在超快激光照射过程中,金属靶材的光学性质是动态变化的。采用双温模型与分子动力学结合法,考虑动态和常数光学性质两种情况,对不同脉宽的超快激光照射下铜薄膜的热响应进行了模拟研究。其中,常数光学性质包括由激光沉积能量相等计算得到的等效平均反射率和室温下的吸收系数。结果表明: 两种情况下的电子温度和晶格温度均差别较小,尤其是脉宽远小于电子-晶格弛豫时间的飞秒激光;而当激光脉宽相当于或大于电子-晶格弛豫时间时,如皮秒激光,光学性质的动态变化对材料的熔化和重凝的影响则比较明显。

表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术是一种基于探测吸附于金属基底表面分子振动光谱的快速无损检测方法, 目前广泛应用于表面吸附、 电化学催化、 传感器、 生物医学检测和痕量的检测与分析等领域。 本实验采用直流磁控溅射技术在BK7玻璃基底上沉积一层厚度为50 nm的金属铜薄膜, 在Ar离子轰击作用下获得不同表面粗糙度的金属铜薄膜样品, 从而制备具有不同表面增强拉曼光谱活性的金属基底。 实验样品分别通过X射线衍射仪（XRD）、 原子力显微镜（AFM）、 分光光度计、 拉曼光谱仪表征其结构、 表面形貌及光学性质。 测试结果表明铜膜在Ar离子束轰击前后, 样品X射线衍射谱的峰值强度没有发生变化, 说明其晶相结构未发生改变;随着离子束能量的增加, 薄膜表面粗糙度改变, 光学散射强度随着表面粗糙度的增加而增强;离子束薄膜表面改性后, 以罗丹明B(Rh B)为探针分子, 表征薄膜样品表面增强拉曼的活性, 通过对比不同样品表面Rh B的拉曼光谱, 发现其光谱强度随金属铜薄膜样品表面粗糙度的增加而增强。

为了研究基于AFM的单晶铜薄膜压痕过程,建立了单晶铜薄膜纳米压痕过程的三维分子动力学模型。采用对势Morse势计算试件原子之间,试件原子和压头原子之间的相互作用。模拟了不同压入深度(0、0.361、0.722、1.083 nm)的压痕过程,分析了压入深度对压头应力、系统势能变化的影响。结果显示,单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形。当压入深度增加时,系统势能变化增大(最大的压入深度对应的系统势能变化为-83 900～-83 400 eV),压头受力变化增大(最大压力深度对应的受力为-0.3～70 nN),体现出强烈的尺寸效应。

具有材料理论密度的金属薄膜对于材料高压状态方程(EOS)研究而言具有重要的意义.本文提出采用金刚石车削技术,利用超精密金刚石车床、金刚石圆弧刀具及真空吸附夹持技术,对纯铝和无氧铜进行端面车削,完成了EOS实验用铝薄膜和铜薄膜的车削加工,实现了薄膜密度接近材料理论密度.精加工工艺参数为:进给量0.001 mm/r,主轴转速3000 r/min,切削深度1 μm.采用Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪进行测量,结果表明:铝薄膜、铜薄膜厚度可以达到小于10 μm水平,表面均方根粗糙度小于5 nm,原始最大轮廓峰-谷高度小于50 nm,厚度一致性好于99%.