皮秒激光制备大面积荷叶结构及其硅橡胶超疏水性压印研究

超疏水自清洁荷叶结构表面有重要应用潜力。运用高功率皮秒激光结合高速扫描振镜,在H13模具钢表面高效制备了密排六方点阵微米级凹坑,其中含有丰富的纳米级亚结构,获得了面积为25mm×25mm的反荷叶结构。将该结构用于超疏水微纳米压印模板,在165℃、6MPa、大气环境中进行硅橡胶压印,获得大面积微米级突起阵列,表面分布着纳米级亚结构,与荷叶结构十分相似。压印后硅橡胶表面接触角达到153.3°,接触角滞后值为3.2°,实现了超疏水性。皮秒激光制备的模板能进行连续压印,具有一定的耐久性和连续压印能力。     

激光刻蚀法制备仿生超疏水表面的研究进展

超疏水表面因具有滑移减阻、防腐蚀、防摩擦等良好的性能，获得广泛的关注。激光刻蚀超疏水表面具有可控、简单、稳定、环保等优点，有望实现工业化生产。首先梳理了超疏水表面的理论模型与影响因素，概述了国内外激光刻蚀超疏水表面的方法，讨论了飞秒、皮秒和纳秒激光制备超疏水表面的优缺点, 最后提出了激光刻蚀超疏水表面技术的展望。今后的研究应该坚持以降低生产成本、减少工艺步骤、提高生产效率、绿色节能环保等为基础，着重提高表面微结构的稳定性与持久性。超疏水表面将朝着多功能化与智能化的方向发展。     

皮秒激光制备超疏水聚四氟乙烯表面及其水下全反射研究

在室温空气条件下,利用1064nm皮秒激光加工系统在聚四氟乙烯(PTFE)表面加工出平均缝宽为25μm、壁厚为25μm、深度为75μm的沟槽阵列和边长为30μm、缝宽为25μm、高度为43μm的柱状阵列。加工后的聚四氟乙烯表面静态接触角达到167°,为超疏水表面。将制备出的超疏水聚四氟乙烯完全浸入纯净水中,通过玻璃器皿观察,其超疏水表面在水下出现金属光泽。实验发现,超疏水聚四氟乙烯表面在水下可使以一定角度斜入射的可见光反射光强增加。利用浸润性模型分析该现象出现的原因是超疏水表面在水下发生了全反射。     

皮秒激光加工工艺对微沟槽表面的疏水性研究

为了研究紫外皮秒激光在均热板基板表面刻蚀微沟槽后,不同激光工艺参数对微沟槽表面疏水性的影响规律,采用Cassie-Baxter模型进行了理论分析,并利用单因素实验法,改变激光扫描速率、激光扫描间距、光斑横向重叠次数进行实验验证.结果表明,降低固-液区域面积占比、宽度或缩短沟槽间距,均可以提升微沟槽表面的疏水性能;造成微...     

纳秒激光诱导铝板表面超疏水微纳结构北大核心CSCD

提出了一种利用纳秒光纤激光快速制备超疏水铝板表面的方法,对样品表面的接触角和粗糙度进行了测量。烘烤处理激光加工后的样品,得到了一系列具有不同润湿性能的铝板表面,增加激光能量密度可得到超疏水表面。研究结果表明,增加激光能量密度除了能提高铝板表面的粗糙度,还会形成明显的微纳二级结构;空气占铝板超疏水复合接触面总面积的90%以上;纳秒激光诱导铝板超疏水表面是微纳结构和化学成分共同作用的结果。     

三级微纳超疏水表面的超快激光复合制备及防除冰性能研究

本文针对超疏水表面的防除冰性能,采用超快激光结合化学氧化的复合制备方法,开发了一类新的三级微纳超疏水表面结构,这类结构由微米锥阵列支撑结构以及在其上密集生长的金属氧化物纳米草结构和弥散分布的微米或亚微米花结构组合而成。经过表面改性后,这类三级微纳结构具有优异的超疏水性,其接触角可超过160°,滚动角在1°以内。对这类三级微纳超疏水表面的防结冰性能进行研究后发现,在冷凝和低温环境下,该类超疏水表面存在合并诱导自跳跃以及分级冷凝的现象,分级冷凝不仅可使表面上的一级冷凝液滴在高湿度环境下依然保持Cassie状态,还能使液滴在结冰前脱离表面,因此具有较好的防结冰性能;此外,由于表面三级微纳粗糙结构中捕获的空气囊具有较好的隔热作用,因此该超疏水表面具有良好的延迟结冰性能,其延迟异质形核的时间达到了52 min 39 s。最后,本文对三级微纳超疏水表面的疏冰性能进行了研究,结果表明:三级微纳超疏水表面的冰粘附强度仅为6 kPa,约为未经处理的铝合金表面的1/40;经过10次推冰测试后,该超疏水表面的冰粘附强度依然不超过20 kPa,说明该表面具有良好的机械耐久性,应用潜力巨大。     

锰青铜表面激光熔覆镍基合金的微观组织

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备,采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层.借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析.研究结果表明,激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合,激光熔覆层组织主要是γNi,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si,并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布.     

开关面板微纳结构的激光制备及超疏水性研究

为了解决厨房用开关面板抗油污沉积的问题, 采用飞秒激光在开关面板表面制备出微纳米复合结构表面, 实现了超疏水性, 进而减少油污沉积附着, 研究了聚碳酸酯(PC)开关面板的激光烧蚀阈值、不同激光工艺参数和微纳结构对表面浸润性的影响。结果表明, PC开关面板在515nm波段下的烧蚀阈值为1.66μJ; 当激光能量为1.6μJ、扫描速率为200mm/s、搭接率为1/3线宽时, 其表面液滴接触角为161°, 表现出超疏水特性。经激光表面处理后的PC面板具有超疏水性, 可实现表面的自清洁作用, 显示出巨大的市场潜力。     

准分子激光快速诱导聚偏氟乙烯材料导电层的研究

采用KrF准分子激光直写刻蚀技术在聚偏氟乙烯(PVDF)材料表面引入刻蚀缺陷,利用刻蚀点缺陷和线缺陷的活性中心作用实现了聚偏氟乙烯表面导电层的快速制备。实验结果表明,通过激光刻蚀在该材料表面产生的刻蚀点或刻蚀线均可起到活性中心的作用,轻易地控制导电层的形成,降低了激光改性阈值,低阈值实现了导电层快速制备的目的。通过激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)及扫描电镜(SEM)观察,刻蚀缺陷边缘产生类导电层的二维规整网络微结构,为导电层的初期形式。激光刻蚀过程中的激光热交联反应及激光辐照交联反应的交替作用是聚偏氟乙烯导电层快速产生并大面积形成的主要原因。     

镁合金表面激光熔覆Cu-Zr-Al非晶复合涂层

采用激光熔覆技术在镁合金表面制备了Cu-Zr-Al非晶复合涂层。研究结果表明,非晶复合涂层主要是由非晶及Cu10Zr7和Cu8Zr3相构成,其中非晶相的摩尔分数约为60%。涂层结合区与基体之间的结合形态为非平直晶面型;热影响区由细小的α-Mg -βMg17Al12过饱和固溶体构成;由于高的铝含量增加了热影响区应力腐蚀敏感性,致使在金相腐蚀时其内部局部区域及与熔覆层结合处产生裂纹。在非晶相和金属间化合物复合作用下,复合涂层具有高的硬度、弹性模量、耐磨性和耐蚀性。     

Bioinspired Fabrication of Superhydrophobic Graphene Films by Two‐Beam Laser Interference

Reported here is a bioinspired fabrication of superhydrophobic graphene surfaces by means of two‐beam laser interference (TBLI) treatment of graphene oxide (GO) films. Microscale grating‐like structures with tunable periods and additional nanoscale roughness are readily created on graphene films due to laser induced ablation effect. Synchronously, abundant hydrophilic oxygen‐containing groups (OCGs) on GO sheets can be drastically removed after TBLI treatment, which lower its surface energy significantly. The synergistic effect of micro‐nanostructuring and the OCGs removal endows the resultant graphene films with unique superhydrophobicity. Additionally, dual TBLI treatment with 90° rotation is implemented to fabricate superhydrophobic graphene films with two‐dimensional grating‐like structures that can effectively avoid the anisotropic hydrophobicity originated from the grooved structures. Moreover, the superhydrophobic graphene films become conductive due to the laser reduction effect. Unique optical characteristics including transmission diffraction and brilliant structural color are also observed due to the presence of periodic microstructures. As a mask‐free, chemical‐free, and cost‐effective method, the TBLI processing of GO may open up a new way to biomimetic graphene surfaces, and thus hold great promise for the development of novel graphene‐based microdevices.     

激光防治“古文物”锈蚀的实验研究

报导用激光处理青铜器等文物的实验，给出了防治青铜器生“粉状锈”的实验方法和结果，并对其机理作了分析。     

钛合金基体上激光熔覆制备钛铝化物基复合涂层组织特征

采用含有Ti,Al,Nb,Cr,C元素的混合金属粉末，以激光熔覆的方法在Ti-6Al-4V合金基材上制备了钛铝化物基原位合成碳化物增强复合涂层，分析了涂层的成形、组织组成、成分分布、相结构组成以及显微硬度分布等显微结构特征。所制备的涂层组织细小均匀，其显微结构特征可以描述为：等轴γ-TiAl＋层片(γ-TiAl/α2-Ti3Al)＋碳化物增强相，其中，等轴的γ-TiAl晶粒尺寸在微米量级，γ-TiAl/α2-Ti3Al 层片间距在500 nm以下，碳化物增强相在涂层内部均匀分布，呈微米级的短棒状形态。     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

基于金纳米颗粒的激光钛合金表面处理研究

钛合金的表面质量直接决定了种植体的成活率。针对传统表面处理方法带来的问题,文中基于时域有限差分法,提出了一种基于直径200 nm金颗粒的钛合金表面激光处理方法,研究了激光参数对钛合金表面光场分布的影响规律。仿真结果表明,由200 nm金纳米颗粒激发的近场增强分布区域为环形;增强倍数超过了6 500倍;通过改变入射光的角度可以进一步提高增强倍数;而背景折射率对金纳米颗粒激发的近场增强效果影响微小,能够在多种介质中进行表面处理。     

铝合金的激光熔覆修复

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kWCO2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104W/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。     

Corrosion‐Resistant Superhydrophobic Coatings on Mg Alloy Surfaces Inspired by Lotus Seedpod

Superhydrophobic surfaces are widely found in nature, inspiring the development of excellent antiwater surfaces with barrier coatings isolating the underlying materials from the external environment. Here, the naturally occurring superhydrophobicity of lotus seedpod surfaces is reported. Protective coatings that mimic the lotus seedpod are fabricated on AZ91D Mg alloy surfaces with the synergistic effect of robust superhydrophobicity and durable corrosion resistance. The predesigned titanium dioxide films are coated on AZ91D by an in situ hydrothermal synthesis technique. Through sonication assisted electroless plating combined with a self‐assembling method, the densely packed Cu‐thiolate layers are uniformly plated with robust adhesion on the Mg alloy substrate, which function as a superhydrophobic barrier that can hold back the transport of water and corrosive ions contained such as Cl^?. Notably, the two extreme wetting behaviors (superhydrophilicity and superhydrophobicity) as well as corrosion resistance and improved corrosion resistance can be easily controlled by removal of the hydrophobic materials (n ‐dodecanethiol) at elevated temperature (350 °C) and modifying them at room temperature for 18 cycles, indicative of exceptional adhesion between the superhydrophobic coating and the underlying AZ91D Mg alloy.