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oe1(光电查) - 科学论文

38 条数据
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  • 通过激光表面纹理化和硅烷化制备具有可控润湿性的晶体硅表面

    摘要： 本文旨在探究激光表面织构化与硅烷化化学改性对硅表面润湿性的影响。为在硅表面高效制备超疏水表面，采用激光织构化后接硅烷化处理的工艺进行表面改性，并通过水接触角(WCA)评估表面润湿性。为明确激光织构化对润湿性的作用，采用扫描电子显微镜(SEM)、白光共聚焦显微镜和X射线光电子能谱(XPS)研究了表面形貌与冶金改性情况。研究发现新鲜激光加工的硅表面呈现超亲水性，符合Wenzel模型；经硅烷化处理后成功获得接触角>150°的超疏水表面。实验确定采用0.72 wt% 1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷溶液浸泡2小时的硅烷化条件，是实现硅表面超疏水的最佳工艺参数。研究还评估了酸、碱及盐类对润湿性的影响，结果表明含氟涂层的制备样品适用于酸性环境，但不宜用于碱性和盐性环境。

    关键词： 激光纹理化、润湿性、硅烷化、碱度、硅、酸度、盐度

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 飞秒激光诱导周期性表面结构选择性构建的金属/半导体相上水的润湿性分析

    摘要： 在由金属相和半导体相组成的银硅合金表面选择性制备了飞秒（fs）激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。实验采用线偏振飞秒激光脉冲（脉宽τ=300 fs，波长λ=1025 nm，重复频率frep=100 kHz）以峰值能量密度F=0.30 J/cm2辐照该合金。由于半导体相（Si）与金属相（Ag）具有不同的光吸收特性，导致两相具有差异化的烧蚀阈值，最终仅在硅相表面形成了周期Λ≈950 nm、调制深度h≈220 nm的显著LIPSS结构。通过扫描电镜、光学显微镜、白光干涉显微镜和原子力显微镜对激光辐照前后的合金表面进行表征，并采用能谱仪进行化学分析，结果显示硅相表面发生氧化而银相未出现激光诱导的化学改性。利用蒸馏水评估了合金表面的润湿性并与复合材料的单一组分进行对比，发现飞秒激光辐照后表面亲水性增强（水接触角减小）。选择性制备LIPSS的合金由于硅相（θ=5°）与银相（θ=74°）接触角差异显著，导致液滴形态发生改变。通过共聚焦激光扫描显微镜结合罗丹明B染料的局部接触角分析对该现象进行了评估与讨论。研究还证实，利用组分间接触角差异导致的液滴形态变化，可实现合金宏观材料边界（Ag/Si）上的定向液滴输运。这种选择性结构的金属/半导体表面在具有定向液滴输运功能的微流控器件及润湿性基础研究中具有重要应用价值。

    关键词： 接触角、润湿性、微流控器件、激光诱导周期性表面结构、银硅合金、飞秒激光

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 金属增强陶瓷复合材料的摩擦学性能：通过飞秒激光诱导周期性表面结构选择性构建

    摘要： 研究了飞秒（fs）激光诱导周期性表面结构（LIPSS）对金属增强陶瓷复合材料（Al2O3-ZrO2-Nb）摩擦学性能的影响。为此，利用陶瓷与金属不同的光吸收特性，在空气环境中采用近红外飞秒激光辐射（λ = 1,025 nm，τ = 300 fs，frep = 1 kHz）以不同峰值能量密度选择性地在金属铌（Nb）相上制备LIPSS。通过使用林格氏溶液作为润滑剂的球盘往复滑动测试评估摩擦学性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱以及测量与林格氏溶液的接触角等方法，在激光辐照前后对表面进行表征。LIPSS的形成使表面与润滑剂的润湿性增强。此外，与未辐照表面相比，选择性结构化复合表面的摩擦系数显著降低约3倍?；辜觳獾郊す庥盏佳趸愕男纬桑渲蠳bO是最主要的氧化态。具有优异机械性能和增强摩擦学性能的选择性结构化复合材料在生物医学应用中具有特别重要的意义。

    关键词： 飞秒激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、摩擦学、润湿性、陶瓷基复合材料、摩擦系数、选择性表面结构化

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 利用超短脉冲和短脉冲激光改性ABS的润湿性能

    摘要： 润湿性是固体表面的一项重要特性，其中表面粗糙度对其具有重要影响。本研究聚焦于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）热塑性聚合物上制备的微纹理润湿行为，旨在赋予其抗指纹特性。通过基于方形柱体的超短（皮秒）和短（纳秒）脉冲进行结构化加工。采用水和油酸的静态及动态（滞后）接触角评估润湿行为。两类微纹理均展现出可调控至90°以上的水接触角。通过评估激光诱导的表观颜色变化来获取美学外观相关信息。

    关键词： 超短脉冲、聚合物、润湿性、短脉冲、激光辐射、接触角

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • [美国激光学会ICALEO? 2016：第35届激光与电光应用国际大会 - 美国加利福尼亚州圣地亚哥（2016年10月16-20日）] 激光与电光应用国际大会 - 利用高功率飞秒光纤激光表面纹理化控制不锈钢润湿性

    摘要： 本工作采用简单快速的单步激光工艺对不锈钢样品进行织构化处理。该工艺的特殊性在于运用了超短脉冲激光技术，结合高功率脉冲与高重复频率。由此可显著提升加工效率。通过红外激光脉冲的连续烧蚀，能够生成双尺度表面结构。当重复频率为50kHz时，采用平行线交叉图案的重复照射方式，成功制备出由微米级凸起上叠加周期性纳米波纹构成的层级结构。为提高工艺产能，测试了100、250和500kHz的重复频率。经过工艺参数调整后，获得了具有相同结构尺寸的表面形貌。这些结构的存在改变了材料的润湿特性：激光照射后表面立即呈现亲水性，但该润湿状态会逐渐转变为接触角超过160°且水滴无法附着其上的超疏水性。润湿性的时序演变源于表面粗糙度与化学成分的共同作用。针对沟槽结构上沉积水滴的润湿行为建模显示，该工艺能增强材料初始润湿性能。

    关键词： 润湿性、超疏水、飞秒激光、不锈钢、表面织构化

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 飞秒激光制备稳定亲水且耐腐蚀的钢表面

    摘要： 我们报道了一种无需化学涂层、通过单步法使钢表面获得永久高亲水性和耐腐蚀性的新方法。该方法基于饱和背景气体环境中的飞秒（fs）激光加工技术。特别研究表明，在氨气环境下对钢进行飞秒激光微结构化处理，可形成具有高度亲水特性且长期稳定的伪周期微锥阵列——这与常规空气环境中飞秒激光加工钢表面（辐照后亲水性会逐渐降低）形成鲜明对比。更重要的是，经氨气环境飞秒激光处理的表面展现出卓越的耐腐蚀性能，显著优于空气处理组及未处理样品。这种将亲水性与耐腐蚀性双重功能相结合，且无需沉积任何涂层即可直接在钢表面实施的简易加工工艺，为基于激光的高性能钢构件生产开辟了道路，其应用涵盖机械部件、流体元件及消费品等多个领域。

    关键词： 飞秒激光加工、润湿性、钢材、防腐

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 激光冲击表面微造型过程中多纹理微图案阵列的均匀性及其对铝合金表面性能的影响

    摘要： 本研究通过单次激光束照射，采用激光冲击表面图案化工艺在金属表面高效制备了数百个微结构图案。成功将矩形、六边形、圆形及网状等多种尺寸的微图案阵列转移至工件表面，实现了多纹理表面结构。为提高微图案阵列的均匀性，增加烧蚀层厚度最为有效——当烧蚀层较厚时，由于自变形程度降低使其处于相对刚性状态，更多均匀压力得以传递至材料。该工艺通过强冲击载荷与塑性变形作用于材料表面，主要使受冲击区域附近的硬度值显著提升。微图案阵列均匀性越好，硬度值偏差越小，因此确保微图案均匀性对实现表面性能均一化至关重要。研究还观测到不同工艺条件下接触角的变化：表面图案化后，气阱区滞留空气量增加会导致接触角升高；而激光强度增大时，几何表面变化更剧烈且表面结构改变，使得空气与水滴接触减少，接触角随之降低。

    关键词： 激光表面图案化、多纹理表面、冲击载荷、均匀性、润湿性、硬度

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 脉冲激光纹理化后的表面形貌：对粘附性和润湿性的影响

    摘要： 一种用于预测金属纳秒脉冲激光纹理化后表面形貌的模型，被应用于计算与粘附性和润湿性相关的一系列典型工况下的面积表面粗糙度Sa、平均烧蚀深度Da以及Wenzel粗糙度因子（或称粘附面积比）r。通过考量Sa与r相对于平均烧蚀深度的增长比率（即Sa/Da值），对激光扫描策略、激光扫描次数及聚焦光斑尺寸进行了优化——包括扫描方向与横向方向的光斑尺寸调控。通过多次激光扫描可实现Sa、r及Δr/Da值的提升，而减小聚焦激光光斑尺寸则能独立于Sa及Sa/Da值来提高r和Δr/Da。这些结果表明：可根据特定应用需求有效且独立地优化r与Sa参数。最后，在AA 6082铝合金和316L奥氏体不锈钢试样上开展激光纹理化实验以验证模型结果，并对经相同激光处理制备的粘接接头进行拉伸测试。研究不仅证实了激光纹理化的优势，同时表明最优结果并非对应单一Sa或r值，而是这些参数最大化与限制烧蚀体积之间的平衡。

    关键词： 粘附、形貌、表面粗糙度、激光纹理化、润湿性

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 激光纹理化表面图案对钎焊填充材料润湿行为及成分优化的影响：实验研究与数值模拟

    摘要： 为减少钎焊接头的界面脆性化合物，采用激光纹理化表面图案替代过量活性元素来增强钎料在Ti3SiC2陶瓷基体上的润湿行为。通过理论计算设计圆柱形表面图案，并通过数值模拟进行验证。数值模拟结果表明，该圆柱形表面图案不仅能有效降低基体表面的润湿角，还能显著加速钎料的铺展过程。润湿实验结果显示，与光滑表面相比，Ag–Cu–2Ti（wt.%）钎料在具有圆柱形表面图案的Ti3SiC2上的润湿性显著提高，与理论计算和数值模拟结果一致。适用于Ti3SiC2钎焊的Ag–Cu–Ti合金中钛含量甚至可从4.5 wt.%降至2.0 wt.%。这种新方法为促进润湿行为和实现钎料成分优化提供了可行途径。

    关键词： 陶瓷、润湿性、成分优化、表面图案

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 飞秒激光烧蚀诱导类金刚石纳米复合薄膜结构与表面性能的转变

    摘要： 飞秒激光烧蚀加工技术被应用于类金刚石纳米复合（DLN）薄膜（a-C:H:Si:O薄膜）的表面改性与微图案化。采用可见光波段飞秒激光（波长515纳米，脉冲宽度320飞秒），在DLN薄膜上制备出微沟槽图案以开展后续性能研究。研究重点包括：（一）通过拉曼光谱与透射电镜分析表面层在超短脉冲烧蚀过程中的结构转变；（二）激光图案化薄膜的润湿性；（三）利用横向力显微镜测试激光图案化DLN薄膜的纳米/微米级摩擦特性。拉曼光谱与透射电镜数据显示超短脉冲烧蚀过程中表面存在石墨化特征。高分辨透射电镜对微沟槽的研究表明，激光烧蚀表面形成了尺寸4-8纳米的立方相碳化硅纳米晶体。接触角测量显示沟槽表面呈现各向异性润湿行为（平行与垂直于微沟槽方向的接触角存在差异），该特性随沟槽深度（纵横比）变化。横向力显微镜测试（采用微米级硅探针）表明，激光图案化区域的摩擦性能低于原始表面。结果表明飞秒激光加工技术能有效调控硬质DLN涂层在微观与宏观尺度的特性。

    关键词： 类金刚石纳米复合薄膜、飞秒激光烧蚀、微图案化、碳化硅纳米晶体、石墨化、润湿性

    更新于2025-09-11 14:15:04