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飞秒激光诱导硅周期性表面结构增强光催化活性
摘要： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）是一种自上而下的纳米/微结构制备方法，无需采用复杂的光刻工艺。该方法更简单且成本更低。本工作采用800纳米波长的飞秒激光脉冲在硅表面制备LIPSS，通过在结构化和非结构化硅片表面沉积二氧化钛薄膜制备光催化基底。涂层通过从钛靶材溅射而成，在两种不同氧气氛中完成：第一种情况溅射腔室氧压较高（3×10?2毫巴），第二种情况氧压降低一个数量级（2.1×10?3毫巴）。亚甲基蓝染料光催化分解研究表明，LIPSS存在时，高压和低压生长的二氧化钛薄膜催化活性分别提升2.1倍和3.3倍，这种光催化活性增强归因于有效表面积的扩大。对比实验显示，LIPSS表面生长的二氧化钛薄膜染料分解速率显著高于标准参照材料皮尔金顿Activ?薄膜。
关键词： 光催化染料分解、硅、飞秒激光脉冲、二氧化钛薄膜、激光诱导周期性表面结构、纳米波纹
更新于2025-09-23 15:19:57
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飞秒激光脉冲对CdZnTe的激光烧蚀与结构化处理
摘要： 我们报道了在空气中利用飞秒钛宝石激光脉冲（波长λ～800 nm，脉宽～35 fs，重复频率10 Hz）对CdZnTe进行激光烧蚀及相关表面结构化的实验研究。通过采用不同静态辐照条件，估算了CdZnTe的烧蚀阈值和累积效应。值得注意的是，采用低激光能量密度（激光脉冲能量E～5-10 μJ）和较少脉冲数（5≤N≤50）的表面处理，在浅坑中心区域形成了清晰可见的裂纹，这可能与飞秒激光辐照后样品加热冷却过程中碲夹杂物与基体材料热膨胀系数的差异有关。当使用更多脉冲数（N～500, 1000）和更高脉冲能量（E～30-50 μJ）辐照时，在主坑外围区域（局部能量密度远低于材料烧蚀阈值）形成了清晰的激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。根据辐照条件不同，既可同时观察到垂直于激光偏振方向的低频和高频LIPSS，也可单独观察到其中一种。这些现象归因于在低于烧蚀阈值的能量密度区域，经过多次激光脉冲辐照后，深坑区域产生的随机分布纳米颗粒逐步聚集的过程。
关键词： 激光烧蚀、碲锌镉、飞秒激光表面加工、激光诱导周期性表面结构
更新于2025-09-23 15:19:57
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编者按：特刊"用于摩擦学应用的激光诱导周期性表面纳米与微结构"
摘要： 激光材料加工是一种基于光学、机械或化学特性生成表面功能性的创新技术。以激光表面纹理化（LST）形式存在时，该技术已吸引大量研究致力于针对各类摩擦学应用定制表面特性。这种基于激光的单步加工技术主要优势在于：非接触式加工具有高度灵活性、效率与速度，且加工产品品质优异。LST既能精准作用于亚微米级局部区域，通过激光束扫描技术，也可实现平方米级大面积结构的构建。
关键词： 微观结构、磨损、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、润滑剂、应用、摩擦、摩擦学、纳米结构
更新于2025-09-23 15:19:57
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D16T（AA2024-T4）合金上激光诱导周期性表面结构与锥形表面微结构的FIB-SEM研究
摘要： 在需要高比强度和抗疲劳性能的应用中（如飞机机身采用铝合金AA2024-T4（俄罗斯牌号D16T）），往往需要对表面特性进行调控与改性。激光处理是铝合金表面改性的有效途径。本研究探究了飞秒（fs）激光脉冲扫描过程中波纹与锥形微结构的形成机制。实验采用波长1033 nm、脉宽250 fs的Yb:YAG激光器，脉冲能量密度范围为5-33 J/cm2，对样品不同区域进行1-5次重复扫描。通过聚焦离子束（FIB）-扫描电镜（SEM）成像与剖面分析、能谱（EDX）分析、原子力显微镜（AFM）及共聚焦激光轮廓仪对处理区域进行表征?；赟EM图像的快速傅里叶变换（FFT）推导出激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的周期及锥形微结构的平均间距。观测到处理区域存在不平整现象，推测由烧蚀碎屑导致。FIB-SEM与EDX揭示了锥形微结构内部材料的结构与元素变化。本文讨论了所观察结构的潜在形成机理。
关键词： 飞秒激光、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、圆锥形微结构、2024铝合金
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过可变间距激光诱导周期性表面结构的复制实现塑料部件的功能化
摘要： 塑料部件的表面功能化已针对多种应用开展了研究与开发。然而，市场对开发可靠且高效益制造策略的需求仍然旺盛。本研究开发并表征了一种利用激光烧蚀实现亚微米纹理塑料部件多功能、低成本生产的新工艺链。该研究包括采用飞秒激光烧蚀和变温微注塑成型技术在模具表面生成不同亚微米结构，从聚合物复制性和润湿行为角度对制件及其表面进行表征。静态接触角测量结果表明，复制的激光诱导周期性表面结构（LIPSS）始终能提高塑料部件的疏水性。通过优化制造热边界条件，发现最大接触角增幅达20%。润湿行为与从Wenzel态到Cassie-Baxter态的转变相关，这对优化注塑成型周期时间至关重要。
关键词： 微注塑成型、激光诱导周期性表面结构、表面润湿性、复制
更新于2025-09-23 15:19:57
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液体环境对激光诱导周期性表面结构及纳米颗粒单脉冲生成的影响
摘要： 一项紧密结合计算与实验的研究探究了液体环境对单脉冲激光烧蚀过程中表面纳米结构化及纳米颗粒生成基本机制的影响。针对水中铬的大规模空间调制烧蚀分子动力学模拟揭示了烧蚀羽流与水之间复杂的动态相互作用：包括水环境使烧蚀羽流快速减速、烧蚀羽流与水界面处形成并迅速解体的高温金属层、烧蚀羽流主要部分发生横向再分布与再沉积，最终形成光滑的凝固表面特征。模拟预测的表面特征形态与水中铬单脉冲激光烧蚀实验结果高度吻合，验证了模拟揭示的作用机制。研究表明，相比真空激光烧蚀，液体环境能消除表面形态的尖锐特征，使靶材材料去除量降低一个数量级以上，并缩小纳米颗粒尺寸分布范围。此外，计算预测显示液体环境组分分子会有效掺入受照靶材表面区域，且产生的空位浓度超过平衡水平一个数量级以上，这为利用液体环境溶质实现激光生成表面的超掺杂提供了可能性。
关键词： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、纳米粒子生成、晶体缺陷、表面形貌、超掺杂、分子动力学模拟、液体中脉冲激光烧蚀
更新于2025-09-19 17:13:59
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在医用级钴铬钼合金上制备激光诱导周期性表面结构：摩擦学、润湿性与溶出性能
摘要： 采用抗菌纹理结构的髋关节植入物应具有低摩擦系数，且不会向人体释放有害物质。研究人员使用皮秒脉冲激光源，在典型髋关节植入材料——钴铬钼合金（CoCrMo）表面制备了不同类型的激光诱导周期性表面结构（LIPSS），包括低空间频率LIPSS（LSFL）、由高空间频率LIPSS（HSFL）叠加沟槽组成的层级结构以及三角形纳米柱（TNP）。分析了这些结构在与聚乙烯（PE）对磨表面接触时的润湿性、摩擦特性、磨损行为及生物相容性。LSFL覆盖的表面呈现超疏水性，而叠加HSFL的沟槽和TNP结构则表现出疏水特性。LIPSS与聚乙烯对磨时的摩擦系数（CoF）较高（0.40-0.66），高于抛光CoCrMo的0.22。研究发现样品释放的钴含量在生物安全范围内。与抛光参照表面相比，LIPSS会导致CoCrMo与PE接触时摩擦增大，但仅LSFL纹理会使聚乙烯对磨表面的磨损显著增加。因此得出结论：LIPSS不适用于高载荷金属-塑料轴承接触场景。
关键词： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、三角形激光诱导周期性表面结构（triangular LIPSS）、沟槽、低空间频率LIPSS（LSFL）、钴铬钼合金（CoCrMo）、高空间频率LIPSS（HSFL）
更新于2025-09-19 17:13:59
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二烷基二硫代磷酸锌在钛合金飞秒激光诱导周期性表面结构与不同对偶材料摩擦学性能中的作用
摘要： 在空气中采用钛宝石飞秒激光对钛合金（Ti6Al4V）表面进行扫描加工后，产生了周期约为500-700纳米的激光诱导周期性表面结构（LIPSS，波纹）。通过使用不同油基润滑剂与不同材质球体进行线性往复滑动摩擦测试，评估了这些表面的摩擦学性能。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和共聚焦轮廓仪对相应磨损轨迹进行了表征。在前期研究基础上，我们研究了添加剂二烷基二硫代磷酸锌（2-乙基己基锌盐）在仅含抗氧化剂和温度稳定剂的基油中的混合效果。该添加剂的存在以及配副材料化学成分的变化，使我们能够探究该添加剂与激光氧化纳米结构之间的协同作用。
关键词： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、摩擦、润滑剂添加剂、磨损
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用飞秒激光对类金刚石碳涂层复制母模进行亚微米结构化/纹理化处理
摘要： 类金刚石碳（DLC）涂层具有极具吸引力的力学和摩擦学性能，即高硬度、低摩擦系数和高耐磨性。因此，DLC常被用作注塑模具的固体润滑剂。采用飞秒激光等超短脉冲激光对DLC进行加工，可在微米和亚微米尺度实现，具体通过产生激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。本研究探究了激光结构化/织构化对DLC性能的影响。首先优化激光加工参数，在不损伤薄DLC膜的前提下制备均匀LIPSS，随后研究织构化DLC涂层基材的性能。结果表明处理后表面的摩擦学性能保持不变，但结构化/织构化DLC层的硬度显著降低。虽然掠入射X射线衍射（GAXRD）和拉曼光谱未显示激光辐照后DLC涂层出现明显晶化，但分析表明飞秒激光加工导致表面形成了薄层石墨化结构。
关键词： 激光微加工，飞秒激光，激光诱导周期性表面结构（LIPSS），类金刚石碳（DLC）
更新于2025-09-19 17:13:59
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水下持续气泡辅助飞秒激光烧蚀实现分层微纳结构加工
摘要： 在本研究中，我们展示了一种名为"水下持续气泡辅助飞秒激光液体烧蚀（UPB-fs-LAL）"的技术，该技术通过在硅基底上形成具有毫米级尾迹的同心圆宏观结构，极大拓展了激光烧蚀表面微/纳结构化的边界。这些长尾宏观结构由分层扇形（中心角45-141°）微/纳结构组成，它们是在UPB-fs-LAL逐线扫描过程中，通过扇形光束在移动气泡界面（≥50°光倾斜角，即垂直入射方向）折射产生的。UPB-fs-LAL过程中产生的马兰戈尼流会驱动气泡移动——快速扫描（如1 mm/s）可使气泡移动长达2 mm，而慢速扫描（如0.1 mm/s）则抑制气泡移动。当持续气泡因孵育效应显著增大（如直径达数百微米）时，其粘性会导致在气泡中心和外围区域同时发生气相与液相激光烧蚀，从而形成周期为550-900 nm（低频）、100-200 nm（高频）和40-100 nm（超高频）的激光诱导周期性表面结构（LSFLs/HSFLs/UHSFLs），最终产生复杂的分层表面结构。其中40 nm周期（小于激光波长1030 nm的1/25）是迄今在硅上实现的最精细激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。通过UPB-fs-LAL在小线间距（5 μm对比10 μm）条件下获得的扇形分层结构，因其额外层级和更精细HSFLs带来的极高光捕获能力与吸收特性，展现出极低的近红外-中红外反射率/透射率。若无持续气泡存在，则仅产生覆盖周期大于100 nm HSFLs的沟槽，这揭示了不同曲率持续气泡对激光参数（如重复频率、能量、入射角等）具有独特的衰减调控能力。本研究为多样化微/纳结构制备提供了一种简便经济的通用方案，适用于多种应用场景。
关键词： 飞秒激光、持续气泡、光束折射、扇形微结构、表面结构化、层级微/纳结构、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）
更新于2025-09-19 17:13:59