Моделювання теплових ефектiв у полiiмiднiй мiшенi пiд впливом iмпульсного лазерного випромiнювання
Анотація
Полiiмiд широко цiнується в сучасних технологiях завдяки своїй чудовiй термостабiльностi та механiчнiй мiцностi. Розумiння того, як вiн реагує на iмпульсне лазерне опромiнення, має вирiшальне значення для точного лазерного мiкровиробництва та для iнтерпретацiї умов, якi можуть призвести до утворення лазерно-iндукованого графену (LIG). У цьому дослiдженнi ми використовуємо COMSOLMultiphysics для моделювання змiни температури та теплопередачi у зразку полiiiмiду, що пiддається впливу iмпульсного лазерного випромiнювання.Модель враховує температурно-залежнi тепловi властивостi, поглинання лазера згiдно iз законом Бера-Ламберта та гауссiв енергетичний профiль лазерного променя. Нашi результати показують, як лазерний флюенс та перекриття iмпульсiв впливають на накопичення тепла в полiмерi. Хоча сам процес утворення графену тут не моделюється, термiчний аналiз надає цiнну iнформацiю про фототермiчнi умови, що стосуються процесiв, пов’язаних з LIG.
Завантаження
Посилання
X. Ye, et al. ”A review on the laser-induced synthesis of graphene and its applications in sensors,” Journal of Materials Science, 59(26), 11644-11668 (2024). https://doi.org/10.1007/s10853-024-09883-z
K. Xu, et al. ”Toward integrated multifunctional laser-induced graphene-based skin-like flexible sensor systems,” ACS nano, 18(39), 26435-26476 (2024). https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09062
J. Pola, ”Thermal reactive modifications of polymer surfaces by infrared laser radiation,” Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 169, 105819 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jaap.2022.105819
D. Shen, X. Zhang, and L. Zhu, ”Laser processing for electricity generators: Physics, methods and applications,” Nano Energy, 120, 109182 (2024). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109182
A.K. Singh, et al. ”Parametric investigation on laser interaction with polyimide for graphene synthesis towards flexible devices,” Journal of Physics D: Applied Physics, 56(1), 015305 (2022). https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac9ce7
H.D. Vora, et al. ”One-dimensional multipulse laser machining of structural alumina: evolution of surface topography,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 68(1), 69-83 (2013). https://doi.org/10.1007/s00170-012-4709-8
M.G. Stanford, et al. ”High-resolution laser-induced graphene. Flexible electronics beyond the visible limit,” ACS applied materials.interfaces, 12(9), 10902-10907 (2020). https://doi.org/10.1021/acsami.0c01377
X. Ruan, et al. ”Experimental and modeling study of CO2 laser writing induced polyimide carbonization process,” Materials. Design, 160, 1168-1177 (2018). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.10.050
Z. Ali, and A. D’Amore, ”Fabrication of Synergistically Induced Carbon Fiber/Graphene Reinforced Polydimethylsiloxane Composites with High Thermal Conductivity,” Macromolecular Symposia, 413(4), (2024). https://doi.org/10.13140/RG.2.2.16808.28166
H. Awasthi, et al. ”Rapidly synthesized laser-induced graphene and its derivatives for miniaturized energy devices: Principles, applications, and challenges,” Applied Physics Reviews 12(2), (2025). https://doi.org/10.1063/5.0242637
C. Kincal, and N. Solak. ”Controlling thermoelectric properties of laser-induced graphene on polyimide,” Nanomaterials 14.10 (2024): 879. https://doi.org/10.3390/nano14100879
P.C. Wang, et al. ”Flexible Pressure Sensors Based on Laser-Induced Graphene,” in: Electrochemical Society Meeting Abstracts MA2024-02 2623, No. 39. (The Electrochemical Society, Inc., 2024). https://doi.org/10.1149/MA2024-02392623mtgabs
H. Wu, et al. ”Femtosecond Laser Opening Hierarchical Lamination: Micro-Nano Hybrid Scissoring of Three-Dimensional Nitrogen-Doped Graphene for Solar Steam Generation,” Nano Letters, 25(11), 4143-4153 (2025). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04053
A.I. Japakov, et al. ”The impact of laser radiation frequency on the formation of the main characteristics of ions in a mono-element laser plasma,” EPJ Web of Conferences, 318, 05002 (2025). https://doi.org/10.1051/epjconf/202531805002
M. Akhmedov, et al. ”Picosecond-pulsed laser ablation of aluminum foils: crater morphology and plasma parameters,” Engineering Research Express, 7(3), 035362 (2025). https://doi.org/10.1088/2631-8695/ae0092
M.E. Vapaev, et al. ”Laser fluence-dependent LIPSS formed on the surface of niobium alloys.” EPJ Web of Conferences, 318, 05005 (2025). https://doi.org/10.1051/epjconf/202531805005
A.I. Japakov, et al. ”Spectra of Multiply Charged Ions in Laser Plasma Formed from Gas-Containing Targets,” East European Journal of Physics, (3), 490-494 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-3-55
G.S. Boltaev, et al. ”Impact of plasma conditions on the shape of femtosecond laser-induced surface structures of Ti and Ni,” Applied Physics A, 128(6), 488 (2022). https://doi.org/10.1007/s00339-022-05614-w
R. Geremia, D. Karnakis, and D.P. Hand, ”The role of laser pulse overlap in ultrafast thin film structuring applications,” Applied Physics A, 124(9), 641 (2018). https://doi.org/10.1007/s00339-018-2045-z
M.R. Bedilov, Kh.B. Beisembaeva, and I.Yu. Davletov, ”Effect of γ-radiation-induced defects in glass on laser destruction,” Physics of the Solid State, 44(6), 1093-1097 (2002). https://doi.org/10.1134/1.1485013
M.R. Bedilov, et al. ”Multiply charged ion spectra of a laser plasmaproduced on both sides of the target,” Quantum Electronics, 31(5), 453 (2001). https://doi.org/10.1070/QE2001v031n05ABEH001977
M.R. Bedilov, R.T. Khaidarov, and I.Yu. Davletov, ”Spectra of ions in a four-element laser plasma,” Quantum Electronics, 25(6), 567 (1995). https://doi.org/10.1070/QE1995v025n06ABEH000415
L. Ionel, and C. Viespe, ”Numerical Investigation of Enhanced High-Intensity Laser–Matter Interactions in Nanowire-Coated Conical Targets,” Nanomaterials, 15(23), 1763 (2025). https://doi.org/10.3390/nano15231763
G.M. Petrov, et al. ”Modeling of short-pulse laser-metal interactions in the warm dense matter regime using the two-temperature model,” Physical Review E, 103(3), 033204 (2021). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.103.033204
V. Daghigh, H. Daghigh, and R. Harrison, ”High-Temperature Polyimide Composites—A Review on Polyimide Types, Manufacturing, and Mechanical and Thermal Behavior,” Journal of Composites Science, 9(10), 526 (2025). https://doi.org/10.3390/jcs9100526
Y. Homma, ”Graphene Imaging Using Scanning Electron Microscopy: Mechanism of Secondary Electron Contrast Formation,” Crystals, 15(12), 1025 (2025). https://doi.org/10.3390/cryst15121025
E.A. Danilov, et al. ”Multicomponent graphene oxide dispersions for thin reduced graphene oxide film formation,” Journal of Materials Science, 1-19 (2025). https://doi.org/10.1007/s10853-025-10730-y
B. Kirubasankar, et al. ”Influence of different electrolytes on the formation of electrochemically exfoliated graphene and their supercapacitor performance,” Ionics, 31(11), 12155-12165 (2025). https://doi.org/10.1007/s11581-025-06687-2
H.J. Choi, et al. ”Molecular dynamics investigation of biomass-derived laser-induced graphene formation,” JMST Advances, 7(3), 187-193 (2025). https://doi.org/10.1007/s42791-025-00114-3
A. Abbaspourmani, et al. ”Patterning and nanoribbon formation in graphene by hot punching,” Nanotechnology, 36(11), 115301 (2025). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad9d4c
Авторське право (c) 2026 Дж.О. Садуллаєв, М.М. Ахмедов, М.Є. Вапаєв, I.Й. Давлєтов, Г.С. Болтаєв
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
