飞秒激光无相变烧蚀镍钛形状记忆合金的分子动力学分子.docVIP

分类号 密级 U D C 编号 硕士学位论文 飞秒激光与二元合金相互作用机理及无相变烧蚀机制研究 研 究 生 姓 名： 唐一波 指导教师姓名、职称： 王新林 教授 学 科、专 业 名 称： 物理电子学 研 究 方 向： 激光与光电子技术及应用 2014 年 5 月 南华大学学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 南华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文是本人在南华大学攻读 （博/硕）士学位期间在导师指导下完成的学位论文。本论文的研究成果归南华大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。同意授权中国科学信息技术研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。对于涉密的学位论文，解密后适用该授权。 作者签名： 导师签名： 年 月 日 年 月 日 摘 要 清晰、明确超快激光与功能材料相互作用物理过程，是开展功能材料微纳无相变加工的理论基础。论文采用结合双温模型的分子动力学方法数值模拟了超快激光与NiTi形状记忆合金相互作用，深入分析了靶材非热平衡状态下的蚀除诱因及机理，研究了靶材基底无相变烧蚀机制，给出了飞秒激光无相变烧蚀NiTi形状记忆合金的参数区间。最后，论文初步探讨了非晶合金材料原子势函数的构筑，为开展数值模拟超快激光无相变烧蚀非晶合金工作奠定了一定的基础，本文主要内容及结论如下： (1) 结合超快激光与金属相互作用的物理过程，对比总结了各种描述超快激光与金属相互作用的理论模型，深入分析了双温模型、分子动力学理论。探讨了结合双温模型分子动力学模拟过程中施加各种边界条件的理论依据，并进一步优化了底部压力传输边界条件。 (2)深入的分析了飞秒激光烧蚀下NiTi形状记忆合金靶材的能量弛豫及微观相变过程，发现较低能量密度下，烧蚀压力波传播时引起热能弛豫，并诱导靶材发生相变，产生“三明治结构”。结果表明：即使在烧蚀阈值以下，镍钛形状记忆合金材料也容易在烧蚀压力波的作用下发生相变。 (3)详尽的探讨了飞秒激光烧蚀下NiTi形状记忆合金靶材的祛除过程，确定了NiTi形状记忆合金的烧蚀阈值及靶材蚀除机制。结果表明：脉宽为100fs时，NiTi形状记忆合金靶材的烧蚀阈值功率密度为40.5mJ/cm2。烧蚀阈值附近，靶材蚀除的机制是热机械蚀除和机械破碎同时作用，但在特定参数条件下其中的一种蚀除机制效应更明显。更高功率密度下，靶材发生相爆炸。 (4)在参考超快激光烧蚀非晶合金材料实验的基础上，初步开展了超快激光与非晶合金材料相互作用的理论工作，探讨了非晶合金材料原子势函数的构筑。 关键词：飞秒激光，无相变加工，非晶合金，结合双温模型的分子动力学 The Mechanics and Numerical Simulation of Femtosecond Laser Ablation of NiTi Shape Memory Alloy Abstract The deep understanding of the basic physics mechanism involved in the femtosecond laser ablation of metals is of great importance in terms of improving the efficiency and quality of laser micro-machining， and optimizing the processing technology. In this paper, a hybrid simulation combined two-temperatu