薄膜卷覆法连接双壁碳纳米管长丝接头的激光强化

在已有的薄膜卷覆法连接一维双壁碳纳米管(DWNT)长丝的基础上，对连接接头进行了激光强化的实验研究。研究结果表明，在对接头通过一定强度电流的条件下，利用激光辐照的能量作用，可以使接头处的碳纳米管长丝之间在原来单纯的物理结合(即主要靠范德华力结合)的基础上，通过长丝内双壁碳纳米管管束之间的融合作用形成一定形式的C-C键结合，从而显著提高接头的强度。激光处理之后，接头的最高拉伸强度由处理前的189.5 MPa提高到335.6 MPa。     

电光源专利新技术

1白炽灯 1．1一种碳纳米管灯丝及其制备方法 110焦前。爱迪生发明灯泡时使用之由电极加热的灯丝是碳丝。由于当时的制作技术，碳丝易烧断且寿命短，故随后发明了钨丝灯丝。在纳米时代的今天，为了解决钨丝发光效率较低的问题，又回到了碳丝。清华大学公开了一项碳纳米管灯丝制备方法（CN1540713A），以开发碳纳米管在电学和光学方面的优异性能，推进碳纳米管的实用化进程。所述灯丝是由单壁或双壁碳纳米管制成的，其制备方法是：在纯化处理后，将单壁碳纳米管长丝或双壁碳纳米管膜放入丙酮或者酒精溶液中充分浸润，然后再将其从丙酮或酒精溶液中取出，待溶液挥发后，双壁碳纳米管膜也自然形成一束致密的碳纳米管长丝。     

碳纳米管悬浮液光限幅机理实验研究

为了研究碳纳米管悬浮液的光限幅机理,测量了碳纳米管悬浮液的散射能量和透射能量随入射激光能量密度的变化曲线,得到了不同入射激光能量密度下,散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布,并对碳纳米管悬浮液进行了探针光实验。根据米氏散射理论,计算了在不同大小的散射中心下,碳纳米管悬浮液的散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布,以及散射截面随散射中心半径大小的变化。结果表明,碳纳米管悬浮液光限幅可能源于碳纳米管吸收激光能量汽化形成的碳气泡引起的非线性散射。     

液相脉冲激光辅助制备单壁碳纳米角的研究

为了探索出一种可控、稳定、高效的制备碳纳米角的方法，采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对悬浮于液相介质中的天然鳞片石墨颗粒进行激光辐照，并通过高分辨率透射电镜、激光喇曼光谱等检测手段对实验产物进行表征，对实验结果进行了理论分析与实验验证。结果表明，激光能量为150mJ，300mJ，450mJ和600mJ时，对应的产物分别为seed型、bud型、dahlia型和petal-dahlia型碳纳米角；4种形态的碳纳米角的粒径均分布于10nm~80nm范围内，平均粒径分别为29nm，33nm，36nm和38nm。该研究对制备出不同形态的碳纳米角是有帮助的。     

激光推进环聚焦数值模拟研究

设计了激光推进环聚焦系统,在考虑入射激光束与光船聚焦系统主轴偏离情况下,建立研究环聚焦性能的数学模型,并数值模拟研究了环形"点火"线的形状、大小、能流密度以及点火区域空间特性.数值分析结果表明:环聚焦系统在喷管内产生半径约为49 mm的环状点火区域,比点聚焦产生的点状点火区域要大一个数量级,从而使吸收室内工质加热更加均匀;当激光束从垂直入射到偏离入射变化时,聚焦能量不再均匀地分布在圆形环线上,而是向x轴聚积,整个点火区域呈扁环状,因此,近椭圆柱状喷管设计将极大地提高激光能量转换效率.     

微尺度碳粒的激光诱导辐射非傅里叶现象分析

采用热松弛时间表征微纳米含碳粒子受热瞬间热扰动和热响应存在的时间迟滞,同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域修正空气导热系数,建立亚微米碳粒的单相延迟双曲型瞬态激光诱导辐射传热传质模型,分析碳粒子经高能脉冲激光照射前后其温度与激光诱导辐射光谱强度的时域变化特征。重点讨论了热松弛时间与激光能量等参数对不同粒径尺度的碳粒激光诱导辐射光谱信号的影响。结果表明,热松弛时间值越大,入射激光能量越高,粒径越小,受热颗粒的激光诱导辐射光谱信号振荡幅度越强,非傅里叶效应越显著,这为采用激光诱导辐射技术进行高温环境亚微米量级含碳微粒的定量测量研究提供理论依据。     

低功率密度激光合成金刚石的相变机制

为了延长激光法合成纳米金刚石的有效作用时间从而提高合成效率,提出采用功率密度低、脉宽长的毫秒脉冲激光照射循环水介质中石墨颗粒合成纳米金刚石的新工艺。高分辨透射电镜(HRTEM)及X射线衍射(XRD)分析结果表明,产物中含大量具有球形单晶体结构或五重孪晶结构的金刚石颗粒(平均颗粒尺寸约为5 nm)。通过对纳米金刚石微观组织结构的分析以及理论计算测算出低功率密度(106W.cm-2)毫秒脉冲激光照射时石墨颗粒表面可达到最高温度5300 K,认为该功率密度毫秒脉冲激光照射石墨颗粒时,不能产生碳等离子体,只能使石墨颗粒熔融,得到液态碳。因此生成纳米金刚石的相变机制为:激光脉冲开始时,石墨颗粒吸收激光能量快速升温并达到熔融状态,激光脉冲过后,碳液滴迅速冷却,金刚石形核并长大得到纳米晶。     

微波作用下碳灰颗粒的形貌变化

强辐射激光已被发现可使纳米碳灰颗粒内部发生快速的结构变化,甚至可用来直接制备出洋葱状的巴基葱.研究了作用面更广的辐射场,即微波与碳灰纳米颗粒之间的相互作用.以金属基底作辅助,发现玻璃真空腔中的样品在微波照射下亦出现快速的内部结构变化,并呈现出洋葱状的多缺陷巴基葱.利用高分辨透射电镜和气体发光等手段研究了这一变化过程,发现C2分子仍为这一过程中的最小基本单元,这为该结构的变化机理提供了有效依据.     

不同脉宽激光导致的纳米金刚石尺寸差异的热力学和动力学分析

针对激光烧蚀碳悬浮液以及液体介质中的石墨靶形成不同尺寸大小的纳米金刚石,对金刚石颗粒的形成进行了分析.基于激光器参数以及合成条件比较分析了两种烧蚀产生的物理化学差异,并根据热力学条件计算了金刚石颗粒的平衡尺寸和激光烧蚀后形成的碳团簇的冷却速度以及Wilson-Frenkel生长定律进一步计算了纳米金刚石的生长速度、生长时间、生长尺寸.计算结果表明,不同参数的激光烧蚀条件下产生的高温高压碳团簇的大小和密度决定了冷却速度以及生长时间,并最终决定了纳米金刚石尺寸.另外根据金刚石晶体最低能量计算结果也验证了超细纳米金刚石形成的理论基础.动力学与热力学理论计算结果和实验结果相一致,合理解释了不同尺寸纳米金刚石的形成.     

飞秒激光在6H-SiC表面诱导偏振依赖纳米结构特性研究

激光诱导偏振依赖纳米结构是一种有效实现纳米图案化的技术,并且一直备受研究者的青睐。利用飞秒激光微加工技术,对6H-SiC晶体表面激光诱导偏振依赖纳米结构特性进行了研究。通过改变入射激光加工偏振态和延迟时间样品表面诱导产生了直径约为150 nm的球形纳米颗粒、椭圆形纳米颗粒和空间周期约为150 nm的高空间频率表面条纹结构。实验结果表明,入射激光偏振特性会直接影响诱导产生的微结构形貌,并且优先入射的飞秒激光对最终产生的表面微结构形貌有决定性作用。初步探讨了偏振依赖纳米结构形成的物理机制,表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)在表面微纳米结构的产生过程中扮演着重要角色,研究结果对激光诱导表面周期结构(laser-induced periodic surface structures, LIPSS)可控制备具有重要意义。     

真空平板玻璃激光封接气孔控制研究

为了探究激光焊接真空平板玻璃封接层气孔的产生机理，利用扫描电镜、自带能谱仪、X射线衍射仪和金相显微镜等手段，进行了真空平板玻璃激光侧边封接试验，研究了激光功率和焊接速率对封接层气孔的影响，分析气孔产生的原因。结果表明, 真空平板玻璃封接层出现了数量较多、大小不一、相互不连通的孤立气孔，位于颗粒的交界处，主要是由焊料颗粒间的残余空气引起的; 在焊接速率为2mm/s和离焦量为-2mm的条件下，过低或过高的激光功率都不利于减少封接层的气孔缺陷，激光功率为80W(能量密度为80J/mm2)时，封接层组织形貌好，封接层封接质量佳; 在激光功率为80W和离焦量为-2mm的条件下，较低的焊接速率将有利于减少封接层的气孔缺陷，焊接速率为1mm/s(能量密度为160J/mm2)时，封接层组织形貌好，封接层封接质量佳。此研究可为真空平板玻璃的激光封接制造提供理论依据。     

不锈钢表面镀铜对铝/钢YAG激光焊接的影响

对0.3 mm厚的316L不锈钢/6061铝合金进行了脉冲激光(YAG)封边焊接试验。为了改善铝钢的冶金结合,对不锈钢表面进行了镀Cu处理,对比了镀铜前后的焊接情况;利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头界面区显微组织特征、熔合情况、元素分布和断口形貌。结果表明:对于铝/钢直接焊接,焊接电流I=130 A,激光脉宽D=4 ms,激光频率f=13 Hz,焊接速度V=150 mm/min,气体流量25 L/min,零离焦时,焊缝平整、成型美观。镀铜层形成了铝钢焊接的过渡层,减缓了界面处液态金属传递,抑制了铁铝之间的熔合,铝钢熔合线向钢一侧偏移。不锈钢未镀铜情况下,焊接接头组织主要由靠近铝一侧的针状或粗大板条状Fe2Al5及靠近钢一侧的FeAl 组成;镀铜后Cu主要固溶到Fe中,接头界面组织主要由(Fe,Cu)2Al5、(Fe,Cu)3Al组成。镀铜前后接头拉伸断口形貌未发生明显变化,然而,接头强度明显提高,提高约40.32%,达到15.63 N/mm。     

航空铝合金表面涂层无损激光清洗研究

激光清洗以绿色、安全、便于控制等优点,在航空航天、电子、交通等领域有着重要的应用价值。采用纳秒脉冲激光清洗航空2A12铝合金表面TB06-9涂层,研发了一种新型的两步法无损激光清洗工艺。运用扫描电子显微镜、能谱仪,超景深三维显微镜和万能电子实验机等分析激光清洗涂层。结果表明,第一步采用单次激光清洗,随激光功率的增加,试样表面涂层逐渐减少裸露出氧化层及基材。激光功率为40 W时氧化层保留完好,功率为45 W时氧化层开始出现损伤,随着功率的增加,损伤逐渐增多。最终确定第一步优化参数为激光的频率为20 kHz,功率为40 W,扫描速度为1040 mm/s,线间距为0.052 mm。第二步在第一步的基础上进行多次清洗,获得的优化参数为激光频率为1000 kHz,功率为80 W,扫描速度为690 mm/s,线间距为0.034 5 mm。两步法激光清洗试样的表面与原始试样表面形貌相似,表面显微硬度及抗拉强度基本保持一致,较好地保留了材料的原有力学性能。     

镍基合金激光熔覆层组织特征研究

利用同步送粉法在Q235低碳钢表面激光熔覆了镍基合金涂层.用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计对熔覆层的微观组织、物相组成、成分分布及显微硬度进行了测定与分析.结果表明:在激光功率3kW,扫描速度300mm/min,光斑直径3mm等工艺条件下的激光熔覆质量良好,无气孔、裂纹等缺陷,且与基材呈良好的冶金结合;熔覆...     

碳片的空间约束对土壤等离子辐射特性的影响

为改善激光诱导击穿光谱的质量,提高激光诱导击穿光谱技术对土壤样品的检测能力,研究了圆形碳片距离样品表面的高度变化对土壤等离子体辐射强度的影响,并通过Boltzmann图方法和光谱线Stark展宽法测量了等离子体的电子温度和电子密度。实验结果表明,当有碳片从轴向约束等离子体时,等离子体辐射强度比没有碳片约束时的明显增强;随着碳片距离样品表面高度的加大,等离子体辐射强度逐渐升高并在11mm处达到最强,随后减弱。计算可知,样品中元素Fe、Mn、K和Ti在碳片距离靶面11mm处的谱线强度要比无碳片约束时的分别提高179.88%、117.02%、123.21%和91.24%;光谱信噪比分别提高107.30%、92.26%、68.48%和67.66%;等离子体的电子温度升高2800K,电子密度升高2.16×1016 cm-3。研究结果为土壤中痕量元素的检测提供了一种简单、易行的方法。     

40Cr刀具表面激光熔覆WC/Co50复合涂层的微观组织及其磨损性能

通过6 kW 横流CO2激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成,测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明,外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解,涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr,Fe)7C3和W6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂,出现了树枝状初晶、包状过共晶,枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50 熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面,其最大平均显微硬度为基材的1.93倍,且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下,复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。     

激光能量密度对纳米Al2O3/PS复合材料致密度和显微结构的影响

当扫描间距一定时,选区激光烧结(SLS)成型的激光能量密度和激光功率(P)与扫描速度(V)的比值(P/V)成正比。为了研究激光能量密度对烧结试件致密度和显微结构的影响,分别对不同P/V比值及相同P/V比值但不同P值和V值条件下激光烧结试件的致密度进行了研究,并利用扫描电镜(SEM)分析研究了烧结试件的表面形貌和显微结构的变化。研究发现,在P/V值达到1 W/37.7 mm.s-1以前时,烧结试件的体积密度随着P/V值的增加而提高,试件表面越来越光滑,气孔数量及尺寸减小;随着P/V值进一步地提高,由于聚苯乙烯的降解,产生了大量的烟气,体积密度基本上没有提高,反而有可能会出现下降的趋势,气孔未见明显减少;在P/V值等于1 W/32 mm.s-1时,随着P和V值的同时增加,烧结试件的体积密度有下降的趋势,内部气孔增多,气孔尺寸变大。综合考虑激光器使用寿命及加工效率等因素,较佳的成型工艺参数选择为激光烧结功率28 W,扫描速度1120 mm/s,铺粉厚度0.1 mm,扫描间距0.2 mm,预热温度95℃。     

NULCB钢激光焊接接头组织、性能的研究

为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性,利用kW CO2激光对NULCB钢进行了焊接,并分析了焊接接头组织、性能的变化规律.试验结果表明,激光焊接接头显微硬度均高于母材,未出现明显的软化区;焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M-A组元组成的粒状贝氏体;热输入由120J/mm～600J/mm范围内变化时,随着热输入的增大,M-A组元的平均宽度、总量、形状因子增大,M-A组元线密度减少;随热输入的增大,激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小.合适的激光焊接条件下,激光焊接焊缝区具有良好的韧性,其低温冲击吸收功高于母材.     

激光参量对碳钢表面清洗质量的影响

为了研究激光工艺参量对碳钢表面锈蚀污染层清洗质量的影响规律,采用Nd:YAG准连续激光器对Q235钢板试样进行了激光除锈清洗试验,并观测了试样表面清洗质量.分析了激光清洗污染物烧蚀的工作机理,并试验研究了激光能量密度、扫描速率、扫描宽度、离焦量和重复频率等工艺参量对清洗质量的影响,在此基础上进行了正交试验;通过对激光清...