曾勇 1,2,3张子佳 1,2,3孙立君 1,2,3姚海华 1,2,3陈继民 1,2,3
1 1.北京工业大学 材料与制造学部, 北京 100124
2 2.北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心, 北京 100124
3 3.跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
脱脂热处理工艺对于3D打印陶瓷的成形质量具有重要的影响。目前光固化3D打印制备得到的氧化铝生坯经过在空气中的脱脂热处理工艺后烧结最终得到的氧化铝陶瓷存在的微观裂纹等缺陷, 将导致其力学性能较差。本工作研究了基于数字光处理(Digital light processing, DLP)技术的氧化铝陶瓷打印热处理工艺, 将3D打印制备得到的氧化铝陶瓷生坯分别在空气与氩气中脱脂后比较其宏观形貌, 发现在空气下脱脂的氧化铝生坯存在微观裂纹。再将脱脂后的生坯在空气下烧结得到氧化铝陶瓷, 并对其微观形貌和宏观性能进行表征, 发现在氩气下脱脂的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸要比直接在空气中脱脂得到的氧化铝陶瓷平均晶粒尺寸大, 而且晶粒结构致密, 无明显气孔和杂相, 而且具有更高的抗压强度。这说明在氩气中脱脂后烧结得到的氧化铝陶瓷性能更好。在氩气中脱脂的氧化铝致密度最高可达到96.72%, 抗压强度可达到761.7 MPa, 相比于只在空气中脱脂的氧化铝陶瓷性能得到显著提升。
数字光处理技术(DLP) 氧化铝 氩气脱脂 空气脱脂 digital light processing (DLP) alumina argon debinding air debinding
武汉高德红外股份有限公司,湖北 武汉 430205
制冷型红外探测器的冷屏通常采用直角结构挡光环。经过挡光环侧壁反射的杂散光可以直接到达焦平面，导致探测器的成像质量大幅下降。通过对冷屏挡光环结构进行理论分析，提出了一种可抑制杂散光的挡光环侧壁优化结构。利用LightTools软件对优化前后的冷屏进行了模拟分析。结果显示，杂散光的总功率减少了71.6%。通过实验验证发现，探测器的平均响应非均匀性减少了27.1%，成像效果明显改善。结果表明，这种挡光环侧壁优化结构对于抑制杂散光非常有效。
红外探测器 杂散光 冷屏 挡光环 infrared detector stray light cold shield vane
郑州大学信息工程学院, 河南省激光与光电信息技术重点实验室, 河南 郑州 450052
利用3+3光束双锥干涉法设计了双周期渐变光子晶体结构阵列,并研究了它的纳米聚焦效应。通过调整内锥角和内外锥的增量角来改变光子晶体晶格的小周期及光子阵列的大周期,通过调整光束强度、偏振方向来实现渐变光子晶体晶格结构、形状等参数的改变。采用傅里叶变换的方法研究了光子晶体结构对光场的纳米聚焦效应。该结构对于提高发光二极管的提取效率、光显示、光耦合及光集成具有非常重要的意义。
光学设计 物理光学 双周期渐变光子晶体 双锥干涉 纳米聚焦
郑州大学信息工程学院河南省激光与光电信息技术重点实验室, 河南 郑州 450001
设计了一个无顶六角棱镜,该棱镜的六个侧面分为3+3两组,每组与棱镜底面夹角不同。扩束后的平面波经棱镜六个侧面折射后产生干涉光场图案,干涉图案对应双周期渐变光子晶体超晶格结构,利用光敏介质记录该结构即可得到渐变光子晶体透镜阵列。通过调整棱镜两组侧面与底面夹角、两组光束的振幅对比度等参量,可以设计阵列周期、渐变梯度、中心与边缘折射率差不同的透镜及阵列结构。本研究可为渐变透镜在光互联、光集成、光耦合、显示及成像方面的应用提供新思路。
光学设计 无顶棱镜 渐变光子晶体 透镜阵列 干涉
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心, 北京 100124
通过248 nm KrF准分子激光辐照,可以快速地制备PA2200材料三维(3D)打印件亲水性表面,打印件表面接触角从120°减小至70°,且辐照后打印件相结构未发生变化。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段,进行打印件的表面形貌、微观结构、极性官能团种类和数量的变化分析及Cassie-Baxter模型分析,结果表明KrF准分子激光辐照PA2200材料3D打印件可以使打印件表面变得光滑,同时可以产生C=O双键亲水性基团,改善并调控打印件表面浸润性。
激光光学 激光辐照 激光选区烧结 亲水性 中国激光
2018, 45(12): 1201006
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 全球能源互联网研究院有限公司, 北京 102200
3 北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 100124
为降低3D打印铜合金的生产成本, 采用水雾化法制备的Cu-10Sn合金粉末作为原材料,进行激光选区熔化(SLM)试验。通过优化打印工艺参数获得几乎全致密的Cu-10Sn合金块体, 其相对密度达99.7%。制备的Cu-10Sn合金主要由金属间化合物Cu41Sn11及α-Cu固溶体两相组成, 其晶粒形态主要为沿凝固方向形成的柱状树枝晶和枝晶间相, 并且在晶内分布有高密度位错。在准静态拉伸条件下, 其屈服强度为(392±6) MPa, 抗拉强度为(749±5) MPa, 塑性变形量为29%±2.3%, 综合力学性能远高于铸态 Cu-10Sn合金。
激光技术 激光选区熔化 Cu-10Sn合金 相对密度 力学性能 中国激光
2018, 45(10): 1002009
北京工业大学北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心, 北京 100124
综述了近年来3D打印在骨科中的应用和研究的几个层次：3D打印出用于术前模拟手术的模型, 可以形象直观地制定手术方案, 省去手术中多余的步骤, 减少手术时间和风险, 减轻医生的劳动强度；3D打印出基于计算机辅助设计、实现精准化手术的医疗导板和量身定做的植入物, 利用医疗导板可保证手术位置、方向及角度的准确性, 并提高手术的安全性和可预见性；个性化3D打印植入物能更好地满足患者的需要, 但在进入临床前仍面临政策上的挑战。与国外技术相比较, 我国在骨科3D打印方面还存在一定差距, 通过分析指明了我国需要着重发展的技术和对策。最后, 对3D打印在骨科上的应用进行了展望。
激光技术 3D打印 骨科 植入体 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 011412
华南理工大学材料科学与工程学院高分子光电材料与器件研究所, 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
在室温环境下采用射频磁控溅射方法制备了氧化铝(Al2O3)薄膜, 通过调节溅射气压实现了对薄膜特性的优化控制。当溅射功率为120 W、Ar气压强为0.13 Pa时, 制备的Al2O3薄膜具有最好的厚度均匀性, 薄膜中Al和O的原子比为1∶1.67, 密度为3.21 g/cm3, 粗糙度为0.62 nm。这种平滑、致密的薄膜结构能够有效地减少缺陷的形成, 获得高击穿电压、高相对介电常数和低漏电等性能。利用优化后的Al2O3薄膜作为栅极绝缘层, 在聚酰亚胺树脂(PI)基板上室温制备了柔性非晶态铟镓锌氧化物-薄膜晶体管(α-IGZO-TFT), 其迁移率为2.19 cm2/(V·s), 开关比达到105, 亚阈值摆幅为0.366 V/decade, 阈值电压为3.01 V。
薄膜 柔性薄膜晶体管 氧化铝 介电层 射频磁控溅射 室温制备
1 华南理工大学 材料科学与工程学院, 高分子光电材料与器件研究所, 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
2 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室(清华大学), 北京 100084
针对目前大多数氧化物薄膜晶体管都需要采用热退火工艺来提高其性能不利于其在柔性显示器件中应用这一问题, 提出了一种采用室温工艺制备的新型TFT器件, 无需退火处理即可获得较好的器件性能。该器件采用脉冲激光沉积技术制备的AZO/Al2O3叠层结构作为沟道层。与单层AZO-TFT器件相比, 叠层TFT器件具有更优异的性能, 其迁移率为2.27 cm2·V-1·s-1, 开关比为1.43×106。通过对AZO/Al2O3叠层薄膜的厚度、密度、粗糙度、物相、界面特性及能带结构等进行分析, 发现这种叠层结构能够使电子的运动被限制在AZO薄膜平面内, 即形成了二维电子传输, 从而提升TFT器件的性能。
叠层薄膜晶体管 室温工艺 二维电子传输 stacked thin film transistor room temperature process two-dimensional electron transport
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
采用磁控溅射镀金银膜,长时间热处理合金化制备前驱体合金,以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜.采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明:400 ℃,36 h的热处理使得薄膜样品完全合金化,获得了结晶致密的Au42Ag58合金膜;渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂,获得了样品尺寸大于15 mm×15 mm、厚度400~500 nm、孔隙率约56%、具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,系带尺寸40~140 nm,80~100 nm的系带达58%.
纳米多孔金 去合金化 自支撑 nanoporous gold dealloying self-supported film 强激光与粒子束
2015, 27(6): 064102
