Анізотропія індукованого лазером теплового випромінювання шорстких вуглецевих поверхонь
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.6.355Ключові слова:
анiзотропiя, iндуковане лазером теплове випромiнювання, кiнетика, шорсткi поверхнi, вуглецьАнотація
У данiй роботi дослiджено видиме теплове випромiнювання вуглецевих матерiалiв при опромiненнi iнфрачервоними лазерними iмпульсами наносекундної тривалостi. Для шорстких вуглецевих поверхонь експерименти показують, що тривалiсть iмпульсу iндукованого лазером теплового випромiнювання залежить вiд напрямку спостереження. Зокрема, при спостереженнi вздовж поверхнi матерiалу тривалiсть iмпульсу випромiнювання зазвичай на 20–40% бiльша, нiж у напрямку, перпендикулярному до поверхнi. Для пояснення спостережуваної анiзотропiї кiнетики лазерно-iндукованого теплового випромiнювання запропоновано розрахункову модель, яка враховує значну неоднорiднiсть iмпульсного лазерного нагрiву шорстких поверхонь. Комп’ютерне моделювання передбачає, що вершини та западини рельєфу поверхнi можуть бути нагрiтi до суттєво рiзних локальних температур, а температурна релаксацiя у вiдносно гарячих пiках довша, нiж у вiдносно холодних долинах. Як наслiдок, коли iндуковане лазером теплове випромiнювання спостерiгається вздовж поверхнi, долини затiняються пiками, i ця обставина приводить до спостережуваної анiзотропiї кiнетики теплового випромiнювання. Результати комп’ютерного моделювання з урахуванням ефекту затiнення узгоджуються з результатами вимiрювань.
Посилання
1. C.Y. Yap, C.K. Chua, Z.L. Dong, Z.H. Liu, D.Q. Zhang, L.E. Loh, S.L. Sing. Review of selective laser melting: Materials and applications. Appl. Phys. Rev. 2, 041101 (2015).
https://doi.org/10.1063/1.4935926
2. P. Hildinger, T. Seefeld, A. Bohlen. Characterization of optical emissions during laser metal deposition for the implementation of an in-process powder stream monitoring. J. Laser Appl. 35, 042048 (2023).
https://doi.org/10.2351/7.0001161
3. Z. Yan, W. Liu, Z. Tang, X. Liu, N. Zhang, M. Li, H. Zhang. Review on thermal analysis in laser-based additive manufacturing. Optics and Laser Technology 106, 427-41 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.04.034
4. T. Shimotsuma, A. Geshiro, M. Tsuyama, M. Heya, H. Nakano. Double-pulse laser peening as a surface enhancement technology. J. Laser Appl. 36, 042064 (2024).
https://doi.org/10.2351/7.0001556
5. E. Khalkhal, M. Rezaei-Tavirani, M.R. Zali, Z. Akbari. The evaluation of laser application in surgery: A review article. J. Lasers in Med. Sci. 10 (Suppl. 1), S104 (2019).
https://doi.org/10.15171/jlms.2019.S18
6. M. Bachmann, A. Artinov, X. Meng, S.N. Putra, M. Rethmeier. Challenges in dynamic heat source modeling in high-power laser beam welding. J. Laser Appl. 35, 042003 (2023).
https://doi.org/10.2351/7.0001079
7. X. Zhang, C.J. Yocom, B. Mao, Y. Liao. Microstructure evolution during selective laser melting of metallic materials: A review. J. Laser Appl. 31, 031201 (2019).
https://doi.org/10.2351/1.5085206
8. L. Hou, F. Yin, S. Wang, J. Sun, H. Yin. A review of thermal effects and substrate damage control in laser cleaning. Optics and Laser Technology 174, 110613 (2024).
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2024.110613
9. O. Ashraf, N.V. Patel, S. Hanft, S.F. Danish. Laserinduced thermal therapy in neuro-oncology: A review. World Neurosurgery 112, 166 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.wneu.2018.01.123
10. S.E. Zelensky, L.V. Poperenko, A.V. Kopyshinsky, K.S. Zelenska. Nonlinear characteristics of laser-induced incandescence of rough carbon surfaces. Proc. SPIE 8434, 8434H-1-6 (2012).
https://doi.org/10.1117/12.921999
11. K.S. Zelenska, S.E. Zelensky, A.V. Kopyshinsky, S.G. Rozouvan, T. Aoki. Laser-induced incandescence of rough carbon surfaces. Japanese J. Appl. Phys.: Conf. Proc. 4, 011106-1-6 (2016).
https://doi.org/10.56646/jjapcp.4.0_011106
12. V. Karpovych, K. Zelenska, S. Yablochkov, S. Zelensky, T. Aoki. Evolution of laser-induced incandescence of porous carbon materials under irradiation by a sequence of laser pulses. Thai J. Nanosci. Nanotechnol. 2 (2), 14 (2017).
13. V. Karpovych, O. Tkach, K. Zelenska, S. Zelensky, T. Aoki. Laser-induced thermal emission of rough carbon surfaces. J. Laser Appl. 32, 012010 (2020).
https://doi.org/10.2351/1.5131189
14. S.E. Zelensky, T. Aoki. Decay kinetics of thermal emission of surface layers of carbon materials under pulsed laser excitation. Optics and Spectroscopy 127, 858 (2019).
https://doi.org/10.1134/S0030400X19110298
15. S. Zelensky, O. Kolesnik, V. Yashchuk. The role of air in laser-induced thermal emission of surface layers of porous carbon materials. Ukrainian J. Phys. 68 (10), 652 (2023).
https://doi.org/10.15407/ujpe68.10.652
16. D.A. Paige, M.A. Siegler, J.A. Zhang, P.O. Hayne, E.J. Foote, K.A. Bennett, A.R. Vasavada, B.T. Greenhagen, J.T. Schofield, D.J. McCleese, M.C. Foote, E. Dejong, B.G. Bills, W. Hartford, B.C. Murray, C.C. Allen, K. Snook, L.A. Soderblom, S. Calcutt, F.W. Taylor, N.E. Bowles, J.L. Bandfield, R. Elphic, R. Ghent, T.D. Glotch, M.B. Wyatt, P.G. Lucey. Diviner lunar radiometer observations of cold traps in the Moon's south polar region. Science 330 (6003), 479 (2010).
https://doi.org/10.1126/science.1187726
17. B. Rozitis, S.F. Green. Directional characteristics of thermal-infrared beaming from atmosphereless planetary surfaces - a new thermophysical model. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 415 (3), 2042 (2011).
https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2011.18718.x
18. T.J. Warren, N.E. Bowles, H.K. Donaldson, J.L. Bandfield. Modeling the angular dependence of emissivity of randomly rough surfaces. J. Geophysical Research: Planets 124, 585 (2019).
https://doi.org/10.1029/2018JE005840
19. E.S. Krayenhoff, J.A. Voogt. Daytime thermal anisotropy of urban neighbourhoods: Morphological causation. Remote Sens. 8 (2),108 (2016).
https://doi.org/10.3390/rs8020108
20. D. Wang, Y. Chen, I. Hu, J.A. Voogt, X. He. Satellitebased daytime urban thermal anisotropy: A comparison of 25 global cities. Remote Sensing of Environment 283, 113312 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.113312
21. B. Cao, Q. Liu, Y. Du, J.-L. Roujean, J.-P. GastelluEtchegorry, I.F. Trigo, W. Zhan, Y. Yu, J. Cheng, F. Jacob, J.-P. Lagouarde, Z. Bian, H. Li, T. Hu, Q. Xiao. A review of Earth surface thermal radiation directionality observing and modeling: Historical development, current status and perspectives. Remote Sensing of Environment 232, 111304 (2019).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
