【簡單介紹】
【詳細說明】
掃描電鏡(scaning electromlcroscopy,SEM)是研究聚合物形態結構的一個重要工具,可以將微小物體放大幾十萬倍甚*百萬倍,可以分辨零點幾個納米的結構。由電子槍發出直徑為20~50um的電子束,經1~30kV的陽極電壓加速后,再經過電磁透鏡將它在樣品表面匯聚成幾納米的細束,并在偏轉線圈的作用下,對樣品表面進行逐點掃描。由于激光入射電子束的能密度高、能量大,因此在與樣品表面相互作用時能夠激發樣品產生多種物理信號(如二次電子、X射線、熒光等).用信號檢測器收集某種物理信號,經光電倍增管或前置放大器放大,再經視屏放大器放大即可作為調制信號,經陰極射線管轉換成熒光品上顯示樣品表面特征的掃描圖像。
為了進一步考察聚合物表面刻蝕后的表面形貌,用日立S-570型激光切割機掃描電鏡觀察了不同入射能量下PMMA刻蝕后的表面形貌。如(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)所示,(a)是未經刻蝕的PMMA表面,(b)、(C)、(d)、(e)和(f)的刻蝕入射能量分別為4.4J/cm2、8.8J/cm2、13.2J/cm2、17.6J/cm2和22.0J/cm2.
激光切割機入射能量在4.4J/cm2時刻蝕表面粗糙度Rq為0.33um,對應著(b)圖的表面明顯比其他幾幅圖有更多不規則的表面凸起;(c)圖的氣孔小而且均勻,其入射能量正好在9~11j/cm2之間;(d)、(e)和(f)三圖的入射能量逐漸增加,不規則的大氣孔逐漸出現,但變化趨勢不是很明顯,跟在入射能量達到10J/cm2后,粗糙度隨著入射能量的增加緩慢增加相*。
在激光雕刻切割機入射能量為14.7J/cm2的條件下,我們測量了不同的激光雕刻切割機脈沖數下的刻蝕表面的輪廓偏距的算術平均值(表示為Ra)、均方根值(表示為Rq)和取樣范圍內5個zui大輪廓峰高和谷深的算術平均值(表示為Rz)。
由中可知,隨著激光雕刻切割機脈沖數的增加,Ra和Rq逐漸增加,在第15個脈沖左右達到zui大值,隨后逐漸變小。而微觀不平整度Rz卻仍然逐漸增加,近似和脈沖數的三次方根成正比.Ra和Rq與Rz的變化規律不同,這是由它們的定義和形成機制不一樣造成的.Ra和Rq是由在激光雕刻切割機刻蝕過程中,聚合物碎片快速逃離刻蝕表面,形成了凹凸不平的微結構造成的。由于尺寸效應,微納米級尺寸的微細結構的傳熱、光吸收特性、熔點等物理性質和塊體材料有著顯著的不同,比如光吸收率增加、熔點降低等。激光雕刻切割機刻蝕過程中微納結構的形成和融化、解縮互相競爭,導致了Ra和Rq隨脈沖數的變化。在開始刻蝕的前15個脈沖,微結構的形成過程占優,刻蝕區域形成凹凸不平的微結構,這些微結構之間的峰高和谷身之差隨著脈沖數的增加而增加,所以Ra和Rq的值逐漸增加;在第15個脈沖以后,微結構的融化和解縮過程占優,凹凸不平的微結構逐漸開始融化、解縮,所以Ra和Rq的值又逐漸減小.Rz則是由于材料和光源的不均勻引起的,隨著激光雕刻切割機脈沖數的增加,光源不均勻造成的影響增加,刻蝕深度增加,材料的不均勻程度造成的影響也有所增加,所以Rz是隨著脈沖數的增加而不斷增大。
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