PMMA疏水性表面的飞秒激光制备研究

利用飞秒激光加工系统对PMMA表面制备微结构,调节激光的加工次数和微结构的尺寸参数,研究PMMA表面的润湿性机理。激光制备出光栅结构和方柱结构,采用超景深三维显微镜和接触角测量仪对微结构表面形貌和润湿性进行测量分析。研究了不同的激光加工次数和微结构尺寸对表面润湿性的影响,结果表明:PMMA表面微结构的接触角随光栅结构间距的增大而减小,随光栅结构的高度增大而增大,最大接触角达到120°;相较于光栅结构,制备出的方柱结构的接触角更大,与理论计算值比较接近;激光加工PMMA表面微结构可以将PMMA润湿性从亲水向疏水状态转变,微结构间距过小会导致激光加工时飞溅的熔融物堆积在结构通道。     

超快激光制备PMMA微流道机理及工艺研究

由于传统加工方法不能解决PMMA微流道的加工质量不好和效率低的问题,本文对超快激光直写PMMA制备微流道的烧蚀机理和工艺参数进行了研究。根据实验分析不同的激光功率、加工速度和加工次数对微流道的宽度和横截面的影响规律,利用超快激光加工系统制备微流道,并采用超景深三维显微镜观测微流道的表面形貌。实验结果表明,当超快激光的加工速度为20 mm/s时,激光功率为1.5 W时,制备的微流道的宽度较小、宽度趋势比较平稳;当超快激光作用PMMA的次数一样,由于加工速度逐渐增加,制备的微流道其宽度和激光的加工速度保持线性增加。当加工速度越大时,微流道的宽度较小、且壁面趋势相对平缓,而当加工速度一定,超快激光的输出功率在1.5 W时,微流道内壁区域不易出现残渣堆积和气泡隆起现象。本文通过优化超快激光加工系统的工艺参数,从而加工出尺寸精度高、表面光滑、宽度为20~90 μm的微流道芯片。     

超短激光制备单晶硅光栅结构的热积累效应和实验研究

针对超短激光辐照单晶硅材料制备光栅结构存在表面裂纹的缺陷,采用双温模型数值模拟出热积累效应,并且实验验证不同加工参数下制备的单晶硅表面光栅结构的表面质量。数值模拟出不同超短激光功率下电子温度和晶格温度的变化规律,通过调节不同的加工参数制备出单晶硅表面光栅结构沟槽,采用超景深三维显微镜对其表面形貌分析。结果表明:当超短激光的输出功率增大时,激光热驰豫时间变大,增大了非平衡状态下激光的烧蚀强度。单晶硅表面的不平整凹坑造成超短激光的反射和散射,从而使得烧蚀后存在凹坑,造成单晶硅表面的损伤溶蚀。当加工速度和加工次数一定时,增大激光的输出功率可以提高超短激光制备光栅结构的加工效率,但过大的激光功率反而造成光栅结构沟槽两侧出现溶蚀凹坑。     

单晶硅表面微纳结构构建及其疏水性能分析

利用去除晶胞的方式在单晶硅100晶面的表面构建不同结构的光栅微纳结构及方柱阵列微纳结构,同时采用MD数值模拟方法,结合疏水结构模型,建立适用于光栅及方柱阵列微纳结构的结构模型,将理论接触角与仿真测量接触角对比并分析,从微观尺度上验证试验结果,得出两种结构参数对表面疏水性能的影响。研究结果表明：在去除一层晶胞的前提下,方柱阵列微纳结构的接触角为131°,其疏水性能更强。而结构参数在Cassie Baxter模型条件前提下,疏水性能随着疏水结构间的间距宽度增加而增大,随疏水结构宽度增大而减小。     

聚焦超声振动球壳的声压数值仿真及测量研究

为了解决高强度聚焦超声的声压场测量复杂、能量损失等问题,设计出了新型聚焦超声振动球壳装置,采用精确、便捷的测量方法,研究了聚焦超声振动球壳装置的声压场分布规律。建立了开口直径60 mm的聚焦超声振动球壳声压计算模型,计算了聚焦超声焦平面内垂直于声压轴方向上的声压理论值,分析了不同聚焦超声球壳孔径对声压轴处声压分布的影响;同时利用COMSOL软件对聚焦超声球壳的声压级进行了数值模拟,搭建了探针式水听器测量系统,通过实验验证了聚焦超声振动球壳的声压场分布。研究结果表明:随着聚焦超声振动球壳开口半径的增加,焦点附近主瓣的声压增加,其焦斑变小,声压在焦点处增大,声能量比较集中,聚焦超声振动球壳系统具有显著的聚焦特性;聚焦超声振动球壳比以往的高强度聚焦超声的声焦距更符合几何焦距,且误差较小,数值仿真结果与实验测量基本一致。     

飞秒激光烧蚀金箔机理及模拟分析

研究了在不同能量密度的单脉冲飞秒激光下烧蚀金箔的过程。讨论在不同能量密度的飞秒激光烧蚀下对电声相互作用,结合双温模型在有限差分法下模拟出的数据图,从模拟结果中得出能量密度与飞秒激光烧蚀的关联,进一步结合实验结果,分析飞秒激光能量密度是金箔的加工效率以及加工质量的主要因素,从而表明飞秒激光能量密度对于飞秒激光烧蚀材料的研究具有很大意义。     

飞秒激光制备PMMA表面微结构的作用机理和润湿性研究

采用飞秒激光微加工技术对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面进行微加工,研究PMMA表面不同微结构的润湿性。首先对飞秒激光去除透明聚合物材料的机理进行研究并建立了材料去除模型,制备出PMMA表面光栅结构和方柱结构;采用超景深三维显微镜和接触角测量仪对微结构表面形貌和润湿性进行测量分析。结果表明:飞秒激光加工PMMA表面微结构可以将PMMA润湿性从亲水向疏水状态转变,微结构间距过小会导致激光加工时飞溅的熔融物堆积在结构通道。     

超声振动辅助磨料流抛光技术研究综述

抛光加工是实现高性能零件最终表面质量要求的重要的方法.超声振动辅助磨料流抛光是磨料流抛光与超声振动相结合的复合抛光技术,在光学玻璃、蓝宝石、单晶硅、陶瓷等硬脆性材料抛光和金属材料零件复杂表面的抛光加工中具有独特的优势,可以有效地提高表面质量和抛光效率.对近年来的技术发展进行了总结,对抛光加工基本原理研究、材料去除微观机理研究、抛光工艺方法分类及应用等方面进行了系统的论述和分析.指出了这一技术当前的研究热点和需要解决的关键问题,对今后的研究、应用和发展给出了建议和展望.     

球面聚焦超声辅助汽雾冷却系统换热特性研究

基于超声雾化理论和超声聚焦理论,提出了一种应用于精密磨削加工中的球面聚焦超声汽雾冷却系统,在使用超声雾化作为冷却方式的同时,利用聚焦超声将汽雾汇聚到指定的换热位置,以提高汽雾的利用率。利用Fluent软件数值模拟和平面热源条件下稳态换热试验分析了聚焦汽雾和聚焦超声对聚焦超声汽雾冷却系统换热特性的影响。结果表明,当试件位于汽雾焦区时,聚焦汽雾的换热性能最佳,试件表面温度最低;同时,聚焦超声有助于强化中心区汽雾换热,进一步提高聚焦超声汽雾冷却系统的换热能力。     

提高活性炭吸氡效率的液氮改性方法

优质椰壳活性炭被广泛用作氡、碘等气载放射性的吸附材料。为提高其吸氡能力,本文采用液氮浸泡、液氮浸泡与蒸发并行和低温氮气冲洗的活性炭改性方法,分别对优质椰壳活性炭进行了改性研究,并改进了静态法测量材料对氡的吸附系数的计算方法。结果表明,连续液氮浸泡与蒸发对活性炭改性的效果最好,改性活性炭对氡的吸附系数随连续液氮浸泡与蒸发次数的增加呈先增大后减小的规律,连续改性4次的改性效果最佳,改性活性炭的吸附系数提高了36%;液氮浸泡对活性炭改性也有一定效果,改性活性炭对氡的吸附系数最大可提高15%;低温氮气冲洗对活性炭改性没有效果。活性炭改性前后样品的BET表征结果表明,改性活性炭对氡的吸附能力的提高与054 nm孔径的微孔比表面积增加有明显的正相关性。该方法具有改性工艺简单、周期短、成本较低等优点。