本文通过将单分散Fe3O4胶体粒子分散嵌埋于琼脂糖水凝胶网络结构中,制备了一种新型磁响应光子晶体水凝胶,并对其光学性质进行了研究。首先通过水热法制备了由表面羧基修饰的Fe3O4胶体粒子,并将其分散于水中制成胶体溶液。将该胶体溶液与琼脂糖单体混合,通过交联聚合使之形成琼脂糖水凝胶。由于琼脂糖水凝胶较大的网络空间结构,使得Fe3O4胶体粒子仍能保持其可动性,在外加磁场作用下,处于水凝胶网络中的Fe3O4胶体粒子可以对磁场做出响应并形成晶态胶体阵列,且随着磁场强度的变化,凝胶的结构色也表现为连续可调的特性。这种结构色可动态调控的光子晶体水凝胶,为胶体光子晶体的实际应用提供可能。

本文首先通过共沉淀法制备油酸修饰的磁性Fe3O4纳米粒子,并将其均匀分散于正辛烷中得到磁流体,然后利用一步细乳液聚合法合成了单分散Fe3O4@PS磁性微球。扫描电镜分析结果表明,Fe3O4的粒径在13 nm左右,所形成的Fe3O4@PS微球的粒径在120~150 nm左右;VSM测试结果显示所合成的Fe3O4@PS微球具有超顺磁性,其饱和磁化强度约为25 emu/g;Fe3O4@PS微球表面携带明显的负电荷,其表面Zeta电势为-60 mV。反射光谱测试结果表明,Fe3O4@PS分散于水中形成的胶体溶液在磁场作用下呈现出明亮的结构色,具有明显的带隙特征;随着磁场强度的变化,反射峰波长可在450 ~ 650 nm进行调谐。

通过时域有限差分方法(FDTD)计算了核壳结构胶体光子晶体的光学传输特性.这一核壳结构是由低介电的Fe3O4核与高介电的TiO2壳构成的.计算结果表明, 阻带的行为受到材料介电常数和核壳比的调控.随着材料介电常数的增加, 阻带不断红移, 并且带宽不断增大.当核壳结构的整体尺寸一定时, 随着核直径的增大, 阻带不断蓝移, 并且在核壳结构直径与核直径之比为150nm∶130nm时, 带宽最大, 达到33.4%; 当核尺寸一定时, 随着核壳结构整体尺寸的增大, 阻带红移.在Fe3O4@TiO2核壳结构中, 能够出现阻带的TiO2壳层的最小厚度是3nm.

实验对大气等离子喷涂方法制备的氧化钇部分稳定氧化锆(Yttria partially stabilized zirconium, YPSZ)热障涂层的表面进行激光重熔和激光修饰处理, 着重考察了在两种不同激光能量条件下,YPSZ陶瓷表层的显微结构和热障涂层系统的高温氧化行为。结果显示, 激光处理使得原本相对粗糙的表面变得光滑致密, 陶瓷层裂纹数量减少: 激光重熔的样品出现网状裂纹, 并从表面纵深至陶瓷层底部; 激光修饰一定程度上保持了初始样品的层状组织。在恒温氧化过程中, 经过激光处理的样品热生长氧化层(Thermally Grown Oxide, TGO)变得连续而致密。循环氧化增重的结果表明, 激光处理使得样品氧化增重减少, 而其中激光修饰的样品表现出更佳的抗氧化性能。

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5 kW CO2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1.84×104～2.12×104 W/cm2,扫描速度为5 mm/s,送粉量为1.8～2.4 g/min,搭接宽度为1.5 mm。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。

在盐溶液中，利用激光对20#钢表面进行渗碳、渗硅和相变硬化相结合，实现了在对低碳钢表面化学渗碳、渗硅的同时，完成激光表面淬火处理。研究表明，20#钢在盐溶液中激光渗碳、渗硅后，可将材料表面的碳、硅含量增加2倍；渗层具有一定厚度，主要由马氏体和贝氏体组成，试样表面的硬度提高到原试样的2.5～3倍，耐磨性可达到处理前的4～7.5倍。在浓度为10%的H2SO4溶液中，静态腐蚀240 h后的实验表明，20#钢在经过激光渗硅化学热处理后， 抗腐蚀能力可提高40%左右。

利用文献所介绍的原位法并加以改进，测定了铝合金表面呈固态和液态时对激光的吸收率。实验结果表明，试样的表面状况对激光吸收率有重要影响，激光功率对吸收率的影响甚小，但对表面涂黑的试样，激光功率过高会使涂层烧损而降低吸收率。当试样表面出现熔池时，所测得的吸收率是激光斑点中液态表面和固态表面的综合平均值，真实的液态吸收率需用实测与数值模拟相结合的方法求取。当激光入射角在0°～45°范围时，无论是固态试样还是出现熔池，其吸收率均随入射角的增大而线性增加。文中对实测数据的回归处理方法亦做了改进，先将较复杂的曲线方程转换成直线方程，然后进行线性回归处理。

使用5 kW CO2激光器对铝合金表面的Ni-Cr-Al涂层进行熔覆处理。分析发现,熔覆层中存在大量的非晶组织。利用差热分析(DTA)方法半定量地确定非晶组织的含量,并对不同非晶含量的试样与灰铸铁进行摩擦磨损试验。结果表明,激光熔覆试样的磨损量非常小,非晶含量越高,磨损量越小。激光熔覆试样的摩擦系数在油润滑条件下相差不大,灰铸铁的摩擦系数在磨程2 km后趋于稳定,且均小于0.1。

利用5 kW CO2激光器激光熔覆铝合金表面的Ni-Cr-Al涂层，SEM与TEM分析结果表明，在激光熔覆层中存在有非晶组织，非晶组织呈空间扭曲薄片或杉叶状，它们分别存在于熔覆层颗粒间白色网状组织与颗粒中。

采用5 kW CO2激光器,对Za111合金表面的Ni-WC等离子涂层进行了熔覆处理。利用ＳＥＭ和Ｘ射线衍射分析了激光层中的组织分布,并对激光处理后的试样进行了耐磨性实验。实验结果表明,激光熔层中的组织以镍铝基的金属间化合物Al3Ni, Al3Ni2, AlNi和Ni3Al为主; WC颗粒基本在熔区中熔化,在冷却过程中以弥散碳化物形式析出。这些组织的存在使得激光熔层具有很高的硬度,其润滑磨损耐磨性为未经激光处理喷涂层的1.75倍和Al-Si合金基体的2.83倍。