Análise das nanoestruturas periódicas geradas por meio de marcação colorida a laser de Ti: safira femtossegundo em aço inox

• Processo: 19/12837-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2019
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2021
• Área de conhecimento: Interdisciplinar
• Pesquisador responsável: Jarbas Caiado de Castro Neto
• Beneficiário: Bárbara dos Santos Migliato
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Metalografia Materiais nanoestruturados Aço inoxidável Laser de femtosegundo Lasers de pulsos ultracurtos Microscopia eletrônica de varredura
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aço Inoxidável | Gravação colorida | Laser Femtosegundo | Metalografia | microscopia eletrônica de varredura | nanoestruturas | Análise de Materiais

Resumo

O projeto proposto visa estudar a interação do laser femtosegundo com o material, cujo propósito é a geração de cores durante o processo de marcação por meio da formação de nanoestruturas periódicas nas superfícies dos materiais (denominadas de ripples). Lasers femtossegundos geram a formação de ripples nas superfícies de interação, diferentemente dos lasers nanossegundos que geram a formação de óxidos na superfície do material, provocando alterações em sua microestrutura e influenciando principalmente suas propriedades ópticas. Um dos fatores principais na interação de lasers de pulsos ultracurtos com o material é ausência do fator térmico durante o processo de marcação da amostra. As modificações nas superfícies de materiais, usando pulsos ultracurtos via formação de estruturas dependentes da polarização são as responsáveis pela geração de padrões de cores específicos. Estas nanoestruturas periódicas criadas sobre a superfície do material são ondulações tipicamente menores do que o comprimento de onda do laser. Um método baseado no controle de orientação de nanoestrutura induzido a laser, permite acumular grande quantidade de informações em uma superfície mínima, propondo novas aplicações para a marcação a laser colorida. A utilização de lasers de pulsos ultracurtos no processamento de materiais vem despertando o interesse da pesquisa científica e no mercado de marcação colorida a laser diante das promissoras e inovadoras aplicabilidades desta tecnologia. Caracterizados pela duração extremamente curta do pulso de luz emitida, entre 10(-12) e 10(-15) segundos, permitem submeter à superfície do material atingido uma alta energia por um tempo bastante curto produzindo efeitos interessantes. A partir de determinado nível de energia, este tipo de laser induz estruturas periódicas e orientadas de pequenas ondulações da ordem de nanômetros na superfície de materiais. Tais estruturas periódicas formam redes de difração, que possuem a propriedade de refletir a luz branca incidente produzindo cores respectivamente dependentes do ângulo de vista. Com o intuito de aplicar esta propriedade para o domínio do controle da coloração de superfícies de diversos materiais de interesse industrial, contribuindo para o desenvolvimento científico, tecnológico e de inovação nacional, está se propondo o desenvolvimento de um processo de marcação a laser pulsado na faixa de femtossegundos para produzir nanoestruturas orientadas na superfície de materiais, obtendo por consequência a visualização de padrões de cores específicas nestas superfícies. O objetivo do presente projeto é otimizar o processo de geração de nanoestruturas periódicas obtidas com pulsos de laser femtosegundo, de modo que a formação dos ripples possa ser controlada com precisão considerando os efeitos de óptica difrativa. A meta deste trabalho é a obtenção de códigos de cores para marcação especialmente em aço inox, um material muito utilizado em aplicações industriais.