Научная тема: «ЛАЗЕРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ»
Специальность: 01.04.21
Год: 2009
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Выделенный в диссертации класс систем уравнений, описывающих УФ модификацию вещества, имеет решение, которое при однородных начальных условиях представляют собой движение недеформируемого профиля с пере­менной скоростью. Эти уравнения применимы для моделирования широкого круга экспериментально изученных процессов. Эта симметрия решений по­зволяет получить аналитические решения для систем с движущейся границей описывающих такие физические явления как УФ лазерное травление и фото­химическую лазерную абляцию полимеров.
  2. При воздействии 3-ей гармоники Nd:YAG лазера на гели и органо-неорганических гибридные материалы на основе двуокиси титана наблюдает­ся сильное наведенное широкополосное оптического поглощение. Время су­ществования наведенного поглощения может быть как угодно долгим. Наве­денное поглощение связано с фотоиндуцированным переходом Ti4+- Ti3+. Эффективность образования Ti центров в гелях большая (в гелях кванто­вый выход составляет 0.25, до 7% Ti4+ могут быть переведены в Ti3+ состоя­ние, в гибридах соответственно 0,012, и 14%), по сравнению с эффективно­стью подобных процессов в кристаллах, порошках и коллоидных растворах TiO2. Основные закономерности этого явления описываются построенной в диссертации теоретической моделью.
  3. Лазерное облучение метилметакрилата и родственных ему мономеров в полосе поглощения мономера (Х=270 нм, четвертая гармоника Nd:YAP лазера) приводит к полимеризации в отсутствии специально введенных инициа­торов. Полимеризация здесь проходит в режиме просветления реакционной среды. Это делает возможным полимеризацию слоев, толщина которых су­щественно превышает исходную глубину проникновения инициирующего излучения. Построенная аналитическая модель этого явления позволяет опи­сать экспериментальные данные по лазероиндуцированному просветлению этой сложной среды при воздействии лазерного излучения различной интен­сивности.
  4. При облучении субмикронных пленок полиметилметакрилата излучением пятой гармоники Nd: YAP лазера (Х=216нм) ниже порога абляции наблюдает­ся уменьшение толщины облучаемой пленки, то есть происходит УФ лазер­ное травление. При прочих равных условиях абсолютная скорость травления увеличивается с увеличением исходной толщины пленки, в то время как от­носительная скорость, то есть отношение скорости к исходной толщине плен­ки, с увеличением исходной толщины падает. Скорость травления сущест­венно зависит от окружающей среды. В воздухе и в вакууме начальные ско­рости травления практически совпадают, но при продолжении облучения травление в воздухе происходит более эффективно. Эти особенности объяс­няются с помощью оригинальной объемной модели лазерного травления.
  5. Имеющиеся в литературе экспериментальные данные по абляции сильно поглощающих полимеров наносекундными и субпикосекундными лазерными импульсами УФ диапазона, приведенные в диссертации, описываются по­строенной в диссертации оригинальной объемной моделью фототермической лазерной абляции полимеров.
  6. Экспериментальные результаты по свеллингу ПММА с введенными краси­телями под воздействием наносекундных импульсов второй гармоники Nd: YAG лазера, полученные в диссертации, и опубликованные в литературе экс­периментальные результаты по динамике свеллинга чистого ПММА при воз­действии эксимерного KrF лазером с длиной волны 248нм, описываются ре­лаксационной моделью свеллинга полимерных материалов.
  7. Самообразующиеся некогерентные структуры, наблюдаемые при воздейст­вии лазерного излучения на растянутые полимерные пленки вблизи порога абляции, можно интерпретировать как системы расположенных на оптималь­ном расстоянии друг от друга трещин, которые развиваются в модифициро­ванном поверхностном слое.
  8. Прямая трехмерная оптическая однофотонная запись информации неэф­фективна из-за эффекта паразитной экспозиции. При двухфотонной записи для данной допустимой паразитной экспозиции существует оптимальная конфигурация точек записи, которая дает максимально возможную плотность информации. Эффект паразитной экспозиции не препятствует прямой двух-фотонной записи 100 терабайтных дисков.
  9. Выведенные в диссертации простые формулы позволяют для конкретных полимеризующихся сред оценить влияние диффузии малых радикалов на на­чальной стадии импульсной полимеризации на возможные минимальные рас­стояния между элементарными наноструктурами, а также сделать оценки ог­раничения, накладываемого на минимальный размер наноструктур флуктуа-ционными неоднородностями получающейся в результате полимеризации сетки зацепления макромолекул - геля.
  10. При объемной модификации вещества сильно сфокусированным пучком фемтосекундного лазера, когда модификация вещества связана с ионизацией, преобразование части энергии основной частоты во вторую гармонику может существенно понизить порог модификации как в случае как одноимпульсного, так и многоимпульсного воздействия.
Список опубликованных работ
1.Bityurin N. UV etching accompanied by modifications: Surface etching // Appl. Surf. Sci. 1999. -V.138-139. -P. 354-358.

2.Bityurin N., Luk´yanchuk B. S., Hong M. H., Chong T. C. Models for laser ablation of polymers // Chem. Rev. 2003. -V.103. - P. 519-552.

3.Bityurin N., Znaidi L., Kanaev A. Laser-induced absorption in Titanium Ox¬ide based gels // Chem. Phys. Lett. 2003. -V. 374. P. 95-99.

4.Kuznetsov A., Kameneva O., Alexandrov A., Bityurin N., Marteau Ph., Chhor K., Sanchez C., Kanaev A. Efficient light-induced charge separation and storage in titanium oxide gels // Phys. Rev. E, 2005. -V. 71, paper 021403.

5.Bityurin N., Kuznetsov A. I., Kanaev A. Kinetics of UV induced darkening of titanium - oxide gels // Appl. Surf. Sci. 2005. -V. 248, №1-4. -P. 86-90.

6.Каменева О.В., Кузнецов А.И., Смирнова Л.А., Розес Л., Санчес К., Ка-наев А., Александров А.П., Битюрин Н. М., Новые гибридные органо-неорганические материалы на основе полититаноксидного геля с эффектив¬ным УФ-индуцированным разделением зарядов //Доклады Академии Наук. 2006. -Т. 407, №1. - С. 29-31.

7.Kuznetsov A. I., Kameneva O., Bityurin N., Rozes L., Sanchez C., Kanaev A. Laser-induced photopatterning of organic-inorganic TiO2 based hybrid materials with tunable interfacial electron transfer // Phys. Chem. Chem. Phys. 2009. -V. 11. - P. 1248-1257.

8.Bityurin N., Pikulin A., Alexandrov A. Modeling of bleaching wave regime of UV laser polymerization of acrylates without initiators // Appl. Surf. Sci. 2003. -

V. 208-209. P. 481 - 485.

9.Babin A. A., Bityurin N. M., Polyakov A. V., Feldchtein F. I., Khvatova N. L. Nd-Laser fifth harmonic action on polymer films // Laser Physics. 1992. -V. 2 - P.805-810.

10.Александров А.П.,.Бабин А.А, Битюрин Н. М., Муравьев С.В., Фельд-штейн Ф. И. Нелинейный эффект образования сильно модифицированного слоя при УФ лазерном воздействии на полимерную пленку // Письма в ЖТФ, 1995. -Т.21, № 7. - С..22-25.

11.Bityurin N., Muraviov S., Alexandrov A., Malyshev A. UV laser modifica¬tions and etching of polymer films (PMMA) below ablation threshold // Appl. Surf. Sci. 1997. -V.110. -P. 270-275.

12.Castex M.C., Bityurin N., Olivero C., Muraviov S., Bronnikova N., Riedel D. VUV laser ablation of polymers. Photochemical aspect // Appl. Surf. Sci. 2000. - V. 168. -P.175-177.

13.Castex M.C., Bityurin N. Is the VUV laser ablation of polymers a pure pho¬tochemical process? // Appl. Surf. Sci. 2002. -V.197-198. -P. 805-807.

14.Bityurin N., Castex M.C. Nonstationary heating during VUV photochemical ablation of polymers // Appl. Phys. A. 2004. -V. 79. - P. 1381-1384.

15.Luk´yanchuk B,.Bityurin N., Himmelbauer M., Arnold N. UV-laser ablation of Polyimide: from long to ultra-short laser pulses // Nuclear Instr. and Methods in Physics Research B. 1997. - V.122. - P. 347-355.

16.Bityurin N., Arnold N., Luk´yanchuk B., Baeuerle D. Bulk model of laser ablation of polymers // Appl.Surf.Sci. 1998. -V. 127-129. -P. 164-170.

17.Arnold N., Bityurin N., Baeuerle D. Laser-induced thermal degradation and ablation of polymers: Bulk model // Appl.Surf.Sci. 1999. -V. 138-139. P. 212-217.

18.Arnold N., Bityurin N. Model for laser-induced thermal degradation and ab¬lation of polymers // Appl. Phys. A. 1999. -V. 68. -P. 615-625.

19.Битюрин Н. М. Объемная модель термической лазерной абляции по¬лимеров // Известия РАН, серия физическая. 2001. - Т. 65, №4. -С. 532-535.

20.Малышев А. Ю., Битюрин Н. М. Лазерная абляция сильно поглощаю¬щих диэлектриков двумя субпикосекундными импульсами // Квантовая Элек¬троника, 1999. -Т. 26, №2. - С. 134-138.

21.Bityurin N., Malyshev A. UV laser ablation of absorbing dielectric by ultra¬short laser pulses // Appl.Surf.Sci. 1998. -V. 127-129. -P. 199-205.

22.Bityurin N., Malyshev A. Bulk photothermal model for laser ablation of polymers by nanosecond and subpicosecond pulses // J.Appl. Phys. 2002. -V. 92, №1. -P. 605-613.

23.Luk´yanchuk B., Bityurin N., Anisimov S., Baeuerle D. The Role of Excited Species in UV-Laser Material Ablation, Part I: Photophysical Ablation of Organic Polymers // Appl. Phys. A. 1993. - V. 57. -P.367-374.

24.Luk´yanchuk B., Bityurin N., Anisimov S., Baeuerle D. The Role of Excited Species in UV-Laser Material Ablation, Part II: The Stability of Ablation Front // Appl. Phys. A, 1993. -V. 57. - P.449-455.

25.Luk´yanchuk B., Bityurin N., Anisimov S., Arnold N., Baeuerle D., The role of excited species in ultra-violet laser materias ablation. III. Non-stationary ablation of organic polymers // Appl.Phys. A. 1996. - V. 62. - P.397-401.

26.Himmelbauer M., Arnold N., Bityurin N., Arenholz E., Baeuerle D. UV-laser -induced periodic surface structures in Polyimide // Appl.Phys.A, 1997. -V.64, №5. - P.451-456.

27.Kamensky V., Feldchtein F., Gelikonov V.,.Snopova L., Muraviov S., Ma-lyshev A., Bityurin N., Sergeev A. In situ monitoring of laser modification process in human cataractous lens and porcine cornea using coherence tomography // J. Biomedical Optics. 1999. - V. 4, № 1. -P.137-143.

28.Malyshev A., Bityurin N., Laser swelling of soft biological tissue by IR pulses // Appl. Phys. A. 2004. -V.79. P. 1175-1179.

29.Малышев А. Ю., Битюрин Н. М. Модель лазерного свеллинга полимеров при воздействии наносекундных импульсов // Квантовая электроника. 2005. -Т.35, №9. -С.825-830.

30.Малышев А.Ю., Агарева Н.А., Мальшакова О.А., Битюрин Н. М., Формирование выпуклых микроструктур на поверхности полимерных материалов при лазерном облучении // Оптический журнал. 2007. -Т. 74. - С. 80 - 86.

31.Малышев А.Ю., Битюрин Н. М., Лазерный свеллинг полимерных ма¬териалов // Известия вузов: Приборостроение. 2006. - Т. 49, №9. -С. 9-13.

32.Bityurin N. Model for laser swelling of a polymer film // Applied Surface Science, 2009. DOI: 10.1016/j.apsusc.2009.04.105.

33.Bityurin N., Arenholz E., Arnold N., Baeuerle D. Laser-induced structure formation on stretched polymer foils // Phys. Rev. E., 2007. -V. 75. paper 041603.

34.Bityurin N., Luk´yanchuk B. S. Hong M. H., Chong T. C. Cross talk in three dimensional optical photochemical recording // Optics Letters. 2004. -V. 29,

No 17. -P. 2055-2057.

35.Pikulin A., Bityurin N. Spatial resolution in polymerization of sample fea¬tures at nanoscale // Phys. Rev. B. 2007. -V. 75. paper 195430.

36.Bityurin N., Kuznetsov A. Use of Harmonics for Femtosecond Micro-mashining in Pure Dielectrics // J. Appl. Phys. 2003. -V. 93. -P. 1567-1576.

37.Baeuerle D., Luk´yanchuk B., Bityurin N., Anisimov S. Pulsed-Laser Abla¬tion // in ´Excimer Lasers´, L.D. Laude Ed., NATO ASI Series. E265. - P.39-57. -Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1994.

38.Luk´yanchuk B., Bityurin N., Anisimov S., Baeuerle D. Photophysical Abla¬tion of Organic Polymers // in ´Excimer Lasers´, L.D. Laude Ed., NATO ASI Se¬ries. E265. - P.59-77. - Dordrecht: Kluwer Academic Publisher, 1994.

39.Anisimov S. I., Bityurin N. M., Luk´yanchuk B. S. Models for laser abla¬tion // in ´Photo-excited processes, diagnostics and applications´. Edited by A. Pe-led. - Dortrecht, Boston, London : Kluwer Acad. Publ. 2003. - P. 121-159.

40.Baeuerle D., Arenholz E., Svorcik V., Heitz J., Luk´yanchuk B., Bityurin N. Laser-induced surface modifications, structure formation, and ablation of organic polymers // Proc. SPIE. 1995. -V.2403. - P. 312-320.

41.Bityurin N., Malyshev A, Luk´yanchuk B., Anisimov S., Baeuerle D. Photophysical mechanism of UV laser action: the role of stress transients // Proc. SPIE. 1996.- V. 2802. -P. 103-112.

42.Alexandrov A.P., Babin A.A., Bityurin N.M., Bronnikova N.G., Muraviov S.V., Soustov L.V., Feldchtein F.I. Nonreciprocities in modification and etching of polymer films by Nd laser fifth-harmonic radiation // Proc. SPIE. 1996. - V. 2801. -P. 249-254.

43.Himmelbauer M., Bityurin N., Luk´yanchuk B., Arnold N., Baeuerle D., UV-laser-induced polymer ablation: The role of volatile species // Proc. SPIE. 1997.- V. 3093. P.220-224.

44.Bityurin N., Muraviov S., Alexandrov A., Bronnikova N., Malyshev A. UV laser modifications and etching of thin polymer films in different environments // Proc. SPIE. 1997. - V. 3093. -P. 108-116.

45.Luk´yanchuk B.,.Bityurin N., Malyshev A., Anisimov S., Arnold N., Baeuerle D., Photophysical ablation // Proc. SPIE. 1998. - V.3343. -P. 58-68.

46.Arnold N.D., Luk´Yanchuk B.S.,Bityurin N.M., Baeuerle D. Modeling of nanosecond-laser ablation: calculations based on a nonstationary averaging tech¬nique (spatial moments) // Proc. SPIE. 1998. - V. 3343. - P. 484-504.

47.Korytin A.I., Bityurin N.M., Alexandrov A.P.,.Babina N.A, Smirnova L.A., Babin A.A., .Sergeev A.M. Three-dimensional optical data recording and reading in polymer media with dyes // Proc. SPIE. 1998. -V. 3402, P. 129-136.

48.Bityurin. N.M., Korytin A.I., Muraviov S.V., Yurkin A.M. Second Har¬monic of Ti: Sapphire femtosecond laser as a possible tool for point-like 3D optical information recording // Proc. SPIE. 1999. - V. 3618. - P.122-129.

49.Alexandrov A. P., Muraviov S.V., Babina N. A., Bityurin N.M. Formation of 3D dielectric structures by initiating polymerization with the fourth harmonic of a Nd laser// Proc. SPIE. 2001. -V. 4423. -P.74-78.

50.Bityurin N.M., Model for photothermal laser ablation of polymer-like materials // Proc. SPIE. 2001. - V. 4423. - P. 197-205.

51.Malyshev A.Yu., Bityurin N.M. Laser ablation of polymers by ultra-short laser pulses (USLP): surface and bulk models// Proc. SPIE. 2001. - V. 4423. - P..218-225.

52.Malyshev A.Yu., Bityurin N.M. Laser swelling of polymer-like materials by nanosecond pulses: modeling // Proc. SPIE. 2006. -V.6161. paper 61610G.