Journal de génie électrique et de technologie électronique

Perçage laser des métaux dans l'eau : un modèle

Voiture Julio

Le forage laser des métaux dans l'eau est une méthode essentielle pour la synthèse de nanoparticules avec une distribution de taille et une morphologie ajustables étant donné qu'il existe de nombreux paramètres expérimentaux (énergie, fréquence, longueur d'onde, durée d'impulsion, nombre d'impulsions, largeur de l'impulsion...) qui déterminent les caractéristiques des nanoparticules obtenues. L'une des quantités les plus importantes dépendant de ces paramètres est le volume des cratères à partir duquel la concentration et le diamètre des nanoparticules produites peuvent être déterminés. Ce travail montre que le profil gaussien des impulsions laser utilisées pour le forage des cratères se projette dans le profil gaussien de la dépendance de la profondeur par rapport au rayon du cratère obtenu. La base du modèle est l'hypothèse que la dépendance de la fluence sur la largeur de l'impulsion laser a la même forme mathématique que la dépendance de la profondeur du cratère sur le rayon du cratère. Des équations correspondantes pour ces dépendances ont été dérivées, ce qui a permis de déduire la formule du volume du cratère gaussien. Dans ce travail, deux méthodes de détermination du volume des cratères seront présentées et comparées pour la vérification des résultats obtenus. Français La première méthode est basée sur l'observation du cratère sous forme de cônes tronqués par morceaux et sur la somme de leurs volumes afin d'obtenir le volume complet du cratère tandis que la seconde considère la physique de la projection d'impulsions laser gaussiennes sur la forme gaussienne du profil du cratère où les paramètres sont déterminés par l'ajustement du profil gaussien modifié sur le profil du cratère. En mesurant l'énergie des impulsions laser à l'aide d'un iris, on a trouvé un diamètre d'impulsion laser ω 0  qui n'est pas le même que le rayon de diamètre ω  du cratère ni avant ni après la mise au point de l'objectif. La comparaison des volumes de cratères mesurés par microscopie optique et ceux modélisés avec un ajustement gaussien modifié montre une divergence de l'ordre de ±10  % pour Ag , ±5  % pour ZnO et ±15  % pour Au. Le modèle développé indique qu'il existe 3 points pertinents pour la description complète du cratère étant donné qu'il a un profil gaussien : le rayon de surface R 0 , la profondeur D  et la taille gaussienne ω  qui est égale au rayon à une profondeur de 1 e 2.  La comparaison des volumes de cratères mesurés par microscopie optique et ceux modélisés avec un ajustement gaussien à 3 points montre une différence de l'ordre de ±10  % pour Ag, ±15  % pour ZnO et ±20 % pour Au. Le profil de fluence des impulsions laser gaussiennes et les zones des trous de cratère successifs percés à chaque impulsion permettent de calculer l'énergie déposée dans le cratère où les paramètres cruciaux sont le seuil d'ablation d'un métal donné pour une longueur d'onde et une durée d'impulsion données et l'énergie incidente sur la cible métallique. Les énergies obtenues sont limitées par une limite inférieure qui correspond à l'énergie minimale nécessaire pour chauffer, faire fondre et évaporer une masse donnée de cible métallique et une limite supérieure donnée comme une énergie maximale incidente sur la cible métallique pour un nombre donné d'impulsions laser. La différence entre l'énergie de la limite supérieure et l'énergie déposée est égale à la diffusion de chaleur vers l'environnement du cratère et au rayonnement du plasma allumé pendant l'ablation laser.