Егор Владимирович Матвеев, канд. техн. наук, старший научный сотрудник
105187, Москва, Щербаковская ул., д. 53, стр. 15
Egor V. Matveev, Cand. Sc. (Engineering), Senior Researcher
105187, Moscow, Shcherbakovskaya str., 53, building 15
Борис Алексеевич Лапшинов, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник
105187, Москва, Щербаковская ул., д. 53, стр. 15
Boris A. Lapshinov, Cand. Sc. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher
105187, Moscow, Shcherbakovskaya str., 53, building 15
Анна Ивановна Гайдар, канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник
105187, Москва, Щербаковская ул., д. 53, стр. 15
Anna I. Gaidar, Cand. Sc. (Phys.-Math.), Leading Researcher
105187, Moscow, Shcherbakovskaya str., 53, building 15
Валентин Викторович Берестов, младший научный сотрудник
105187, Москва, Щербаковская ул., д. 53, стр. 15
Valentin V. Berestov, Junior Researcher
105187, Moscow, Shcherbakovskaya str., 53, building 15
Развитие методов лазерной карбонизации полимеров открывает широкие возможности для создания элементов гибкой электроники. Однако пока отсутствуют точные данные о технологических режимах лазерного пиролиза, в частности, не установлена оптимальная температура, невозможно обеспечить высокое качество синтезируемых материалов. Исследована зависимость температуры плёнок полиимида толщиной 100 и 200 мкм в области воздействия лазерного излучения с рабочей длиной волны 1064 нм от параметров лазерных импульсов, а также от режимов сканирования скорости движения луча и плотности заполнения растра. Температура определена бесконтактным методом спектральной пирометрии: тепловые спектры зафиксированы малогабаритным спектрометром HR2000+ (Ocean Optics, США) видимого диапазона 350–760 нм и переданы в компьютер для обработки специализированной программой «Spectral Pyrometry». Методом спектральной пирометрии и методом измерения мощности прошедшего излучения определены коэффициенты пропускания исходных плёнок и плёнок, обработанных методом лазерного сканирования. Установлено, что коэффициент пропускания исходных полиимидных плёнок толщиной 100 и 200 мкм на рабочей длине волны лазера составляет 87,0 и 85,5 % соответственно. Показано, что увеличение плотности заполнения растра повышает температуру полиимида в зоне обработки и уменьшает коэффициент пропускания обработанных плёнок. При лазерной обработке плёнок толщиной 100 и 200 мкм в импульсном режиме с плотностью заполнения растра 20 линий/мм коэффициент пропускания уменьшается до 7,5 и 3,0 % соответственно. Установлено, что вдоль линии лазерного сканирования формируется зона термического влияния, в которой наблюдаются изменения микроструктуры поверхности и оптических свойств полиимида. Ширина зоны зависит от режимов лазерного сканирования. Результаты работы будут полезны при подборе оптимальных режимов лазерного воздействия в задачах контролируемого синтеза углеродных структур, например лазерно-индуцированного графена.
The development of polymer laser carbonization methods opens up broad opportunities for creating flexible electronics components. However, a key problem remains the lack of precise data on the technological regimes of laser pyrolysis; in particular, the optimal temperature has not been established, making it impossible to ensure high quality of the synthesized materials. This paper investigates the temperature dependence of 100and 200μ m-thick polyimide films within the laser irradiation zone (wavelength 1064 nm) on laser parameters (power and pulse repetition rate) and scanning modes (beam velocity and hatch spacing) in continuous and pulsed regimes. The temperature was determined by spectral pyrometry: thermal radiation spectra were recorded using a compact HR2000+ (Ocean Optics, USA) visible-range spectrometer (350–760 nm) and transmitted to a computer for processing via specialized “Spectral Pyrometry” software.
The transmittances of the pristine films and those processed by laser scanning were determined using a spectrometric method and by measuring the transmitted power. It was found that the transmittance of the pristine 100and 200-μm-thick polyimide films at the operating laser wavelength is 87.0 % and 85.5 %, respectively. It is shown that increasing the scan line density (hatch spacing) increases the temperature in the processing zone and decreases the transmittance of the treated films. During laser processing of 100and 200μ m-thick films in the pulsed scanning mode with a hatch spacing of 20 lines/mm, their transmittance decreases to 7.5 % and 3.0 %, respectively. It was established that a heat-affected zone is formed along the laser scanning line, in which changes in the surface microstructure and optical properties of the polyimide are observed. The width of this zone depends on the laser scanning modes. The results of this work will be useful for selecting optimal laser exposure regimes in tasks involving the controlled synthesis of carbon structures, such as laser-induced graphene.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.