作者单位
摘要
1 上海理工大学机械工程学院,上海 200093
2 上海航天设备制造总厂有限公司,上海 200245
面向航天领域极端复杂工况,Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可在充分发挥高比强度、耐蚀性等材料性能优势的同时实现智能变形等功能需求。然而,两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。笔者采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺,在富氧环境下开展了组分梯度过渡的Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备,并在此基础上通过等能量密度成形法和基板热管理,实现了Ti6Al4V/NiTi异质材料的一体化沉积成形,分析了过渡区界面组织的演化规律。扫描电镜和能谱分析结果表明:经组分梯度优化后,梯度层界面之间呈良好的冶金结合;随着NiTi组分逐渐增加,从Ti6Al4V区到NiTi区,相组成演变为α-Ti+β-Ti→α-Ti+NiTi2→NiTi2→NiTi2+NiTi→NiTi→NiTi+Ni3Ti。梯度过渡区的显微硬度从Ti6Al4V区的343 HV±13 HV变化到NiTi区的275 HV±10 HV,40%Ti6Al4V+60%NiTi区域由于NiTi2强化相的析出而具有最高的硬度值,硬度值为576 HV±5 HV。
激光熔化沉积 异质功能材料 原位梯度增材制造 界面组织 等能量密度成形 
中国激光
2024, 51(10): 1002313
作者单位
摘要
南京理工大学机械工程学院,南京 210094
在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律,实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明,粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动,并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5 μm显著增加至100 μm以上,同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制,深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系,提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。
增材制造 激光粉末床熔融 在线监测 熔池光信号 沉积缺陷 
中国激光
2024, 51(10): 1002308
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京 100191
2 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置,北京 100049
3 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心,北京 100095
4 天目山实验室(航空浙江省实验室),浙江 杭州 311115
近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与合金的微观组织、微结构演化高度相关,但难以通过传统制备和表征手段实现精细化调控和实时相变测量,因而通过激光增材制造技术调控微结构并进行原位同步辐射观测成为形状记忆合金性能提升的重要手段。本文综述了基于激光增材制造的形状记忆合金设计、微结构调控、工艺-结构-性能关系以及国内外研究现状,并从技术原理、材料特性、工艺优化、结构调控和原位表征等方面对形状记忆合金激光增材制造研究进展进行了介绍,归纳整理了现阶段激光增材制造形状记忆合金的主要性能。另外,本文介绍了激光增材制造过程的原位X射线衍射表征方法以及该表征方法的典型应用,对增材制造过程中合金的相变动力学测量及单晶原位表征方法进行了梳理,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。
激光增材制造 金属功能材料 形状记忆合金 同步辐射 原位X射线衍射 
中国激光
2024, 51(10): 1002305
符荣鑫 1,*艾昕 1张书豪 2费捷 3[ ... ]李航 1
作者单位
摘要
1 北京理工大学医学技术学院,北京 100081
2 北京理工大学自动化学院,北京 100081
3 中国船舶集团有限公司系统工程研究院,北京 100094
4 北京理工大学集成电路与电子学院,北京 100081
长时程细胞成像及分析在生物医学研究中具有重要意义。然而,由于荧光显微镜存在光漂白和光毒性等问题,其应用受到一定限制。非标记成像技术为克服这些限制提供了可行的解决方案。研究了干涉光谱分析技术作为解决非标记长时程活细胞监测问题的潜在方法,并提出了一种基于高光谱干涉重构的非标记定量显微成像技术。通过建立描述干涉信号的数学模型,设计样本定量重构算法,从而获取活细胞纳米结构和干质量分布的定量信息。系统采用自反射式干涉结构,不依赖复杂的光学调制元件,结构简单、操作便捷。此外,本文还在光学显微成像的基础上集成了具有细胞培养能力的微型细胞培养箱,实现了原位长时程成像。利用该系统,研究了不同细胞全细胞周期内的纳米结构定量和干质量变化,展示了本工作在生物医学领域的应用潜力。
计算成像 定量干涉 非标记成像 纳米级精度 原位细胞监测 
中国激光
2024, 51(9): 0907018
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101804, China
3 School of Physics Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
4 School of New Energy and Electronics, Yancheng Teachers University, Yancheng 224002, China
5 Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Ex situ characterization techniques in molecular beam epitaxy (MBE) have inherent limitations, such as being prone to sample contamination and unstable surfaces during sample transfer from the MBE chamber. In recent years, the need for improved accuracy and reliability in measurement has driven the increasing adoption of in situ characterization techniques. These techniques, such as reflection high-energy electron diffraction, scanning tunneling microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy, allow direct observation of film growth processes in real time without exposing the sample to air, hence offering insights into the growth mechanisms of epitaxial films with controlled properties. By combining multiple in situ characterization techniques with MBE, researchers can better understand film growth processes, realizing novel materials with customized properties and extensive applications. This review aims to overview the benefits and achievements of in situ characterization techniques in MBE and their applications for material science research. In addition, through further analysis of these techniques regarding their challenges and potential solutions, particularly highlighting the assistance of machine learning to correlate in situ characterization with other material information, we hope to provide a guideline for future efforts in the development of novel monitoring and control schemes for MBE growth processes with improved material properties.
epitaxial growth thin film in situ characterization molecular beam epitaxy (MBE) 
Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 031301
Author Affiliations
Abstract
1 Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH), Magurele, Romania
2 Doctoral School of Physics, University of Bucharest, Magurele, Romania
3 LULI-CNRS, CEA, Universite Sorbonne, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau CEDEX, France
4 Apel Laser, Ilfov, Romania
5 Aix-Marseille University, CNRS, LP3 UMR 7341, Marseille, France
6 Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH), Magurele, Romania
7 University Politehnica of Bucharest, Bucharest, Romania
8 National Institute for Lasers Plasma and Radiation Physics, Magurele, Romania
With ultrafast laser systems reaching presently 10 PW peak power or operating at high repetition rates, research towards ensuring the long-term, trouble-free performance of all laser-exposed optical components is critical. Our work is focused on providing insight into the optical material behavior at fluences below the standardized laser-induced damage threshold (LIDT) value by implementing a simultaneous dual analysis of surface emitted particles using a Langmuir probe (LP) and the target current (TC). ${\mathrm{HfO}}_2$ and ${\mathrm{ZrO}}_2$ thin films deposited on fused silica substrates by pulsed laser deposition at various ${\mathrm{O}}_2$ pressures for defect and stoichiometry control were irradiated by Gaussian, ultrashort laser pulses (800 nm, 10 Hz, 70 fs) in a wide range of fluences. Both TC and LP collected signals were in good agreement with the existing theoretical description of laser–matter interaction at an ultrashort time scale. Our approach for an in situ LIDT monitoring system provides measurable signals for below-threshold irradiation conditions that indicate the endurance limit of the optical surfaces in the single-shot energy scanning mode. The LIDT value extracted from the LP-TC system is in line with the multipulse statistical analysis done with ISO 21254-2:2011(E). The implementation of the LP and TC as on-shot diagnostic tools for optical components will have a significant impact on the reliability of next-generation ultrafast and high-power laser systems.
HfO2 in situ detection Langmuir probe laser-induced damage threshold target current ZrO2 
High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(2): 02000e15
狄璐 *
作者单位
摘要
南开大学 材料科学与工程学院,天津 300350
随着全球化石资源的不断消耗,可再生资源的转化利用已成为科研工作者的关注焦点。由生物质经过生物或化学方法转化而获得的生物基低碳醇的催化转化是近些年来研究的热点。为高效率探索多种模型催化反应,该文研制了气态流动鼓泡发生器来替代传统的固定床反应器的进料过程,目的是进行不同的模型催化反应探索实验。通过对比二者的实验结果显示,该设备具有误差小、试验快、操作简单等特点,且其设计所占空间小、便携等优点,适用于多种原位表征技术。通过将气态流动鼓泡发生器与原位漫反射红外光谱联用,使学生深入学习了红外理论知识和仪器设备的工作原理,将学生们学到的催化学科的相关基础知识进行融会贯通。气态流动鼓泡发生器不仅辅助科研实验的探索,还可拓展到实验教学的应用,提升学生的科研创新能力,为科教融合、教研一体提供了新范式。
气态流动鼓泡发生器 研制 应用效果 原位表征技术 gas flow bubbling generator manufacture practical effect in-situ characterization techniques 
实验科学与技术
2024, 22(1): 16
作者单位
摘要
1 中国矿业大学机电工程学院,江苏 徐州 221116
2 江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心,江苏 徐州 221116
为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响,首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟,分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响,研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化;然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验,采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析,采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究,进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明:熔覆层形貌主要受重力影响,当基体倾斜角度大于90°时,熔覆层溶质会发生滴落,极大地损伤熔覆层形貌;在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大,重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056;与重熔前相比,重熔后的表面粗糙度下降了69.5%,表面硬度提升了约70 HV,磨损率降低了76.3%;重熔后,熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶,微观组织得到了明显细化。
激光技术 原位重熔 倾斜基体 激光熔覆形貌 微观组织 数值模拟 
中国激光
2024, 51(16): 1602203
吴寅 1,2梁永 1,2张洁 2李辉 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学生物医学工程学院(苏州),生命科学与医学部,江苏 苏州 215163
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所,江苏省医用光学重点实验室,江苏 苏州 215163
人类表皮生长因子受体-2(HER2)的异常扩增会导致癌细胞的过度增殖和肿瘤恶化。在采用常规光学显微成像技术检测扩增水平较高的乳腺癌细胞HER2基因时,荧光原位杂交探针的荧光信号斑点呈簇状分布,难以精确计数。应用结构光照明超分辨成像技术对HER2基因荧光原位杂交的病理切片进行成像,从而分辨距离较近的荧光探针。通过大视场扫描成像和图像拼接,对数百个细胞进行成像和统计分析,提高了高扩增水平病理切片上HER2探针计数的准确性。
乳腺癌病理诊断 荧光原位杂交 结构光照明超分辨成像 图像拼接 
激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411009
张澳 吴王平 aff***江鹏 王知鸷 [ ... ]张屹 
作者单位
摘要
常州大学机械与轨道交通学院金属3D打印实验室,江苏 常州 213164
以激光粉末床熔融(L-PBF)增材制造的316L不锈钢作为研究对象,重点研究了0°和60°两个不同成型方向对打印件显微组织和力学性能的影响,并利用原位电子背散射衍射(EBSD)技术研究了L-PBF 316L不锈钢在拉伸变形过程中组织和晶粒取向的演变过程。研究结果表明:L-PBF增材制造316L不锈钢的显微组织存在孔洞缺陷,在60°成型方向上还存在着鱼鳞状微熔池。成型方向为60°时制件的抗拉强度更高,为(645.61±15.50)MPa,0°成型方向上制件的伸长率更好,为(13.75±0.1)%。在原位拉伸过程中,随着变形量的增加,在0°成型方向上制件表现出更为显著的变化。小角度晶界的占比(体积分数)由38.1%增加到71.6%,α-Fe-BCC占比(体积分数)由0.17%增加到2.21%,平均晶粒尺寸由4.3 μm减小到1.4 μm,且晶粒内部在拉伸过程中出现了滑移带。在拉伸过程中,当成型方向为0°时,制件晶粒取向由初始的<101>∥Z1逐渐转变为<001>∥X1和<111>∥X1,而当成型方向为60°时,制件初始的<111>∥Z1晶粒取向逐渐转变为<111>∥X1。
激光技术 激光粉末床熔融增材制造 原位电子背散射衍射 成型方向 
中国激光
2024, 51(12): 1202303

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!