1 1.江苏大学 新材料研究院, 镇江 212013
2 2.江苏大学 先进制造与现代装备技术研究所, 镇江 212013
3 3.江苏大学 机械工程学院, 镇江 212013
4 4.江苏大学 微纳光电子与太赫兹技术研究所, 镇江 212013
为改善碳化硅的表面润湿性能, 本研究利用脉冲激光加工表面处理和化学改性分别改善了碳化硅的表面形貌和表面能。实验选用皮秒激光加工方式构造表面微织构, 利用激光共聚焦显微镜分析了微织构的微观形貌, 并进一步分析了烧蚀形态与激光自身特性和加工参数之间的联系。研究发现, 激光加工效果以烧蚀为主, 重熔为辅, 而由于碳化硅烧蚀阈值和激光能量在光斑中的高斯分布特性, 形成的微织构的烧蚀凹槽呈倒三角形。此外, 选用的氟硅烷修饰剂使碳化硅表面从亲水表面转变为疏水表面; 通过改变加工参数获得不同微织构并进行氟硅烷修饰后, 碳化硅表面接触角最大提高到157°, 达到了超疏水效果。为了进一步探讨微织构对疏水性的影响原理, 提出了一个基于实际形貌参数的固液接触角模型。该模型阐释了接触角随微织构特征参数变化的机制, 固、气、液两两之间的接触面积影响了表面润湿性, 这为寻找具有最佳疏水性能的微织构提供了新的理论指导。
碳化硅 微织构 疏水性 皮秒激光加工 silicon carbide micro-texture hydrophobicity picosecond laser processing
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院, 江苏 镇江 212013
梯度润湿性表面能够自主驱动液滴进行可控的定向流动,具有重要的应用价值。采用纳秒激光在304不锈钢表面加工微结构,并辅以低温热处理方法,获得了激光快速加工梯度润湿性表面。采用扫描电子显微镜、能谱分析和接触角测量仪分别观察和表征了加工表面的微结构、化学成分及接触角,采用高速相机观察液滴在梯度润湿性表面的流动状态。实验结果表明:采用激光加工后,表面C元素含量是影响表面亲疏水性的重要因素;对于304不锈钢,激光加工后通过200 ℃的短时加热,可以促进表面C元素含量发生快速变化,实现接触角的快速固化;合理设计靶材表面的微结构,可以获得具有不同接触角的均匀润湿性表面;通过合理设计表面微结构的分布,可以获得不同润湿性梯度的表面;通过改变表面微结构的分布,可以控制靶材表面液滴的流动距离和流速。
激光技术 激光微织构 润湿性 热处理 梯度 流体流速 化学成分 中国激光
2019, 46(10): 1002001
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
采用时域有限差分法,对均匀蛾眼结构(UMS)和双混合蛾眼结构(BHMS)进行仿真,分析底面直径和高度对反射率的影响规律,比较了UMS与BHMS的减反射性能。基于反射率曲线和电场强度分布,分析了BHMS优异的减反射性能。结果表明:在300~1200 nm波段,UMS的反射率随着高度的增大而减小,随着底面直径的增大而先减小后增大;当底部直径为250 nm时,由不同高度的UMS组成的BHMS的平均反射率大于相应UMS的最小平均反射率;由不同底面直径UMS组成的BHMS的减反射性能可以进一步提升。
材料 减反射 蛾眼结构 平均反射率
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
利用皮秒激光器在镍铝青铜合金表面制备了具有不同微观形貌的微纳米复合结构,再通过硬脂酸进行表面修饰。采用扫描电镜和X射线衍射仪等表征了所得表面的形貌和化学成分。研究结果表明,经皮秒激光加工和硬脂酸修饰后,表面的接触角都达到150°以上。不同的脉冲能量密度下,试样表面的微观形貌和润湿性不同。随着脉冲能量密度的增大,修饰后的试样表面的滚动角逐渐减小,当脉冲能量密度为6.85 J/cm
2时,滚动角减小到7°,随着脉冲能量密度的进一步增加,滚动角又逐渐增大。耐蚀性测试结果表明:超疏水镍铝青铜合金表面具有更好的耐腐蚀性能。采用优化的工艺参数可以在镍铝青铜合金上加工出超疏水表面,有助于提高其耐腐蚀性能。
激光技术 激光刻蚀 镍铝青铜合金 微纳米复合结构 超疏水
1 江苏大学 材料工程与科学学院, 镇江 212013
2 南通航运职业技术学院 机电系, 南通 226010
为了研究冲击波的传播特性，采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程，结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明，激光能量为30mJ时，冲击波为弹性波，薄膜在单次冲击作用下，其内质点速率最大为-0.018mm/μs，3次冲击作用下，薄膜内部质点速度与残余应变变化较小；激光能量为120mJ时，冲击波为弹塑性波，3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%，残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。
激光技术 应力波 冲击波 应变 有限元分析 laser technique stress wave shock wave strain finite element analysis
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
采用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了多组分ZnO 基陶瓷薄膜，利用Nd∶YAG 激光器对多组分ZnO基陶瓷薄膜进行了激光冲击处理，研究了激光冲击处理对多组分ZnO 基陶瓷薄膜压敏电性能的影响。结果表明，激光冲击处理后，薄膜的晶粒尺寸显著减小，表面更加平整致密。薄膜的压敏电性能得到了不同程度的改善，其中非线性系数的提高幅度最大为65.2%，压敏电压降低幅度最大为38.92%，漏电流密度降低幅度最大为30.51%。薄膜中晶粒细化，晶格畸变加强，晶界处的界面态密度激增，导致薄膜非线性系数激增，从而有效改善了多组分ZnO基陶瓷薄膜的压敏电性能。
薄膜 激光冲击 ZnO 基陶瓷薄膜 射频磁控溅射 界面态密度 非线性系数
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
研究了飞秒激光辐照对GaAs/Ge 太阳能电池的损伤效应，利用光学显微镜和非接触光学轮廓仪表征电池表面损伤形貌，并用伏安特性测试系统表征电池辐照前后的光伏特性。分析了不同激光能量密度下，激光烧蚀对电池表面形貌及电学性能产生的损伤程度。实验结果表明，激光能量密度小于0.53 J/cm2时，仅损伤到减反射膜；随激光能量密度的增加，电池损伤深度不断增加，当能量密度为0.78 J/cm2 时，已损伤到电池发射区；电池性能参数如短路电流、开路电压、最大功率和填充因子随激光能量密度的增加而衰减，衰减幅度先增加后减小；在所有测试参数中，光电转化率的退化最为明显。飞秒激光辐照对太阳能电池具有破坏性的影响，这直接影响到电池的光伏特性。
飞秒激光 太阳能电池 电流-电压曲线 性能退化 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 041405
为了获得激光切割参量对碳纤维复合材料的影响规律，利用额定功率为500W的毫秒脉冲Nd∶YAG激光器，分别进行了在空气中和水下切割碳纤维复合材料(CFRP)的实验研究。采用单因素实验法，考察了脉冲能量、频率、切割速度与气体压力等激光参量对切割质量的影响，获得了激光参量对切割CFRP材料切口的切缝宽度、正面纤维拔出长度、背面纤维拔出长度与锥角的影响规律，并对激光切割机理进行了分析研究。结果表明，水下切割能有效地减小激光切割产生的热影响区。这为继续开展激光水下切割CFRP的研究提供了参考。
激光技术 影响规律 单因素试验 水下切割 laser technique influence rule one-factor experimental design cutting under the water
1 北京航空航天大学 化学与环境学院，北京 100191
2 江苏大学 材料科学与工程学院,镇江 212013
3 江苏大学 机械工程学院,镇江 212013
为了研究激光冲击处理对ZnO压敏陶瓷电学性能的影响，采用Nd∶YAG激光器对ZnO压敏陶瓷进行激光冲击处理，利用压敏电阻直流参量仪（CJ1001型）测量材料电学参量和X射线衍射仪、电子扫描显微镜表征相组成及微观形貌，取得了激光冲击处理前后ZnO压敏陶瓷电学性能的实验数据。结果表明，ZnO压敏陶瓷经激光冲击处理后，电位梯度降低了15.6%；非线性系数大幅提高了43.4%；漏电流降低了50%；同时，ZnO压敏陶瓷相组成除高温烧结态（包括ZnO主晶相、Zn2.33Sb0.67O4尖晶石相以及β-Bi2O3相）外，而还出现了新相δ-Bi2O3相。新相的出现是材料电学性能变化的根本原因。
激光技术 相变 激光冲击 电位梯度 非线性系数 漏电流 laser technique phase transition laser shock voltage gradient nonlinear coefficient leakage current
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 广东省有色金属勘查局, 广东 广州 510080
3 北京航空航天大学化学与环境学院, 北京 100083
应用激光冲击强化处理技术, 对不同状态下Fe40NiCrSiAl合金材料进行了强化处理, 并对其硬度、弹性模量、摩擦系数和磨损特征进行了测试和分析。实验结果表明, 激光冲击处理轧制态Fe40NiCrSiAl合金, 其硬度提高了25.22%, 弹性模量提高了7.17%, 摩擦系数降低了13%, 以剥落磨损为主; 激光冲击处理轧制态Fe40NiCrSiAl合金后再进行退火处理, 其硬度下降了7.59%, 弹性模量下降了6.25%, 摩擦系数降低了13%, 以磨粒磨损为主; 轧制态材料经纯退火处理后, 硬度降低了21.65%, 弹性模量下降了28.58%, 摩擦系数基本不变, 以磨粒磨损为主。
激光技术 激光冲击强化 Fe40NiCrSiAl合金 显微硬度 弹性模量 摩擦磨损性能
