láseres , plasmas y materiales

Láseres, Plasmas y Materiales

Plasmas pulsados generados en la interacción radiación-

materia (Investigación Básica y

Aplicada )

Universidad Simón Bolívar

Universidad Simón Bolívar

Grupo registrado en DID: Enrique Iglesias , José Ruiz y Ricardo

CastellLaboratorio de Espectroscopía Láser y Plasmas

Laboratorio de Plasmas Pulsados

λ (nm) Energía (mJ) FWHM (ns) P (MW) J/cm2

1064 850 5,3 160,4

532 235 6,1 38,5

355 210 6,7 31,3 125266 ?? ??

Proyecto S-11 (DID)+ Jorge Stephany (Optica Cuántica y Teoría de

Campos)

Universidad Simón Bolívar

Universidad Simón Bolívar

Cámara de Alto Vacío Versátil

SISTEMA EXPERIMENTAL “SIMPLE”:

• LASER DE ALTA POTENCIA (OPTICA)

• BLANCO (sólido)

• CAMARA DE VACIO / GASES A PRESIONES CONTROLADAS

• MEDIO LIQUIDO

Universidad Simón Bolívar

Universidad Simón Bolívar

Ricardo Castell M.

T

Láser

blanco

“Generación de plasmas”

Liquid (droplets)

Plasmaplume

Ablación Láser Pulsada

“Tratamiento térmico de superficies”

Electrones, Fotones, Atomos y moléculas (ionizados y excitados) y Aglomerados(clusters))….

laser

Generación y composición del Plasma

Nb-YAG Láser (335nm, 150mJ, 7ns) sobre HAP

Universidad Simón Bolívar

Δt ≤ 150 ns

COMPLEJOS FENOMENOS FISICOS BASICOS:

• TRANSICIONES DE FASE (SOLIDO-LIQUIDO-GAS-PLASMA)

• EXCITACION Y DISOCIACION

• GENERACION Y EXPANSION DEL PLASMA (Ne, Te, v)

• REACCIONES PLASMA – GAS

• TERMALIZACION \ NUCLEACION

Universidad Simón Bolívar

Universidad Simón Bolívar

láser

x

Monochromator

slit

material

z

x - traslación

lentes

Zona de observación

láser

grafito

PLUMA

Lentes

IMAGEN

DEL

PLASMA

Monocromador

(rendija)

f

Espectroscopía Optica de Emisión

C II C III

Iglesias, Ruiz, Castell. Congreso Venezolano de Física, 2009

Láser

Plasma

Blanco

C

V

ROsc.

Diagrama Sonda Langmuir

d

d (cm) = 5 1,5

A(mm2) = 10,5 0,5

I

Universidad Simón Bolívar

0.0E+00 5.0E-07 1.0E-06 1.5E-06 2.0E-06 2.5E-06 3.0E-06-8.0

-7.0

-6.0

-5.0

-4.0

-3.0

-2.0

-1.0

0.0

1.0

C(2x10-4 Torr) 23.4 J/cm2S.L.:1.5cm; Area= 0.5mm2

52 V 43 V 34.5 V 26 V 17 V 8.6 V 8.6 V 0 V

t(s)

Seña

l(V)

Iglesias, Ruiz, Castell. Congreso Venezolano de Física, 2009

0 200 400 600 800 1000 12000.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Temperatura electrónica (1,5 cm)Ablación láser de Grafito

23.4 J/cm2(vacio)Linear (23.4 J/cm2(vacio))Linear (23.4 J/cm2(vacio))5 J/cm2(vacio)23.4 J/cm2(N2)18.3 J/cm2(N2)5 J/cm2(N2)Linear (5 J/cm2(N2))

t(ns)

Te(

eV

)

Iglesias, Ruiz, Castell. Congreso Venezolano de Física, 2009

APLICACIONES:

DEPOSICION Y CRECIMIENTO DE PELICULAS DELGADAS “ESPECIALES” (TiN, TiO, ZrN, TiAlN, HAP, etc.))

NANOESTRUCTURAS EN MEDIO LIQUIDO

Universidad Simón Bolívar

PLDRPLD

Plasma

Láser

Blancosubstrato

T

Gas

Universidad Simón Bolívar

Ricardo Castell M.

Universidad Simón Bolívar

ZrN sobre aceros (LA de Zr en atmósfera de N2)

TiN sobre acero

(LA en vacío)

HAP sobre Ti

(LA en vacío)

TEM electronic diffraction patterns of cubic ZrO produced under 1.5 mbar oxygen.

Zone axis [-1 1 0] and [0 -1 1]. JCPDS file 20-684

Ablación Láser (UV ) de sólidos en líquidosUniversidad Simón Bolívar

Nanoaglomerados de Criolita (Na3AlF6)-alumina generados en agua desionizada por ablación láser

ICP-OES and TXRF analysis of liquid-phase laser-ablated (LP-LA) nanoparticles of Cryolite-Alumina solutions . Ricardo Castell, Eduardo D. Greaves*, Lyzeth Abdala and Haydn Barros. Submitted to J. of Appl. Phys. B (April, 2012)

Universidad Simón Bolívar

y = 1,9854x + 0,7541R² = 0,987

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30

Sam

ple

A, d

iffer

ent l

aser

sho

tsIC

P-O

ES

Na

conc

entra

tion

(ppm

)

Sample A, different laser shots. ICP-OES Al concentration (ppm)

ICP-OES and TXRF analysis of liquid-phase laser-ablated (LP-LA) nanoparticles of Cryolite-Alumina solutions. Ricardo Castell, Eduardo D. Greaves*, Lyzeth Abdala and Haydn Barros. Submitted to J. of Appl. Phys. B (April, 2012)

Universidad Simón Bolívar

Ricardo Castell M.

Colaboraciones Fundamentales para análisis de productos

(películas, soluciones): Microscopía Electrónica (USB, UCV) Difracción de Rayos X (UCV) Espectroscopía Auger (UCV) ICP, TXRF (USB, Física Nuclear) Espectroscopía Láser (UCV- Química) Lab. Alta Tensión USB Plasma (Unal/Manizales-Colombia)

Universidad Simón Bolívar

Ricardo Castell M.

Acelerador coaxial de plasmas

Acelerador Coaxial de Plasmas (Diagnósticos)

Universidad Simón Bolívar