本项目针对高重频脉冲激光材料表面改性工艺过程开展激光与物质相互作用的瞬态热物理机制和材料动力学响应研究。包括相关过程和工艺的实验研究及材料表面改性层组织结构的微观观察和分析；宏观意义上激光产生的热传导机理和材料动力学响应研究；以及微观层次上的热波效应和微尺度力学现象研究。研究方法为实验测试和观察与理论分析和数值模拟相结合的综合方法。

目前，激光技术广泛应用于机械加工、微电子和生物医学等领域。本项目以激光材料表面改性工艺为背景系统地开展激光与物质相互作用的瞬态热物理机制和材料动力学响应研究。包括相关过程工艺的实验研究及材料表面改性层组织结构的微观分析；研究了激光与物质相互作用过程的热传导机制和材料动力学响应；微观上研究了超短脉冲激光辐照下微尺度能量传输机制、热波效应和尺度效应等。经过三年努力形成系统的材料表面改性激光热处理实验方法及瞬态温度场测量技术；通过激光材料表面热处理的实验及改性层微结构的观察实验，揭示了激光能量密度和辐照时间等工艺参数对改性层微结构的影响；通过微秒脉冲激光与物质相互作用过程传热机制的理论分析，建立了激光工艺参数与材料表面强化效果的相互关系；通过纳米金膜飞秒激光辐照实验观察到材料发生的大塑性变形由瞬态热应力引起，并且该应力导致了薄膜发生非熔撕裂破坏；关于超短脉冲激光辐照下纳米金属薄膜的尺度效应理论分析表明晶粒尺寸小于电子平均自由程时，尺度效应对能量传输和热应力形成产生明显影响。关于热波现象的研究表明需对现有Cattaneo热本构模型进行修正，方能正确描述超短脉冲激光辐照下纳米金属薄膜的热波效应