1 厦门理工学院 机械与汽车工程学院，福建 厦门361024
2 精密驱动与传动福建省高校重点实验室(厦门理工学院)，福建 厦门361024
3 厦门市智能制造高端装备研究重点实验室，福建 厦门361024
4 集美大学 海洋装备与机械工程学院，福建 厦门361024
针对现有的雾化装置粒径分散较广及难以生成大量微米级与亚微米级液滴等问题，设计并加工了一种基于声表面波的液滴雾化装置。首先，利用COMSOL仿真软件对声表面波器件的结构建模并进行压电仿真分析，模拟声表面波的振动传播，得到其谐振频率为18.269 MHz。其次，基于声-压电耦合多物理场模拟声波在固-液界面的衍射，以及在液体中的传播过程。最后，加工声表面波雾化实验装置并进行液滴雾化实验，通过调整激励信号频率与输入功率实现了液滴的稳定雾化，对雾化后的液滴粒径分布进行测试。实验结果表明，当输入信号幅值为420 mV，谐振频率为19.259 MHz时，该装置生成大量微米级细小液滴，液滴粒径基本呈三峰分布，主要集中在3 μm、30 μm与500 μm。
声表面波 雾化 声流 有限元仿真 高频 微米级 surface acoustic wave atomization sound flow finite element simulation high frequency micron-scal
1 西南科技大学 极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621010
2 西南科技大学 数理学院，四川 绵阳 621010
3 陆军勤务学院 教研保障中心，重庆 401331
为分析和改善激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在定量分析土壤和大米中镉（Cd）元素含量时基体效应对分析结果的影响，以Cd Ⅱ 226.502 nm谱线为分析对象，对比研究了基体种类、KCl质量分数和激发方式等对Cd Ⅱ 226.502 nm谱线强度和定量分析结果的影响规律。研究结果表明：基体主成分的化学形态和电离能是产生基体效应的主要因素，KCl作为添加剂能明显改善大米中Cd Ⅱ 226.502 nm的谱线强度，光电双脉冲激发能显著增强基体中Cd Ⅱ 226.502 nm的谱线强度、稳定性并提高信噪比。与单激光脉冲激发方式相比，在光电双脉冲激发下，SiO2、土壤和大米三种基体中Cd Ⅱ 226.502 nm的检测下限分别从372、332和2874 mg·kg−1降低到42、72和37 mg·kg−1。
基体效应 化学键 电离能 原子化 等离子体参数 matrix effect chemical bond ionization energy atomization plasma parameter 强激光与粒子束
2023, 35(11): 111004
1 上海大学机电工程与自动化学院精密机械工程系，上海 200072
2 上海瑞立柯信息科技有限公司，上海 200233
3 宁波维真显示科技股份有限公司，浙江 宁波 315105
全息技术是实现空间悬浮真三维（3D）显示的重要方法。空间光调制器（SLM）作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器，像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示，首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术，计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图；然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图，加载到阵列式拼接的4个SLMs上，滤除一阶之外的光束后，再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像；最后利用超声雾化介质进行承载，实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外，利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究，实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。
全息真三维显示 空间悬浮动态显示 多空间光调制器拼接 超声雾化介质 时间平均法 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811021
1 复旦大学 工程与应用技术研究院，上海200433
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所 中科院生物医学检验技术重点实验室， 江苏苏州15163
为实现生物墨水的高效率递送，构建了一种基于空气辅助雾化技术的细胞递送装置，并利用多种方法系统地测量了雾化特性，以及雾化参数对细胞活性的影响。根据粒径的Rosin-Rammler分布规律对雾化均匀度指数进行了定量评估；利用多帧图像叠加以及局部阈值二值化方法对雾化视频进行边界提取，分析雾化角；结合BM3D去噪算法与二值化算法精确定位雾滴位置，实现雾滴运动速度的精确测量。实验结果表明：雾化高度和射流流量均与雾滴粒径正相关；当辅助气体压力高于60 kPa时，会显著影响雾滴均匀度；通过射流流量和雾化高度的参数控制，雾化面积可实现50~1 800 mm2的大宽幅调节；雾滴的运动速度受雾化高度影响较大，且在50 mm雾化高度下运动速度最大，均值可高达14 m/s；雾化高度和辅助空气流量均会显著影响HaCaT细胞活性，在50 mm雾化高度下细胞活化率低至64.01±0.86%（阴性对照组为92.98±3.21%），而在100 mm雾化高度下可高达90.24±0.73%；HaCaT细胞活性在喷涂后72小时内与未喷涂的保持一致。该雾化装置可用于生物墨水的高效率递送，为实现不同面积喷涂或细胞高活化率递送的雾化参数优化设计提供了指导。
空气辅助雾化 雾化 细胞递送 雾化特性 雾滴速度 细胞存活率 air-assisted atomization atomization cell delivery spray characteristic droplet velocity cell viability 光学 精密工程
2022, 30(14): 1725
1 重庆理工大学理学院，重庆 400054
2 重庆理工大学，绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室，重庆 400054
采用自主设计搭建的雾化辅助化学气相沉积系统设备，开展了Ga2O3薄膜制备及其特性研究工作。通过X射线衍射研究了沉积温度、系统沉积压差对Ga2O3薄膜结晶质量的影响。结果表明，Ga2O3在425~650 ℃温度区间存在物相转换关系。随着沉积温度从425 ℃升高至650 ℃，薄膜结晶分别由非晶态、纯α-Ga2O3结晶状态向α-Ga2O3、β-Ga2O3两相混合结晶状态改变。通过原子力显微镜表征探究了生长温度对Ga2O3薄膜表面形貌的影响，从475 ℃升高至650 ℃时，薄膜表面粗糙度由26.8 nm下降至24.8 nm。同时，高分辨X射线衍射仪测试表明475 ℃、5 Pa压差条件下的α-Ga2O3薄膜样品半峰全宽仅为190.8″，为高度结晶态的单晶α-Ga2O3薄膜材料。
薄膜 雾化辅助化学气相沉积 沉积温度 压差 单晶 半导体 Ga2O3 Ga2O3 thin film atomization-assisted chemical vapor deposition deposition temperature differential pressure single crystal semiconductor
1 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
2 新疆大学机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830047
3 中国钢研科技集团有限公司, 北京 100081
4 阳江市五金刀剪产业技术研究院, 广东 阳江 529533
采用紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末,分别研究了雾化压力和过热度对粉末粒度分布和表面形貌的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,随着雾化压力从3.0 MPa增加到3.4 MPa、3.8 MPa时,细粉收得率升高,粉末中位粒径减小,气压增大则对液柱的破碎能力增强;当雾化压力从3.8 MPa增加到4.2 MPa时,粗粉收得率提高,中位粒径增加,小颗粒粉末团聚或粘结形成大颗粒粉末;过热度的增加提高了雾化过程的稳定性,钢液黏度降低、流动性提高,粉末中位粒径减小,细粉收得率提高;过热度增加到300 ℃时,液流比增加使液柱破碎不完全,粉末中位粒径减小。该方法制备的Fe-Cr合金粉末的激光熔覆性良好,熔覆层硬度为HRC54~HRC57。
材料 紧耦合 气雾化 粉末 雾化压力 过热度 中国激光
2021, 48(14): 1402014
1 西北核技术研究院激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
2 西北工业大学能动学院, 陕西 西安 710072
采用离轴脉冲激光全息诊断技术,在发动机试车台上对某型号涡轮发动机喷嘴在常温常压及高温纯空气来流条件下的燃油雾化参数进行了实验测量,获得了雾化场空间结构特征、雾化粒子空间位置、数量分布以及索太尔平均直径分布等三维量化数据。实验结果表明,常温常压条件下,该型号喷嘴形成的雾化场呈空心圆锥体分布,雾化粒子集中分布在锥体表面,粒子直径多在60~80 μm之间,随距喷嘴距离的增加,粒子直径减小且趋近一致,表现出均匀的雾化效果;喷射压力较低时,近喷嘴区域密集涡流环下游出现一个类似主流环的涡流环,随着喷射压力的增大,喷嘴附近涡流环数量减少,液膜波纹及细丝增多,下游没有观察到主流环;射流两侧的雾化结构呈现不完全对称分布。在800 K、5.5 kPa的高温纯空气来流作用的工况条件下,燃烧室内雾化粒子的平均直径减小至12 μm左右,雾化质量得到明显改善。
全息 射流 雾化 粒子 分布 中国激光
2020, 47(11): 1109001
江南大学 机械工程学院, 江苏 无锡 214122
采用雾化施液化学机械抛光(CMP)的方法, 以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标, 选取最适合硒化锌抛光的磨料, 通过单因素实验对比CeO2、SiO2和Al2O3 三种磨料的抛光效果。结果显示：采用Al2O3抛光液可以获得最高的材料去除率, 为615.19nm/min, 而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分别只有184.92和78.56nm/min。进一步分析磨料粒径对实验结果的影响规律, 表明100nm Al2O3抛光后的表面质量最佳, 粗糙度Ra仅为2.51nm, 300nm Al2O3的去除速率最大, 达到1256.5nm/min, 但表面存在严重缺陷, 出现明显划痕和蚀坑。在相同工况条件下, 与传统化学机械抛光相比, 精细雾化抛光的去除速率和表面粗糙度与传统抛光相近, 但所用抛光液量约为传统抛光的1/8, 大大提高了抛光液的利用率。
硒化锌 雾化施液 化学机械抛光 磨料 去除速率 表面粗糙度 zinc selenide atomization slurry chemical mechanical polishing abrasive removal rate surface roughness
通过分析不同情况下雾化场全息图像中粒子数随阈值变化的规律，建立了基于粒子数变化的阈值估计算法，并给出不同情况下最优阈值的选择依据。针对粒径20 μm 以下的雾化场全息图像，选择粒子数随阈值变化的一阶微分最小值所对应的阈值为最优阈值。该方法已应用于超燃冲压发动机燃烧室雾化场实际测量工作中，并获得了较好的结果。
全息 超声速雾化 粒子数 二值化 激光与光电子学进展
2014, 51(8): 080901
1 特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室(浙江工业大学), 浙江 杭州 310014
2 浙江工业大学激光加工技术工程研究中心, 浙江 杭州 310014
气雾化制粉具有球形度高、松装比大和流动性好等特点，适于制备激光熔覆专用合金粉末。采用自行设计的超音速气雾化喷嘴，在热喷涂粉末Ni60的基础上调整粉末材料配比，在不同的雾化气体压力下进行气雾化实验，以获得性能优良的激光熔覆合金粉末。结果表明，当其他条件一定时，雾化气体压力越大，粉末的平均粒度越小，体积4次矩平均径和索特平均直径越小，即颗粒越细；与此同时，粉末的松装比更大，流动性更好，更能满足激光熔覆的要求。但雾化压力不能无限制地增大。经综合考虑，雾化气压取7 MPa为较优的气雾化参数。对比在雾化气压为7 MPa时制备的镍基粉末与热喷涂Ni60粉末进行相同参数的同轴送粉激光熔覆，发现自制粉末的激光熔覆层平整光滑，没有裂纹和气孔等缺陷，且熔覆层的硬度相差不大。
激光技术 激光熔覆 气雾化 粉末 气压 粒径
