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oe1(光电查) - 科学论文

32 条数据
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  • 不同超短激光表面结构化方法实现的干摩擦与润滑摩擦改性可能性

    摘要： 本研究表明不同激光表面织构技术对干摩擦和润滑摩擦调控的可行性。我们采用100Cr6钢与碳化钨球（载荷力50-1000 mN）进行了线性往复球盘摩擦实验，对比了激光诱导周期性表面结构和激光光束干涉刻蚀技术在100Cr6钢表面的应用效果。干摩擦条件下发现摩擦系数可降低现象，且激光光束干涉刻蚀制备的表面呈现显著方向依赖性；润滑工况下则观察到激光诱导周期性表面结构产生载荷相关的减摩效应。本研究有助于阐明特征尺寸约1微米的激光微结构改性行为，为表面工程技术提供了新思路。

    关键词： 润滑摩擦、智能表面、激光表面纹理化、激光束干涉烧蚀、激光诱导周期性表面结构、干摩擦

    更新于2025-11-21 11:18:25

  • 定制化聚焦光束整形及其在激光材料加工中的应用

    摘要： 除了优化激光参数和加工参数外，通过调整焦点强度分布还能有效实现对激光加工的精准控制并提升加工质量。本文探讨了不同定制化强度分布在飞秒激光微纳加工（如切割、打标及激光诱导周期性表面结构制备）中的适用性。通过不锈钢激光加工实验表明，光束整形单元的数值模拟结果与实验数据高度吻合。研究同时证实该光束整形装置能与材料加工中常用的振镜扫描系统和F-θ透镜良好配合。实验数据显示，该方法不仅能显著改善加工质量，还能大幅缩短加工时间。

    关键词： 激光诱导周期性表面结构、环形光斑、飞秒激光加工、平顶光束、光束整形

    更新于2025-11-21 11:01:37

  • 通过纳秒激光诱导玻璃上氧化铟锡薄膜周期性表面结构(LIPSS)制备的适用于严苛环境的纳米结构透明导电电极

    摘要： 利用一种名为激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的自组织现象，在硼硅酸盐玻璃上涂覆的氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜中实现图案化。通过扫描波长532纳米的纳秒脉冲激光聚焦光束（30微米光斑直径1e?2）在ITO薄膜上移动，可制备出周期低至175纳米的条纹图案。当脉冲持续时间为6纳秒、脉冲频率介于100至200千赫兹、脉冲能量约20微焦耳、激光光斑扫描速度在50–80毫米/秒范围内时，可生成高度有序的ITO-LIPSS。所得纳米图案具有导电性，且光学透明度提升，对盐酸、硫酸甚至王水等强酸也表现出稳定性。研究认为ITO与硅之间混合相的形成，是激光图案化透明导电电极具备化学耐受性的根源。

    关键词： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、激光图案化、自组织、氧化铟锡（ITO）、透明导电薄膜（TCF）

    更新于2025-10-22 19:40:53

  • 飞秒激光诱导弹性体表面亚微米形貌的抗生物污损性能

    摘要： 抗菌涂层常用于弹性体表面以抑制细菌附着，但这类方法可能导致抗生素耐药性增加。表面微/纳纹理化作为被动降低细菌黏附的方法，近年来备受关注。本研究旨在评估飞秒激光诱导的亚微米拓扑结构在生物医用弹性体表面的抗生物污染功能。通过飞秒激光加工在不锈钢基底上制备了两种拓扑结构：高度规则的单尺度亚微米激光诱导周期性表面结构（LIPSS）和包含亚微米与微米级特征的多尺度结构（MS）。随后将这些拓扑结构复制到聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚氨酯（PU）弹性体上，评估其细菌滞留特性。亚微米纹理化的PDMS和PU表面在浸没条件下表现出长达100小时的长期疏水耐久性。PDMS和PU弹性体表面的LIPSS与MS拓扑结构均能显著减少（>89%）革兰氏阴性大肠杆菌的黏附，且其抗生物污染性能与润滑剂浸润表面相当。研究还阐明了纹理表面物理缺陷对细菌黏附行为的影响。本研究成果意义重大，因为通过复刻工艺可经济高效地生产聚合物生物医用组件，同时通过飞秒激光对相应复制母模进行表面改性可提升其生物相容性。

    关键词： 抗生物污损、聚氨酯、生物医学弹性体、聚二甲基硅氧烷、飞秒激光、润滑剂浸渍表面、激光诱导周期性表面结构

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 在四面体非晶碳膜上形成的激光诱导石墨化周期性表面结构

    摘要： 对超硬无氢四面体非晶碳（ta-C）薄膜上观察到的飞秒激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、石墨化及膨胀现象进行了研究，并与氢化非晶碳（a-C:H）薄膜、氮化物薄膜及玻璃碳板进行对比。ta-C上形成LIPSS的阈值能量密度约为其他样品的两倍，且阈值附近的LIPSS周期Λ非常精细（约80纳米）。随着能量密度增加，Λ逐渐增大，在高能量密度下会快速增至约600纳米。此时烧蚀速率也急剧上升。此外，ta-C和a-C:H经辐照后发生石墨化并体积膨胀。随着能量密度提升，ta-C薄膜表层逐渐转变为纳米晶石墨且结晶度提高；但在更高能量密度下，其结晶度会突然恶化（类似低能量密度时的表现）。高能量密度下Λ与烧蚀速率的快速增加及结晶度的突然恶化，被确定为这些无序碳材料的共同现象。通过扫描点辐照实现大面积LIPSS形成与膨胀后，可在绝缘表面产生具有导电性和表面功能性的亚微米级高度平坦丘陵结构。

    关键词： 石墨化、膨胀、激光诱导周期性表面结构、飞秒激光加工、纳米晶石墨、四面体非晶碳

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 飞秒激光辐照氧化钛薄膜：红外光束下的累积效应

    摘要： 本文研究了采用高重复频率飞秒激光束辐照磁控溅射生长于SiO2/Si基底上的氧化钛薄膜（TiO1.8）形成激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的机制。实验使用波长λ=1030 nm的Yb:YKW 500 fs线偏振激光，在静态和动态（扫描）条件下以100 kHz重复频率辐照300 nm厚的薄膜。静态光束条件下，确立了与薄膜材料相关的孕育行为，其损伤阈值为72 mJ/cm2。接近该能量密度值且激光脉冲数从1增至1000时，微裂纹在光束腰直径区域（约60 μm）内产生并扩展。此外，当采用远超损伤阈值的高能量密度280 mJ/cm2时，辐照区中间地带发生熔融现象，并出现有助于微裂纹稳定的意外"愈合效应"。同时，在高斯光束斑中心观察到整个薄膜的烧蚀。动态模式下以4 mm/s扫描速度和100 kHz重复频率实现了TiO1.8薄膜的大面积加工（最大25×25 mm2）。在此对应110 mJ/cm2能量密度和3000次累积脉冲数的辐照条件下，整个辐照表面形成二维LIPSS纳米裂纹（长度200 nm，周期λ/8至λ/9），该现象主要归因于热机械烧蚀机制。

    关键词： 飞秒激光束，氧化钛薄膜，微/纳米裂纹，高重复频率，孕育效应，激光诱导周期性表面结构

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 硬脆材料的微纳尺度激光加工 || 硬脆材料表面纳米结构化

    摘要： 在激光加工技术的最新发展中，表面结构化技术引起了指数级增长的关注。根据所采用的激光参数，可以实现各种形状和尺寸的结构。本章我们将重点讨论纳米级表面结构化。从技术角度看，激光表面纳米结构化是一种极具吸引力的工艺，因为它非常简单。通过单步工艺就能在大表面积上生成纳米结构——这是其他方法无法在硬脆材料上实现的。然而与许多简单技术一样，其背后的基础科学原理极为复杂。表面结构的生成归因于脉冲间和脉冲内物理过程的复杂组合。本章将试图阐明纳米结构形成机制的科学过程，描述纳米结构化技术的最新趋势，并展示纳米结构表面的创新应用，特别聚焦于硅和氧化锆的表面纳米结构化。

    关键词： 氧化锆、表面纳米结构化、激光诱导周期性表面结构、硅、激光加工

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光诱导周期性表面结构实现表面功能化

    摘要： 近年来，随着对激光诱导周期性表面结构（LIPSS）形成机制理解的深入，其在调控材料光学、力学及化学性能方面的应用日益广泛。这类结构强烈依赖于激光束偏振态，通常由超短线性偏振激光脉冲辐照后形成。学界最广为接受的解释是：入射激光辐射与辐照材料表面传播或散射的电磁表面波发生干涉，导致强度调制，最终形成周期从数百纳米至数微米不等的平行选择性烧蚀结构。该结构的多样性源于其高度可重复性——适用于不同波长、脉宽和重复频率的激光源，可实现定制化的微纳级空间分辨率，并与高速扫描设备结合时能兼容工业级加工速度。本文综述了LIPSS表面功能化这一新兴领域的最新应用，包括流体输运仿生功能、润湿性调控、技术材料特殊光学响应、金属表面摩擦学性能提升，以及医疗器械用细菌/细胞生长控制等众多方向。

    关键词： 应用、激光加工、表面功能化、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 钛合金上各类飞秒激光诱导表面结构形成过程中的化学效应

    摘要： 本研究中，通过X射线衍射和辉光放电光谱等多种表面分析技术，系统表征了钛合金上飞秒激光诱导的各类表面结构（包括激光诱导周期性表面结构LIPSS/波纹、沟槽和尖峰）在化学成分、微观结构及力学性能方面的变化。油润滑往复滑动摩擦试验(RSTTs)结合能谱元素面扫描分析表明，不同激光加工结构的氧化层形成过程会直接影响摩擦磨损性能。研究发现，采用近波长尺度LIPSS（790 nm波长、30 fs脉宽、1 kHz频率）的飞秒激光扫描加工，可在材料表层形成深度达数百纳米、以非晶氧化物为主的梯度氧化层。而通过更高能量密度和单位面积脉冲数制备的周期性沟槽与不规则尖峰等表层结构，则会形成更厚的梯度氧化层，同样具有优异的减摩抗磨特性。这些飞秒激光诱导的纳米结构表层能有效阻隔RSTT中的金属直接接触，并可作为发动机油中特定减摩添加剂的锚定载体。

    关键词： 摩擦学、飞秒激光加工、辉光放电光谱仪、表面化学、X射线衍射、激光诱导周期性表面结构、激光诱导氧化物层

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 超短脉冲激光烧蚀诱导不锈钢微观结构的演变

    摘要： 不锈钢的超短脉冲激光烧蚀过程伴随着不同微观结构的演变。根据能量密度、累积能量和激光扫描次数，表面会形成由杂质引起的锥体、激光诱导周期性表面结构、锥状突起（CLP）以及热凸起。通过精心选择加工策略和激光参数，这些通常不希望出现的形貌既可被诱发也可被抑制。研究范围显示，在采用圆偏振光的515纳米亚皮秒激光精确定义加工中存在一个较小的工艺窗口，可获得较低表面粗糙度。迄今为止，CLP的形成机理及其影响因素尚未完全明确，本研究首次报道了前驱波纹结构。这些前驱波纹具有约2微米间距的超波长周期性，最早在第二层烧蚀后出现。初步推测，第一道激光扫描时由脉冲与搭接重叠产生的低空间频率激光诱导周期性表面结构可能是CLP演变的根源。此外，CLP的生长具有显著的晶粒取向依赖性和偏振态依赖性。该锥状突起优先在所检奥氏体不锈钢面心立方晶体的{110}晶面形成，线偏振激光辐射会呈现10微米尺寸的1:1高宽比。截面近界面区域的纳米压痕研究表明，这种CLP结构具有优异的力学性能。

    关键词： 激光加工、激光诱导周期性表面结构、超短激光脉冲、正交加工、纳米压痕、自组装结构、锥状突起

    更新于2025-09-23 15:19:57