飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光在高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面微结构形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第2次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这种双尺度微结构表面的平均反射率约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。     

飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面的微结构的形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第二次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这 种 双 尺 度 微 结 构 表 面 的 平 均 反 射 率 约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。     

单晶黑硅微结构对其反射率影响的研究

采用Ag辅助化学腐蚀法在不同H2O2浓度、腐蚀温度和腐蚀时间条件下制备了单晶黑硅微结构,并系统地研究了这种微结构对表面反射率的影响规律。采用场发射扫描电子显微镜对样品形貌进行了观察,并利用分光光度计对样品的表面反射率进行了测试,最终采用陷光模型对黑硅微结构与其反射率的关系进行了深入分析。发现当腐蚀液为7.8mol/L HF和0.6mol/L H2O2混合液、腐蚀温度为20℃以及腐蚀时间为90s时,所制备黑硅的腐蚀深度为900nm,其表面平均反射率为0.98%(400~900nm)。     

一种反射型有机/无机复合高能激光防护涂层制备及性能研究

以酚醛树脂、环氧树脂为粘结剂，采用单一因素考察法，分别考察了ZrO₂和Al₂O₃共2种具有高反射率的耐热填料对高能激光防护涂层性能的影响，分别对其抗高能激光烧蚀性能、耐激光辐照时间、激光辐照前后涂层表面反射率等性能进行了表征，开展了辐照前后涂层表观形貌观察及XRD扫描，从微观角度确定了耐热填料晶型变化情况。结果表明，ZrO₂在高能激光辐照过程中具有良好的耐高能激光烧蚀性能，可耐受高能激光辐照功率密度达到2.35 kW/cm2，激光辐照前后涂层表面反射率提高了46.28%。      

FBG光纤的飞秒激光刻蚀特性及传感应用

在布拉格光栅（FBG）光纤的包层中制作微槽,结合敏感材料提高了FBG光纤传感器的灵敏度,拓宽了其传感应用领域。利用飞秒（fs）激光对I型布拉格光栅光纤进行刻蚀,通过调节激光功率和辐照时间,分析光纤折射率变化以及光纤表面和内部结构的刻蚀特性,并探讨fs激光对光纤光栅微沟槽形貌和反射光谱的影响。实验结果表明,微槽表面由于碎屑的凝固而产生许多柱状结构,且随着激光能量的增加,柱状结构不断长大,槽深和形状服从高斯能量分布;随着激光功率和辐照时间的增加,反射率谱永久红移,带宽增加。利用微结构光纤增敏性能,有效提高微结构光纤光栅磁场探头和氢气探头的传感性能。     

陶瓷微珠包覆铜的制备及激光光谱特性研究

采用化学镀方法制备了陶瓷微珠包覆铜复合材料,通过SEM、XRD和EDS研究了还原剂浓度对陶瓷微珠包覆铜的形貌及包覆情况的影响,得出了最佳包覆条件。采用近红外分光光度计、CO2激光器和激光能量计检测了不同硫酸铜浓度下陶瓷微珠包覆铜在1.06μm附近的光谱反射率和10.6μm的激光反射率,随硫酸铜浓度的增大,1.06μm附近的光谱反射率和10.6μm的激光反射率下降。     

聚二甲基硅氧烷柔性基材上应力-激光复合制备直角微沟槽

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种应用广泛的柔性材料。文中在PDMS表面制备了直角微沟槽，分析了直角微沟槽的形貌。结合PDMS的柔性特点，开展了预应力下纳秒激光制备PDMS表面直角微沟槽实验。结果表明，微沟槽两侧的微裂纹随着激光扫描速度的增大(100～600 mm/s)开始出现随后逐渐变小，微沟槽的几何形貌随扫描速度发生改变，其深度最大值为43.14μm、最小值为8.41μm，其宽度最大值为111.41μm、最小值为16.18μm，且直角微沟槽的内外侧形貌存在差异；调整预应力角度可以调控微沟槽两侧微裂纹的走向、微沟槽的几何形貌和扫描路径的偏移。应力辅助是一种调控表面形貌，辅助PDMS表面微纳加工实现功能化的简便方法。     

太阳能电池多晶硅表面激光制绒技术研究进展

太阳能作为一种绿色可持续的清洁能源，可以转化为热能或电能，是传统能源最重要的替代品。多晶硅太阳能电池由于具有较低的成本而被广泛用于光伏发电领域，降低多晶硅片表面反射率是提升多晶硅太阳能电池效率的重要手段之一。本文分析了硅基太阳能绒面微结构的吸光原理，梳理了各类常见制绒方法。在此基础之上，总结了激光制绒的各类加工方法，概括了不同激光加工方法对多晶硅片表面绒面产生的相应效果，其中，激光复合方法制绒的效果普遍优于单一激光制绒。随后从激光加工工艺的角度，分析了激光加工主要参数对绒面微结构形貌的影响：由于不同波长下多晶硅材料的吸收率不同，各加工效果亦不相同；通过调整脉冲激光加工中的重复频率、扫描速度等参数，可影响制绒面凹坑间距进而改变绒面微结构的密度，通过调整功率、单脉冲能量等因素则影响微结构的烧蚀程度或深度；而入射角度、能量分布及脉宽对制绒亦有明显效果。对比发现，各典型绒面微结构的形貌中，V形纹理比U形纹理更能有效地捕捉吸收光线，而二维复合型陷光微结构比单一型陷光微结构吸光性更好。在此基础之上，论述了化学后处理对提升多晶硅片绒面质量的作用体现，表明化学后处理能改善或消除多晶硅片经激光制绒后形成...     

激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷

采用大功率CO2激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷,讨论了激光制备工艺参数如激光光束模式、功率密度、扫描速率、辐照时间、辐照方式等对制备材料介电性能和组织形貌的影响,分析了其作用机理.     

激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷

采用大功率CO2激光辐照制备高介电常数Ta2O5陶瓷,讨论了激光制备工艺参数如激光光束模式、功率密度、扫描速率、辐照时间、辐照方式等对制备材料介电性能和组织形貌的影响,分析了其作用机理.     

表面形貌对润湿性及抗附着性能的影响

为研究表面形貌对表面润湿性和抗附着性能的影响,采用激光刻蚀技术制备点阵微结构和仿生贝壳表面网格微结构,将SiO2纳米粒子涂覆在微结构上制备微纳结构。研究表明,Ti6Al4V合金表面经激光刻蚀后由亲水变为超亲水状态。经低表面能修饰后,点阵微结构表面符合Wenzel模式的疏水状态,而网格微结构表面符合Wenzel模式的超疏水状态。在点阵和网格微结构上涂覆SiO2形成微纳结构表面均符合Cassie模式的超疏水状态,且网格结构表面的接触角更大,滚动角更小。浅海挂板实验显示,微生物粘膜附着量由多至少的顺序为:超亲水状态的点阵微结构表面亲水的抛光表面超亲水状态的仿生网格微结构表面符合Cassie模式的超疏水表面。     

基于激光加工和自组装技术硅基底超疏水表面的制备

利用激光在硅基底上加工具有规则点阵结构的表面纹理,采用自组装技术在此硅表面制备全氟辛烷基三氯硅烷自组装分子膜。采用扫描电子显微镜和表面形貌仪对硅试样表面进行形貌分析,采用接触角测量仪测量试样的接触角。结果表明,激光加工后的硅试样表面纹理深度和表面粗糙度均随激光加工间距的增加而逐渐变大,试样表面的去除量随光照时间的增加而增大。通过激光加工和沉积自组装分子膜,硅试样表面的水接触角显著增大,最大可达到156°,且试样的水接触角随激光加工间距的减少而增大。试样接触角测量值与Cassie模型预测值相一致,当点阵直径与加工间距比0.510时,硅试样表面为超疏水表面。     

复合材料激光辐照实验中的吸收特性研究

在复合材料激光烧蚀研究中,首要解决的问题是激光的吸收问题。利用积分球法测量了材料蒙皮层及材料整体结构对1.319μm红外激光的反射率和透过率,获得了蒙皮层材料激光吸收特性随厚度的变化规律,以及材料表面状态变化导致的反射与透射特性的变化。在此基础上研究了蜂窝夹层材料激光烧蚀前后的反射、透射性能变化,结果表明,材料表面碳化后对近红外激光的反射率由30%降为10%左右,透过率由40%降为0,平均吸收率由30%增加到90%,蜂窝夹层材料对激光的吸收大大增加。     

纳秒脉冲激光对316L不锈钢微抛光效果的影响

激光微抛光过程中,激光的能量密度对微抛光效果的影响很大.采用纳秒紫外脉冲激光(波长为355 nm,脉冲宽度为35 ns)对316L不锈钢材料进行微抛光实验研究,分析了工件表面的形貌、扫描速度和离焦距离等因素对激光微抛光效果的影响.通过对4种不同表面形貌的抛光效果比较,发现不仅表面粗糙度会影响抛光质量,而且表面的形貌也对激光微抛光的效果有很大影响;激光微抛光时对确定的激光能量密度存在最佳微抛光效果的扫描速度和离焦距离.提出了355 nm紫外纳秒脉冲激光器对316L不锈钢微抛光效果的最佳工艺参数:激光能量密度为0.14 J/cm2,激光脉冲重复频率为20 Hz,扫描速度为18.6 mm/min,离焦距离为81.2μm.在此工艺参数下,316L不锈钢经过微抛光之后,表面粗糙度由123.23 nm降低至80.96 nm.     

等离子体增强原子层沉积Al_2O_3钝化多晶黑硅的研究

黑硅的纳米结构可以大大降低硅表面的入射光反射率,同时由于比表面积的增加使其钝化成为难题,从而影响其太阳电池的性能。等离子体增强原子层沉积(PEALD)法沉积的Al2O3钝化层具有良好的保型性和致密性,适用于黑硅纳米微结构的钝化。本文使用金属辅助化学法制备多晶黑硅,再经低浓度碱溶液处理优化黑硅结构,最后用PEALD沉积了不同厚度的Al2O3钝化层。采用扫描电镜、分光光度计和少子寿命测试仪对黑硅的表面形貌、减反射特性和少子寿命变化进行了分析。结果表明碱溶液处理后黑硅表面结构变得更为平滑,Al2O3钝化的黑硅经退火后少子寿命达到8.96μs,在可见光范围内反射率降低至3.7%,与传统制绒工艺的多晶硅片相比性能有明显提升。     

超疏水Ti6Al4V表面的制备及其润湿性

为了使Ti6Al4V合金具有超疏水特性,采用激光技术加工规则点阵状纹理,然后采用自组装技术在试样表面制备自组装分子膜,得到了超疏水Ti6Al4V表面.激光加工构造的微米级点阵结构规整,形成了具有一定高度的类似锥台或柱状的凸起.通过激光加工和沉积自组装分子膜,Ti6Al4V试样表面的水接触角显著增大,最大可达到151°.将测得的接触角与分别用Wenzel模型和Cassie模型计算的理论值进行比较,实测结果更接近Cassie模型的结果.通过改变激光加工表面微结构的参数,可以控制表面接触角的大小.随着表面粗糙度值的增大,接触角呈增大趋势.当表面粗糙度大于4μm时,接触角均大于150°,形成超疏水表面.     

高Q平面环形微腔的制备以及测试

采用MEMS工艺制备平面微盘腔,再通过二氧化碳激光熔融其表面形成为环状结构,通过三维形貌微系统分析仪、原子力显微镜分别测试了其外部尺寸和表面粗糙度,实验结果表明,锥形光纤近场耦合测得微腔品质因素为4.8×105,耦合效率在95%以上,因此激光回流微的方式在得到了新的结构的同时保证了光腔的性能。     

图案化厚膜多孔硅制备与表征

图案化多孔硅是微电子、微机械、光电子器件的重要组成部分.实验以含Si3N4保护层的光刻单晶硅片为基底,采用电化学阳极氧化法制备图案化厚膜多孔硅,分析阳极氧化前后Si3N4保护层表面形貌变化特征和光刻尺寸对图案化多孔硅宽度、膜层厚度的影响规律,表征图案化多孔硅的结构、组成与发光性能.结果表明,氧化前Si3N4保护层局部区域出现枝晶,阳极氧化后形成不均匀孔状结构;制备的图案化多孔硅膜厚62～83μm,其横向扩展程度和膜层厚度均随光刻尺寸增大呈减小趋势;图案化多孔硅微结构含大量不规则裂纹和硅柱,新鲜制备的表面含Si-Hx键,其光致发光峰值波长650nm.     

化学刻蚀法制备多孔硅的表面形貌研究

本工作首先采用化学刻蚀法制备出各种特征的多孔硅,然后通过扫描电镜（ＳＥＭ）技术,对多孔硅的表面形貌进行了表征,并分析了多孔硅表面微结构的形成过程     

石蜡微胶囊的制备与表征

利用一步原位聚合法,制备了以脲醛树脂为壁材的石蜡微胶囊.采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜和红外光谱分析技术表征了微胶囊的表面形貌和结构组成.使用差示扫描量热仪(DSC)考察了石蜡微胶囊的热性能.结果表明,石蜡被脲醛树脂成功包覆;石蜡微胶囊呈圆球状、包覆完整、分散均匀,粒径在100μm左右;表面粗糙,壁厚约为4μm,...