研究目的
研究金属纳秒激光烧蚀过程的数学模型、计算算法及建模方法，重点关注爆炸性沸腾和相爆炸的机理。
研究成果
所开发的水动力学模型和计算算法有效模拟了金属中非均质与均质蒸发的相互关联机制，证明爆炸性沸腾是纳秒激光烧蚀中的重要热力学机制。近表面温度峰值的出现对相爆炸过程至关重要。通过与实验数据和原子尺度模型的对比，验证了该模型的可靠性。
研究不足
该研究的局限性在于原子尺度建模方法的计算约束，以及连续介质方法在准确描述均质相变和计算宽参数范围内材料特性时面临的挑战。
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激光烧蚀——从基础到应用 || 纳秒激光烧蚀：数学模型、计算算法与建模
DOI：10.5772/intechopen.70773
出版年份：2017
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
本文研究了激光作用于金属的各种模式的基本数学模型、计算算法及数学建模结果。研究表明，对于凝聚态介质的激光加热、熔融和蒸发的过程进行数学描述和分析时，采用了多种理论方法：连续介质法、动力学法、原子尺度法等。每种方法都有其适用范围、优点和缺点。纳秒激光烧蚀的数学描述通常在连续介质法的框架下，以考虑受辐照材料对密度、压力及能量变化（既存在于靶材中，也存在于蒸汽-气体介质中）响应的流体动力学模型形式进行。在连续介质法框架内，构建了一个适用于模拟嵌入气体介质中金属靶材的纳秒脉冲激光烧蚀（ns-PLA）的多相、多前沿流体动力学模型及计算算法。研究表明，所提出的模型和计算算法能够模拟表现为一系列爆炸性沸腾的金属异相与均相蒸发的相互关联机制。模拟结果表明，金属中的爆炸性沸腾是由于近表面温度极大值的存在而引发的。研究证实，在纳秒脉冲激光烧蚀中，可以实现以相爆炸为主要材料去除机制的作用模式。通过将实验数据及计算结果与原子尺度模型进行对比，验证了所得结果的可靠性。
作者：
Vladimir I. Mazhukin
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