Титан, хром, гафний и их оксиды относятся к важным тугоплавким материалам, широко используемым в различных областях промышленности. Температура их плавления попадает в диапазон 1700–2800 °C, также они обладают высокой прочностью, устойчивы к коррозии, способны выдерживать неблагоприятные условия эксплуатации и высокие температуры. Благодаря этому данные материалы используются в авиастроении, судостроении, медицинских имплантах и производстве турбин.
Поверхностное структурирование данных материалов на субмикронном масштабе позволяет изменять оптические, химические, а также физические свойства материалов. Так в частности, было показано, что создание периодических структур на поверхности титана позволяет уменьшить коэффициент трения в несколько раз, что в результате увеличивает срок службы различных подвижных элементов. Кроме того, поверхностное структурирование позволяет увеличить биосовместимость титановых имплантов. Изменение оптических свойств поверхностей в результате создания микрорельефа находит применение при разработке антиотражающих структур, защитных меток и структурной окраски материалов.Проект ИАиЭ СО РАН в рамках гранта РНФ посвящен исследованию эффекта формирования лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур (ЛИППС) − уникальному явлению, которое наблюдается при воздействии ультракоротких лазеров на поверхность различных материалов (металлов, полупроводников и диэлектриков). Технология записи ЛИППС имеет перспективы практического применения в оптоэлектронике, нанофотонике, машиностроении и в технологических приложениях в области медицины.
«Нами была установлена линейная зависимость периода от длины волны лазерного излучения для термохимических лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур (ТЛИППС), сформированных на плёнке титана (Ti) за счёт процесса оксидирования, что свидетельствует об электромагнитной природе явления и открывает возможности по управлению параметрами структур. Воздействие лазерного излучения на плёнки металла в различных газовых средах (воздух, вакуум, азот) приводит не только к изменению морфологии образующихся структур, но также в случае азотной среды к образованию ТЛИППС с комплексным составом двуокиси титана (TiO2) и нитрида титана (TiN), который является привлекательным «плазмонным» материалом в качестве альтернативы широко используемым благородным металлам: серебру и золоту», – делится в.н.с., к.ф.-м.н., руководитель гранта Александр Достовалов.Основная цель выполняемых работ – исследование новых режимов формирования периодических субволновых структур на поверхности различных металлов и полупроводников, детальное исследование их свойств и механизмов формирования, разработка высокопроизводительных, гибких и относительно простых методов создания упорядоченных массивов поверхностных наноструктур, в том числе для сенсорных применений.
В ИАиЭ СО РАН совместно с группой А. А. Кучмижака из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ) подошли к изучению данной темы с большим интересом, поскольку это открывает возможности по контролируемому, высокопроизводительному структурированию поверхности различных материалов на субмикронном масштабе. Кроме того, технологический процесс является одностадийным и не требует специальных внешних условий (высокого класса чистоты помещений и высокого вакуума), в отличие от трудоёмких дорогостоящих литографических методов. Структуры могут быть сформированы на больших площадях, а также на криволинейных поверхностях (например, на боковой поверхности оптического волокна), что осуществить с помощью альтернативных методов достаточно проблематично.
Сотрудникам ИАиЭ СО РАН удалось продемонстрировать интересный режим формирования субволновых высокоупорядоченных структур, при котором не происходит загрязнения поверхности продуктами абляции, поскольку удаление материала с поверхности осуществляется посредством процесса сублимации, т. е. перехода материала из твердой фазы в газовую.
