1 哈尔滨工业大学(威海)山东特种焊接技术重点实验室，山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
3 国家高速列车青岛技术创新中心，山东 青岛 266108
铝合金与轻质高强的碳纤增强尼龙66复合材料(CF/PA66)的高质量连接是实现轨道交通等领域结构轻量化的重要手段之一。然而，由于二者物化差异大，二者难以实现激光直接连接。为探究铝合金与CF/PA66激光直连工艺及其连接机理，以激光功率为变量，揭示了不同热输入下接头宏观形貌、CF/PA66熔化宽度及界面结合的变化规律，建立了激光功率与接头拉剪性能的联系。结果表明，随着激光功率的增加，CF/PA66熔宽增加，铝合金与CF/PA66的实际接触面积扩大，从而接头承载力提高。然而，热输入过高将会导致树脂分解，界面产生气孔，接头性能降低。接头拉剪力在激光功率为1100 W时达到最大值2571.6 N(拉剪强度为10.2 MPa)。能谱与X射线光电子衍射仪(XPS)的分析结果表明，铝合金与CF/PA66激光直连过程中界面产生了新的化学键“Al—O—C”及“Al—C”，二者因此形成了紧密的界面冶金结合，进而获得了高质量接头。
材料 激光连接 碳纤增强尼龙66复合材料 铝合金 结合机理 化学键 中国激光
2022, 49(13): 1303002
表面增强拉曼光谱(SERS)是目前最灵敏的分析技术之一, 广泛应用于生命科学、 材料科学、 环境科学及分析化学等领域。 SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围, 是推动该技术发展的关键, 高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。 为了获得最佳的拉曼信号, 对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。 柔性SERS基底因具有良好的柔韧性, 3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势, 在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。 Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点, 将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合, 通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数, 制备了高SERS活性的金纳米-Nylon(Au-Nylon)柔性膜基底。 研究表明, 金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上, 纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用, 形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体, Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。 首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层, 有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面, 产生SERS“热点”效应, 提高其SERS性能。 利用结晶紫(CV)作为SERS探针分子, 对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析, 发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。 对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底, 当单次过滤金溶胶1 mL, 与膜结合2次, 总结合量2 mL时, CV探针分子的SERS信号最强, SERS活性最强。 采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5, 1×10-5, 1×10-6, 5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测, 发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1, 增强因子达到1.0×104。 此外, Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好, 相对平均偏差为11.8%。 Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中, 仍具有良好SERS活性, 对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。 由此可见, 研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性, 并具有较好的SERS活性, 该方法简单且易批量制备, 无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。
表面增强拉曼光谱 Au-Nylon柔性膜基底 柔性基底 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au-Nylon flexible film substrate Flexible base
1 清华大学化学工程系, 北京 100084
2 北京智芯微电子科技有限公司能源互联网智能终端核心芯片可靠性技术国家与地方联合工程研究中心, 北京 100089
3 北京芯可鉴科技有限公司, 北京 102200
作为一种广泛使用的工程塑料, 尼龙的老化备受关注。 当作为电力系统芯片的封装材料时, 尼龙在自然环境下的老化有可能会导致封装失效, 从而影响芯片使用的可靠性, 严重时甚至导致芯片的失效, 给电力行业带来巨大损失。 常规的自然老化和人工加速老化评价周期非常漫长, 不同因素对尼龙老化的影响机理十分复杂, 且这种影响难以研究, 使得评价尼龙的老化稳定性成为一大难题。 采用自主开发的原位老化评价系统, 对尼龙6(PA6)和尼龙66(PA66)的老化稳定性及湿度对老化的影响进行了研究。 该系统可以实现光照/温度/湿度/氧气等环境因素的加载, 通过高灵敏度地测定材料在综合环境因素作用下产生的气相降解产物来评价材料的老化稳定性, 评价时间缩短到几小时。 实验表明, PA6和PA66的气相降解产物以H2O和CO2为主, 由于H2O在气相中的浓度不稳定, 因此以CO2的产生量作为老化评价指标。 通过对不同自然老化时间PA6和PA66的原位老化评价, 并与其ATR-FTIR红外光谱图进行对照, 证明了原位老化评价方法能够较好地反映尼龙的老化程度, 自然老化时间越长, PA6和PA66的稳定性越低, CO2的产生量越大。 进一步, 采用该方法研究了湿度对PA6和PA66老化反应的影响, 证明增大湿度对尼龙老化存在促进作用, 而且升高温度会进一步促进湿度对老化的促进作用。 研究表明, 原位老化评价方法是一种快速评价尼龙老化稳定性及环境因素影响的有力手段。
尼龙6 尼龙66 原位老化评价 傅里叶变换红外光谱 Nylon 6 Nylon 66 In-situ aging evaluation FTIR
1 空军工程大学 信息与导航学院.陕西 西安 710077
2 中国人民解放军95007部队, 广东 广州 510400
为了研究切向气流对激光毁伤低慢小目标的影响, 采用仿真分析和实验相结合的方法研究了在激光辐照典型低慢小目标材料尼龙66过程中切向气流对激光烧蚀作用的影响。建立了激光烧蚀尼龙的简化物理模型, 利用红外热像仪分别研究了1.5 s和4 s两个时刻激光辐照下尼龙材料的温度场分布和烧蚀形貌, 并与无气流条件下的结果进行对比。实验表明, 切向气流对激光烧蚀尼龙材料过程的影响主要分两个阶段, 在辐照前段时间切向气流减缓了激光辐照下尼龙66材料的温升, 抑制了激光对尼龙材料的烧蚀作用; 但随着温度的升高, 热分解产物增多使激光屏蔽作用增强, 切向气流减轻了目标材料表面热分解产物对激光的衰减, 并为尼龙材料的氧化烧蚀提供更多氧气, 促进了烧蚀作用。最后对切向气流下激光烧蚀尼龙的过程进行了ANSYS仿真, 实验结果和仿真结果基本一致, 从而验证了理论的可靠性。
激光烧蚀 激光辐照 热烧蚀 尼龙66 切向气流 ANSYS仿真 laser ablation laser irradiation thermal ablation nylon 66 tangential airflow ANSYSsimulation
为了揭示激光与聚合物之间的相互作用机理, 以尼龙66(PA66)为研究对象, 采用刀刃法分析了半导体激光器的激光功率通量分布, 采用紫外-可见-近红外分光光度计测量了PA66和质量分数为0.3的玻纤增强尼龙66(PA66GF30)的光学参量, 分析了材料厚度及玻纤增强剂对PA66的透射率、反射率和吸收率的影响。通过非接触线扫描实验和数学模型研究了材料厚度及玻纤增强剂对PA66光散射的影响, 确定了激光透过PA66和PA66GF30后的激光功率通量分布。结果表明, PA66的透射率随着厚度的增加而减小, 反射率、吸收率随着厚度的增加而增大, 光散射随着厚度的增加而增大; 加入玻纤时, 透射率明显减小, 反射率稍有增大, 吸收率和光散射均明显增大。此研究对确定不同厚度热塑性塑料的光散射参量以及数值模拟在激光透射焊接中的更广泛应用是有帮助的。
激光光学 光学属性 激光透射焊接 光束功率通量 尼龙 光散射 laser optics optical property laser transmission welding beam profile nylon light scattering
针对聚丙烯与尼龙66应用广泛，存在连接需求，但两者极性差异大、相容性差而导致无法进行激光透射焊接这一问题，通过在聚丙烯的侧链上接枝马来酸酐来改善聚丙烯与尼龙66之间的焊接性能。介绍了接枝改性聚丙烯的制备配方和工艺，并测量了接枝改性聚丙烯的热学和力学性能。对接枝改性聚丙烯与尼龙66进行了激光透射焊接实验。实验发现：接枝改性聚丙烯与尼龙66具有很好的焊接性能。基于中心组合实验设计，利用响应面法建立了激光功率，扫描速度和夹紧力与焊接强度之间的数学模型，揭示了焊接工艺参数交互式影响规律，并得到了最佳工艺参数。
激光技术 激光透射焊接 接枝改性聚丙烯 尼龙66 响应面法 工艺参数 光学学报
2015, 35(s2): s216002
1 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所， 四川 绵阳 621900
2 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)， 武汉 430074
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波重点实验室, 四川 绵阳 621900
为了揭示十二烷基苯中绝缘材料沿面闪络的发展过程，并研究有效提高脉冲功率装置绝缘爬电距离的方法，通过实验对不同脉冲前沿、不同电场形式下有机玻璃和尼龙6在负脉冲电压下的沿面闪络电压进行了测量。结果发现: 随着脉冲陡度的增加，沿面闪络电压增大; 随着沿面距离的增大，闪络电压升高，但闪络场强降低; 电场越不均匀，越容易发生闪络，并且在极不均匀场中，闪络距离较大时，闪络电压随沿面距离的增长趋势变缓，出现了明显的拐点。研究认为，液体介质中的沿面闪络与真空中的沿面闪络具有相似的闪络机制，沿面闪络是在气化的通道内完成的。
十二烷基苯 沿面闪络 纳秒脉冲 脉冲陡度 有机玻璃 尼龙6 dodecylbenzene surface flashover nanosecond impulse pulse steepness polymethyl methacrylate nylon 6 强激光与粒子束
2015, 27(4): 045002
空军工程大学 信息与导航学院，陕西 西安 710077
为了得到激光辐照下尼龙材料的烧蚀规律，利用红外成像的方法分析了近红外连续激光辐照尼龙材料引起的热烧蚀现象。用摄像机和红外热像仪记录了尼龙材料在烧蚀过程中的主要现象和温度变化过程，并对实验结果与ANSYS仿真结果进行了对比。使用波长为976 nm，输出功率密度为1×105 W/m2、光斑高斯半径为10 mm的光束对尼龙材料进行照射的结果显示：开始时尼龙材料温度迅速上升，发生膨胀，并逐渐熔融分解；随着照射时间的增加，尼龙材料温度变化变缓，熔融部分向光斑边缘退化；当达到一定温度时，材料温度不再升高。由于受光束质量、材料性能不均匀、熔融部分向边缘退化等因素影响，得到的实验烧蚀结果与理论烧蚀结果稍有差异，但基本吻合，验证了实验方法及ANSYS数值仿真方案的可行性。
激光辐照 激光烧蚀 尼龙 红外热像仪 ANSYS仿真 laser irradiation laser ablation nylon infrared thermal imager ANSYS simulation
Gandhi Institute for Technological Advancement (GITA), Bhubaneswar, Odisha 752054, India
Frontiers of Optoelectronics
2013, 6(2): 153
针对激光对低慢小目标材料的毁伤问题，采用有限元方法，建立激光辐照平板表面激发瞬态温度场的三维模型，对激光烧蚀尼龙材料的温度场变化进行数值模拟。得到了不同时刻材料表面温度场和烧蚀场分布，研究了辐照时间对材料损伤和烧蚀过程的影响，并进一步讨论了光束分布形式、光斑半径对温度场的影响。
激光辐照 材料损伤 有限元法 温度场 尼龙66 laser irradiation material damage finite element method temperature field nylon 66
