脈沖激光輻照六方氮化硼材料產(chǎn)生的等離子體對(duì)于研究六方氮化硼材料特征有重要指導(dǎo)意義。本文通過(guò)等離子體發(fā)射光譜對(duì)靶材的損傷閾值、組成元素以及等離子體參數(shù)特性進(jìn)行研究分析。本文選擇六方氮化硼為靶材,首先對(duì)材料進(jìn)行XRD物相分析以保證材料的單一性無(wú)摻雜,然后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用納秒脈沖激光輻照六方氮化硼,通過(guò)等離子體光譜法對(duì)材料的損傷閾值進(jìn)行研究,并且利用材料的損傷形貌加以佐證等離子體光譜對(duì)測(cè)量損傷閾值的準(zhǔn)確性。最后采用零幾率損傷法對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行擬合,測(cè)量的損傷閾值為0.182J·cm~(-2)。在空氣環(huán)境中,利用Nd:YAG激光器的納秒脈沖激光輻照六方氮化硼靶材,將所獲得的六方氮化硼等離子體光譜進(jìn)行指認(rèn)及分析,得到靶材的硼元素特征峰譜線為B I208.17nm、B I 249.69nm以及B II 345.6nm。在等離子體處于局部熱平衡條件下,選擇玻爾茲曼雙線法和Stark展寬法分別對(duì)等離子體的電子溫度和電子密度進(jìn)行求解,并在激光能量密度為0.64J·cm~(-2)至5.1J·cm~(-2)范圍內(nèi),對(duì)等離子體電子溫度和電子密度變化規(guī)律進(jìn)行研究分析。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O53;TN24
【部分圖文】：

圖 1.1 激光等離子體發(fā)射光譜實(shí)驗(yàn)原理圖1.2 激光等離子體發(fā)射光譜的優(yōu)勢(shì)激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)是一種作為全新的測(cè)量物質(zhì)元素成分和元素含量的技術(shù)方法，主要依據(jù)不同元素的發(fā)光特性可以對(duì)應(yīng)特定的原子或離子譜線的波長(zhǎng)，元素的含量多少根據(jù)譜線相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行分析，此方法幾乎可以檢測(cè)出存在于自然界中以及人工合成的所有元素，由于技術(shù)手段廣泛的適應(yīng)性以及優(yōu)異的表現(xiàn)，在科研工作中獲得非常高的重視。近二十年來(lái)，激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)在科研領(lǐng)域中取得的科研成果與日俱增，比如激光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中的物理機(jī)制，通過(guò)激光等離子體模型的建立，可以更完整的解釋其理論。激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)屬于原子發(fā)射光譜法（AES）其中的一個(gè)分支，但兩種方法相比較下，激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)有了很大的改進(jìn)，所突出的優(yōu)點(diǎn)更為明顯：（Ⅰ)對(duì)于材料的選擇范圍更加廣泛�？梢赃m用于在物質(zhì)的不同狀態(tài)下（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和懸浮顆粒）進(jìn)行分析及檢測(cè)，對(duì)于一些超硬材料也可以進(jìn)行試驗(yàn)，比如陶

長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2圖 1.1 激光等離子體發(fā)射光譜實(shí)驗(yàn)原理圖1.2 激光等離子體發(fā)射光譜的優(yōu)勢(shì)激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)是一種作為全新的測(cè)量物質(zhì)元素成分和元素含量的技術(shù)方法，主要依據(jù)不同元素的發(fā)光特性可以對(duì)應(yīng)特定的原子或離子譜線的波長(zhǎng)，元素的含量多少根據(jù)譜線相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行分析，此方法幾乎可以檢測(cè)出存在于自然界中以及人工合成的所有元素，由于技術(shù)手段廣泛的適應(yīng)性以及優(yōu)異的表現(xiàn)，在科研工作中獲得非常高的重視。近二十年來(lái)，激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)在科研領(lǐng)域中取得的科研成果與日俱增，比如激光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中的物理機(jī)制，通過(guò)激光等離子體模型的建立，可以更完整的解釋其理論。激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)屬于原子發(fā)射光譜法（AES）其中的一個(gè)分支，但兩種方法相比較下，激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)有了很大的改進(jìn)，所突出的優(yōu)點(diǎn)更為明顯：（Ⅰ)對(duì)于材料的選擇范圍更加廣泛�？梢赃m用于在物質(zhì)的不同狀態(tài)下（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和懸浮顆粒）進(jìn)行分析及檢測(cè)，對(duì)于一些超硬材料也可以進(jìn)行試驗(yàn)，比如陶瓷類材料。

（a） （b）圖 1.3 飛秒激光（a）與納秒激光（b）燒蝕氮化硼等離子體光譜2005 年 ，Corsi 等人[15]通過(guò)激光燒蝕 Cu 樣品，分析激光作用后樣品表面的燒蝕坑深度對(duì)等離子體特性的影響。通過(guò)時(shí)空演化分辨方法觀察電子溫度和電子密度變化及影響。實(shí)驗(yàn)表明：由于燒蝕坑深度的加深，從而使激光作用到材料的能量損失較大，降低了等離子體譜線強(qiáng)度和等離子體參數(shù)數(shù)值。2008 年，Koichi 等人[16]在氮?dú)猸h(huán)境下使用（波長(zhǎng) 266nm、脈沖能量 37mJ、脈寬8ns、重復(fù)頻率 10Hz）YAG 激光器進(jìn)行研究激光燒蝕氮化硼產(chǎn)生的黑體溫度和等離子體電子密度在環(huán)境氣體約束效應(yīng)下的空間分布和時(shí)間延遲的演化。結(jié)果表明：環(huán)境氣體中黑體溫度的分布比真空中黑體溫度的分布更陡，這是由于環(huán)境氣體對(duì)等離子體的約束所造成的。隨時(shí)間的變化，電子密度在更高的氣壓條件下衰減更慢。2009 年，Tavassoli 等人[17]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)激光燒蝕鋁塊，樣品表面產(chǎn)生等離子體。樣品被加熱，初始溫度升高至 150℃，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)譜線強(qiáng)度也隨之升高，這樣可以對(duì)樣品成分分析更加精確。譜線的增強(qiáng)原因是燒蝕材料增多和熱等離子體產(chǎn)生的結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄭培超;劉紅弟;王金梅;于斌;楊蕊;張斌;王曉蒙;;激光脈沖能量對(duì)激光誘導(dǎo)鋁合金等離子體物理特性的影響[J];光子學(xué)報(bào);2014年09期

2 陳金忠;宋廣聚;孫江;李旭;魏艷紅;;納秒脈沖激光誘導(dǎo)土壤等離子體輻射強(qiáng)度研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2012年01期

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2 蘇茂根;空氣中激光誘導(dǎo)Cu等離子體發(fā)射光譜的實(shí)驗(yàn)研究[D];西北師范大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2826798