Preparation of high-quality three-dimensional microstructures on polymethyl methacrylate surfaces by femtosecond laser micromachining and thermal-induced micro-leveling

材料科学 表面微加工 飞秒 表面粗糙度 微观结构 激光器 退火(玻璃) 傅里叶变换红外光谱 表面光洁度 复合材料 激光烧蚀 光学 制作 病理 替代医学 物理 医学
作者
Ziqing Ouyang,Jiangyou Long,Junwei Wu,Jinghao Lin,Xiaozhu Xie,Guibin Tan,Xiaohong Yi
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier BV]
卷期号:145: 107499-107499 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2021.107499
摘要

• A modified layer composed of low-weight chains exists on fs laser machined surfaces. • The modified layer melts more quickly than the bulk substrate during the annealing. • Smoot inner walls can be obtained by thermal-induced micro-leveling. • Low pulse energy and suitable feed rate are the keys to obtain high-quality surfaces. As a maskless method, femtosecond (fs) laser micromachining has been used to fabricate microstructures on polymethyl methacrylate (PMMA) substrates, but the fs laser ablation promotes the formation of pores and redeposited debris, generating high surface roughness ranging from hundreds of nanometers to several micrometers. Herein, high-quality three-dimensional microstructures are prepared on PMMA surfaces by fs micromachining under suitable parameters followed by a short annealing treatment. Thermogravimetric analysis coupled with Fourier transform infrared analysis (TG-FTIR) and Raman spectra results reveal that a modified layer may exist on the laser-machined surfaces, which melts more rapidly during the annealing. Improved surface quality is probably caused by the micro-leveling effect of the modified layer. Laser processing parameters greatly affect the final surface morphology. Under optimal parameters, the surface microstructures prepared by this method have sharp edges and smooth inner walls with an average profile surface roughness of 45 ± 15 nm.
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