【摘 要】
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液体表面张力在先进制造技术,微流控技术以及多种化学/生物工程技术扮演着至关重要的角色。相较于现代固态电子性质的超快调控技术,人类对液体表面原子结构的操控长久以来局限在宏观时空尺度。与此同时,飞秒激光已被广泛应用于超限制造和加工技术的研发之中,展现出对微纳尺度的物质结构与热力学性质精准调控的巨大优势。本论文基于电子-原子双温模型与分子动力学结合的计算机模拟技术,发展了一套超快激光辐照作用下金属液体表
【基金项目】
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国家自然科学基金； 上海市重大专项；
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液体表面张力在先进制造技术,微流控技术以及多种化学/生物工程技术扮演着至关重要的角色。相较于现代固态电子性质的超快调控技术,人类对液体表面原子结构的操控长久以来局限在宏观时空尺度。与此同时,飞秒激光已被广泛应用于超限制造和加工技术的研发之中,展现出对微纳尺度的物质结构与热力学性质精准调控的巨大优势。本论文基于电子-原子双温模型与分子动力学结合的计算机模拟技术,发展了一套超快激光辐照作用下金属液体表面热力学量时空演化的高精密度计算方法,并应用于低剂量单脉冲飞秒激光和皮秒激光辐照下的金属液体表面体系（Al、Ti和Ni）中。本文展示了以超短时能量包注入方式精密操控物质界面原子结构的理论可能,预言了飞秒激光诱导的表层以下非流体静压区域的形成以及表面张力数值的超快调节效应。本文凭借高精度压强张量和应力的时空演化阐释了表面张力超快调控的物理机制,提出了关于飞秒激光辐照引起的粒子堆积弛豫各向异性的新见解。与此同时,本文还发现在相同辐射能量吸收下,由于脉宽长度远大于液体本身密度弛豫特征时间尺度,单脉冲皮秒激光无法对熔融金属表面力学性质实现调节。本论文的研究发现,为探索处于极端非平衡态的超快物理过程及相关性质的动力学演化提升了统计精度标准,并有望将金属表面控制工程提升到一个新层次,启发新应用潜能,如:超快表面定向质量输运和液体表面形貌/纹理的控制等。
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