飞秒激光烧蚀铝片的热弛豫效应模拟与实验研究

研究了在不同能量密度的单脉冲飞秒激光下烧蚀铝片的过程。通过分析基于双温模型有限差分法所模拟出的数据图,并结合飞秒激光烧蚀实验的结果,从而研究不同激光能量密度与铝片烧蚀之间的联系。研究表明：飞秒激光能量密度与飞秒激光烧蚀的关联,而实验所测的结果进一步表明了提升飞秒激光能量密度对加工铝材料的加工效率以及加工质量的影响。通过研究和实验结果能够得出随着飞秒激光能量密度的增加,飞秒激光烧蚀期间铝材料的热弛豫过程将加长,烧蚀强度也将有所增加,同时铝材料加工后得出形貌质量也将有所提高,这个结论对于飞秒激光烧蚀金属材料的研究具有一定的意义。     

飞秒激光烧蚀铝片的热弛豫效应模拟与实验研究（英文）

研究了在不同能量密度的单脉冲飞秒激光下烧蚀铝片的过程。通过分析基于双温模型有限差分法所模拟出的数据图,并结合飞秒激光烧蚀实验的结果,从而研究不同激光能量密度与铝片烧蚀之间的联系。研究表明:飞秒激光能量密度与飞秒激光烧蚀的关联,而实验所测的结果进一步表明了提升飞秒激光能量密度对加工铝材料的加工效率以及加工质量的影响。通过研究和实验结果能够得出随着飞秒激光能量密度的增加,飞秒激光烧蚀期间铝材料的热弛豫过程将加长,烧蚀强度也将有所增加,同时铝材料加工后得出形貌质量也将有所提高,这个结论对于飞秒激光烧蚀金属材料的研究具有一定的意义。     

利用飞秒激光对钛金属表面黑化处理的研究

目的降低金属钛表面的反射率,探索钛表面黑化处理的新工艺。方法采用飞秒激光技术对金属钛表面进行了黑化处理,通过研究激光功率、扫描速度、重复频率等工艺参数,研究不同试验状态下样品的表面形貌和反射率,采用扫描电镜表征样品的微观结构,同时利用分光光度计测试样品的反射率曲线。结果当激光功率为6 W、扫描速度为100 mm/s、重复频率为200 k Hz时,样品的反射率最低,在250~800 nm波长范围内的平均反射率为2.66%。结论调节激光参数可以在金属钛表面获得不同形貌的微结构,不同工艺参数下获得的样品的反射率不同,但是都可以降低钛表面的反射率。     

牙轮钻头轴承表面织构三种加工方法对比分析

目的研究牙轮钻头轴承上润滑减磨的有效织构加工方法,从而进一步深入牙轮钻头轴承上仿生表面织构的研究。方法开展精密雕刻、纳秒激光和飞秒激光三种加工方式在牙轮钻头轴承上加工织构的实验,观察加工织构底部形貌,从织构加工尺寸、加工精度、加工对象三个方面对比分析三种织构加工方式的优缺点。结果精密雕刻技术可获得较规则的织构三维形貌,但不适用加工熔点高的材料,且仅适用于直径大于400?m的织构。纳秒激光由于金属熔融堆积效应,织构加工质量较差。飞秒激光技术的加工质量高且不受材料限制,能获得较好的织构轮廓,合理织构直径应小于300μm。结论为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法提供依据。综合织构加工尺寸范围、加工对象和加工精度,飞秒激光加工技术在牙轮钻头轴承上具有良好的应用前景,精密雕刻技术仅在织构尺寸较大时可采用。     

Cu箔集流体飞秒激光深刻蚀织构化及其对锂离子电池性能的影响

目的 使用飞秒激光在Cu箔表面深刻蚀织构化,制备微纳沟槽结构,提高锂离子电池Si电极循环稳定性。方法 系统研究激光能量密度、单位点有效脉冲数对厚度为9 μm的Cu箔的表面形貌和微纳结构的影响规律,根据结果设计不同沟槽密度和沟槽深度的Cu箔,并组装成Si电极锂离子半电池,通过循环测试及循环后电极形貌揭示其稳定性提升的内在机理。结果 最佳的激光能量密度为3.18 J/cm²,此时改变单位点有效脉冲数和扫描间距可有效控制刻蚀沟槽的密度和深度。Si电极的循环稳定性随着Cu箔表面沟槽密度和沟槽深度的增加而逐渐提升,当沟槽密度为75%、沟槽深度为6 μm时,循环300圈后剩余的容量高达911 mA.h/g,保持率为89%,电极形貌相对最完整、稳定。结论 刻蚀表面纳米结构增加了电极层与集流体之间的黏结强度;微米沟槽结构进一步保护了电极层,缓解了体积膨胀效应。采用Cu箔集流体深刻蚀显著改善了Si电极的剥离和开裂现象,实现了其电化学性能的提升。     

飞秒激光刻蚀对纳米金刚石薄膜表面微观特性的影响

利用飞秒激光对纳米金刚石涂层进行刻蚀试验,通过改变激光的重复频率,输出功率以及焦点扫描速度,研究不同的激光加工参数对金刚石涂层烧蚀结果的影响。利用白光干涉仪器、SEM、拉曼光谱仪研究了飞秒激光刻蚀后涂层表面微观粗糙度、微观形貌以及碳相结构变化。采用面积推算法计算出扫描速度1 mm/s,有效脉冲数为90时的烧蚀阈值。结果表明：金刚石涂层表面飞秒激光诱导的条纹状结构周期（LIPSS）接近飞秒激光波长,改变飞秒激光重复频率对涂层表面形貌修饰影响不大;由于烧蚀饱和作用,飞秒激光功率增加至80 mW过程中涂层表面微观粗糙度持续减小随后维持在325 nm左右;激光扫描速度的增大可使LIPSS特征消失,当扫描速度增加至1.4 mm/s后,涂层表面微观粗糙度不再继续降低而是随着速度的增大而增大。激光诱导的金刚石涂层表面石墨化程度越高,涂层表面微观粗糙度则越低;当有效脉冲数为90时纳米金刚石薄膜的飞秒激光烧蚀阈值为0.138 J/cm²。     

飞秒激光烧蚀单晶硅片的表面质量视觉检测

使用飞秒激光微加工中心对单晶硅片等材料进行微尺度结构加工时,需保证硅晶片表面、边缘的完好,无瑕疵、污渍及划痕等缺陷。提前识别有破损的晶片对保证飞秒激光烧蚀样品的顺利进行具有实际意义。以飞秒激光烧蚀的单晶硅片为实验样品,分别针对以下一些瑕疵的视觉检测策略进行了研究:硅晶片表面划痕检测、表面污渍检测、边缘瑕疵与破损检测以及硅晶片边缘直线或曲线检测。经实验验证,提出的针对各种晶片表面瑕疵的检测策略是可行的,对提高飞秒激光烧蚀硅晶片的质量具有借鉴价值。     

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。     

飞秒激光烧蚀金箔机理及模拟分析（英文）

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。     

受猪笼草启发的多孔微腔低冰黏附防除冰表面

目的 提高光滑液体注入表面(SLIPS)的防/除冰耐用性。方法 将镍箔完全浸没在无水乙醇中,使用飞秒激光照射无水乙醇环境中的镍箔表面诱导出立体多孔纳米微腔阵列结构,并使用氟硅烷改性增加表面对硅油的亲和力,最后用50 cSt的硅油旋涂在改性后的表面上。通过扫描电镜和光学显微镜对立体多孔纳米微腔结构进行形貌分析,并通过延缓结冰试验、冰黏附强度测试和高温蒸发试验,分别评价该SLIPS的延缓结冰性能、冰黏附强度和防除冰耐用性。结果 在立体多孔纳米微腔结构的毛细作用下,具有亲油憎水性的立体多孔纳米微腔表面上的蒸馏水滴也会被钉扎。相比非结构化表面,该SLIPS将延缓结冰时间提升了2.8倍,同时,在低温高湿度环境中,实现了冷凝水的自去除。在80 ℃高温环境下的蒸发10 min后进行结冰/除冰操作,10个周期后,该SLIPS的接触角(θCA)为110°,滑动角(θSA)为8.5°,以及冰黏附强度参数(τice)为3.6 kPa。结论 利用飞秒激光加工无水乙醇环境中的镍箔表面生成的立体纳米多孔微腔阵列结构能够减少SLIPS表面的润滑剂损失,可有效提高防除冰SLIPS的耐用性。