3° Presentazione del workshop finale del progetto NPFP Strutturazione delle superfici mediante laser ad impulsi ultracorti per una minore sporcabilità Sito web del progetto: www.npfp.it

1. Dr. Gianmarco Lazzini
Centro SITEIA.PARMA - Università di Parma
Strutturazione delle superfici mediante laser ad
impulsi ultracorti per una minore sporcabilità

2. NPFP 2
Texturizzazione laser ad impulsi ultracorti
Il reticolo cristallino rimane pressoché freddo  No fusione del bersaglio
(http://www.industrial-
lasers.com)
Texturizzazione laser: generazione di strutture superficiali innescata dall’interazione
radiazione-materia ad intensità prossime alla soglia di ablazione (0.1 J/cm2)
Impulsi ultracorti: durata < 1ps
(A. Weck et al., Appl. Phys. A
90, 537 (2008))
Rame, E = 10 μJ, 30000
impulsi, τ = 150 fs
Rame, E = 10 μJ, 30000
impulsi, τ = 7 ns

3. NPFP 3
Possibile realizzare superfici gerarchiche e biomimetiche in un singolo step di processo
Foglia di loto Tetrodontophora bielanensis
(E. Fadeeva et al., Langmuir 27, 3012 (2011))
(F. A. Müller et al., Materials 9, 476 (2016))
(https://www.lightmotif.nl)
Texturizzazione laser ad impulsi ultracorti

4. NPFP 4
Applicazioni:
• Modifica delle proprietà ottiche
superficiali
• Modifica delle proprietà
tribologiche superficiali
• Adesione cellulare
(G. Li et al. Appl. Phys. A 118, 1189 (2015))
(G. Lazzini et al., Surf. Topogr.: Metrol. Prop. 5, 044005
(2017))
(J. Bonse et al. Appl. Phys. A 117, 103 (2014))
Texturizzazione laser ad impulsi ultracorti

5. NPFP 5
Materiale: acciaio inossidabile AISI 316L
Parametri di processo:
• Durata singolo impulso: < 400 fs
• Lunghezza d’onda: 1030 nm
• Frequenza di ripetizione (RR): 100 kHz – 1 MHz
• Velocità di scansione (v): 20 – 200 cm/s
• Fluenza:
• Horizontal overlap: (fixed to 92%)
• Vertical overlap: (fixed to 80%)
• Superficie totale processata: 8 mm × 8 mm
• La scansione è stata ripetuta 20 volte
2
0
E
F  (0.36 – 2.33 J/cm2)
100
0
0




 d
HOL
100
0
0




 h
VOL
d = 2 μm
ω0 = 25 μm
v

h = 5 μm
Tecnica di fabbricazione

6. NPFP 6
RR=1MHz,v=200cm/sRR=500kHz,v=100cm/s
Transizione LIPSS  bumps
Fluence = 0.36 J/cm2 Fluence = 0.48 J/cm2 Fluence = 0.69 J/cm2
20 μm
20 μm20 μm20 μm
20 μm20 μm
5 μm
5 μm
Micro-ripples LIPSS
Risultati – immagini SEM

7. NPFP 7
Fluence = 0.36 J/cm2
RR = 1 MHz, v = 200 cm/s
20 μm
20 μm20 μm20 μm
20 μm20 μm
Shear Force Microscopy (ShFM)
Risultati – analisi topografica

8. NPFP 8
20 μm
20 μm20 μm20 μm
20 μm20 μm
5 μm
Transizione LIPSS  bumps
RR = 500 kHz, v = 100 cm/s
Risultati – analisi topografica

9. NPFP 9
• La rugosità RMS in funzione
della fluenza presenta un
minimo locale a ≈ 0.85 J/cm2
(fluenza alla quale viene
osservata la transizione LIPSS 
bumps)
• Alle stesse fluenze si osserva
un salto nella Motif mean slope
 coalescenza di strutture
superficiali
Risultati – analisi metrologica

10. NPFP 10
• L’invecchiamento in aria delle
superfici trattate genera un
aumento dell’angolo di contatto
statico in acqua (CA)
 Transizione idrofilico -
superidrofobico
• Il valore asintotico di CA può
essere variato variando la
composizione chimica
dell’atmosfera di invecchiamento
• La fabbricazione laser genera in
generale un incremento di CA
verso valori compatibili con un
comportamento superidrofobico
Risultati – bagnabilità

11. NPFP 11
Risultati – bagnabilità

12. NPFP 12
Bagnabilità con latte (ECOR)  procedura sperimentale
Angolo di inclinazione: 50° (fissato)
Liquido: Latte intero (10 µL)
Direzione campione: 0° (direzione 1)
90° (direzione 2)
Pulizia preliminare
con Etanolo per 1
min
Posizionamento
goccia di latte
Immagine
Zona sporca
Immagine binariaSoftware ImageJ :
Analisi delle
immagini
Risultati – bagnabilità

13. NPFP 13
La direzione delle
eventuali anisotropie
superficiali influenza
le proprietà di
scorrimento della
goccia
Bagnabilità con latte  Risultati
Direzione1
Direction1
Direction 2
2 1
Direzione2
Texture
isotropica
Direzione2Direzione1
Texture
anisotropica
2
1
Risultati – bagnabilità

14. NPFP 14
Partecipanti
• Luca Romoli, Gianmarco Lazzini
• Domenico Stocchi, Ivan Moretti
• Rossana Borgese, Paolo Lardi,
Stefano Pini, Stefano Bernini
Grazie per l’attenzione!