的激光损伤阈值为21.6 J/cm2，未经擦洗的元件的激光损伤阈值为11.28 J/cm2，受表层杂质影响激光损伤阈值大幅度降低，而有缺陷位置处的激光损伤阈值明显比无缺陷位置处的低。刻蚀时间的增加会使工件表面粗糙度和缺陷尺寸逐渐增大，导致光学元件激光损伤阈值大幅度下降，因此需要合理选择化学刻蚀时间。亚表层缺陷会对入射光场产生调制作用，造成局部区域反射光、散射光及入射光相互叠加，最终导致材料破坏而产生激光损伤。随着刻蚀时间的增加，划痕的宽深比会逐渐增大，可以逐渐减弱划痕对光场的调制作用，从而降低激光损伤发生的概率。
激光制造 激光损伤阈值 表层杂质 亚表面缺陷 化学刻蚀
