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Fabrication of Multiscale and Periodically Structured Zirconia Surfaces Using Direct Laser Interference Patterning
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2024-09-18 , DOI: 10.1002/adfm.202408949 Bruno Henriques 1, 2, 3 , Douglas Fabris 1 , Bogdan Voisiat 3 , Andrés Fabián Lasagni 3, 4
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2024-09-18 , DOI: 10.1002/adfm.202408949 Bruno Henriques 1, 2, 3 , Douglas Fabris 1 , Bogdan Voisiat 3 , Andrés Fabián Lasagni 3, 4
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The functionalization of zirconia surfaces by accurate and fast printing of periodical patterns embedding sub-micrometric features is of great interest to many engineering fields and is yet to be explored. This study aims to assess the influence of the Direct Laser Interference Patterning processing parameters on the morphology and microstructure of zirconia surfaces using a 532 nm 10 ps-pulsed laser source. Well-defined linear structures with a period of 3 µm are successfully produced. Depending on the laser parameters, the structures are developed at or below the surface level, with higher depths (≈1 µm) being seen for increasing values of laser fluence and pulse overlap. Line-like hierarchical structures with smaller interference spatial structures (3 µm period) and higher secondary structures with different periods (18, 15, and 12 µm) and heights (7, 5, and 3 µm, respectively) are also obtained on zirconia surface. Ablated regions presented few traces of molten material, nano-droplets, and sub-micrometric (<1 µm) pores, while no (sub) micrometric cracks are detected. A slight amount of tetragonal to monoclinic phase transformation (≈5%) is detected by X-ray diffractometry. A processability map for ps-laser processing of zirconia is proposed based on the experimental data.
中文翻译：
使用直接激光干涉图案制造多尺度和周期结构的氧化锆表面
通过准确、快速地打印嵌入亚微米特征的周期性图案来使氧化锆表面功能化，这引起了许多工程领域的极大兴趣，但还有待探索。本研究旨在使用 532 nm 10 ps 脉冲激光源评估直接激光干涉图案加工参数对氧化锆表面形态和微观结构的影响。成功生产出周期为 3 μm 的定义明确的线性结构。根据激光参数，结构在表面或以下形成，随着激光通量和脉冲重叠值的增加，可以看到更高的深度 （≈1 μm）。在氧化锆表面还获得了具有较小干涉空间结构 （3 μm 周期） 的线状分层结构和具有不同周期 （18、15 和 12 μm） 和高度 （分别为 7、5 和 3 μm） 的高级二级结构。烧蚀区域呈现出少量的熔融材料、纳米液滴和亚微米 （<1 μm） 孔，而未检测到 （亚） 微米裂纹。通过 X 射线衍射法检测到少量的四方到单斜相变 （≈5%）。基于实验数据，提出了氧化锆 ps 激光加工的可加工性图。
更新日期：2024-09-18
中文翻译：
使用直接激光干涉图案制造多尺度和周期结构的氧化锆表面
通过准确、快速地打印嵌入亚微米特征的周期性图案来使氧化锆表面功能化，这引起了许多工程领域的极大兴趣，但还有待探索。本研究旨在使用 532 nm 10 ps 脉冲激光源评估直接激光干涉图案加工参数对氧化锆表面形态和微观结构的影响。成功生产出周期为 3 μm 的定义明确的线性结构。根据激光参数，结构在表面或以下形成，随着激光通量和脉冲重叠值的增加，可以看到更高的深度 （≈1 μm）。在氧化锆表面还获得了具有较小干涉空间结构 （3 μm 周期） 的线状分层结构和具有不同周期 （18、15 和 12 μm） 和高度 （分别为 7、5 和 3 μm） 的高级二级结构。烧蚀区域呈现出少量的熔融材料、纳米液滴和亚微米 （<1 μm） 孔，而未检测到 （亚） 微米裂纹。通过 X 射线衍射法检测到少量的四方到单斜相变 （≈5%）。基于实验数据，提出了氧化锆 ps 激光加工的可加工性图。
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