北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
电性能优良且成本低廉的铜微纳结构在柔性电子领域中展现出广阔的应用前景。激光直写因其快速灵活且可控性高等优势,成为铜微纳结构的高效加工方法之一。概述了微纳结构激光加工的技术特点,随后针对激光直写铜微纳结构展开论述。重点分析了前驱体成分及激光工艺参数对铜微/纳观结构及电性能的影响,探讨了激光直写在铜微纳结构可控制备中的优势。列举了所得结构在柔性电子器件制造中的典型应用场景,分析了典型器件的工作机理。此外,对激光直写微纳结构的未来发展趋势进行了展望。
激光制造 激光材料加工 纳米材料 纳连接 柔性电极
北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
随着微电子器件需求日益迫切,由纳米材料构造的微纳结构在降低尺度并获得特征性能上有着极大的优势。纳连接是从纳米材料构筑微纳结构的有效途径,目前实现纳连接的手段主要包括热烧结、激光烧结等。对比研究了不同连接方法形成的银电极的电学性能及微观结构,并对银纳米材料间的连接机理进行了分析。结果表明,相比于自连接及热烧结,激光烧结在降低电阻率及保持纳米结构方面有着独特的优势,在激光诱导下,银纳米带可在低温下实现互连,形成交联网络结构,从而降低银电极的电阻率,并显著改善其柔韧性。激光烧结电极的电阻率低至1.88×10 -7 Ω·m,同时具有较好连接强度,经3000次弯折后电阻变化率仅为21.26%。
激光制造 银纳米带 自连接 激光烧结 纳米连接 银电极
1 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京100084
2 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原030024
3 瑞士联邦材料科学与技术研究所, 瑞士 苏黎世
纳米线连接为高性能微纳器件的组装和应用提供了技术手段,但现有的连接方式对于能量输入的空间精度和外部环境要求较高,其工艺窗口较窄。为改善这一问题,以氧化石墨烯(GO)作为中间连接层的纳米线连接方式,通过干法转移制备了碳化硅(SiC)纳米线-氧化石墨烯(GO)薄膜-SiC纳米线的结构,并通过飞秒激光辐照还原氧化石墨烯,降低了SiC和GO之间的势垒,通过层内导电与层间导电的方式形成了更宽的载流子通道,从而显著提升了电流水平。此外生成的还原氧化石墨烯(rGO)纳米膜对SiC纳米线的接头形成了包裹与保护作用,从而使接头部分具有更好的抗辐照和热传导性能,提升了器件的稳定性与使用寿命。最后,利用飞秒激光还原GO薄膜实现了SiC纳米线网络的电性能提升,制备了具有良好响应度和较快响应速度的紫外光传感器及透明柔性导电薄膜等器件。
激光制造 飞秒激光 碳化硅纳米线 氧化石墨烯 微纳器件
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学工程科学学院, 安徽 合肥 230027
3 安徽省工程机械智能制造重点实验室, 安徽 合肥 230601
非晶合金材料具有独特、优异的性能,一直受到科技界的高度关注。随着高端装备制造领域的发展以及关键器件需求的增加,应用激光制造技术进行块体非晶合金构件成形、材料表面非晶强化与微细加工的研究备受关注。本文通过综合国内外文献资料,对非晶合金激光制造技术领域的有关研究状况进行了全面总结,分别介绍了非晶合金激光增材制造、非晶合金激光焊接、激光表面非晶化、激光熔覆非晶涂层和非晶合金激光烧蚀加工等方法与技术,阐述了相关技术的原理、研究现状、应用领域及发展趋势,最后对非晶合金激光制造技术进行了总结与展望。
激光技术 非晶合金 激光制造技术 增材制造 焊接 表面非晶化 熔覆 烧蚀加工
1 五邑大学机电工程学院， 广东 江门 529020
2 广东省摩托车先进设计与制造工程技术研究中心， 广东 江门 529020
利用皮秒激光在304不锈钢上进行表面着色试验研究。分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的机理，建立了表面色彩的模型。分别试验研究了扫描线间距、扫描速度和脉冲能量等激光工艺参数对着色效果的影响。研究结果表明，改变线间距、扫描速度和功率均能对着色效果产生显著影响，在扫描速度90～300 μm/s，扫描线间距0.001～0.01 mm，单脉冲能量60～140 mJ/cm2的参数范围内能得到较好的色彩，而且三者对着色有近似的影响效果。在试验基础上，获得了皮秒激光参数与CIE L*a*b*色彩模型之间的关系。最后对着色后的试样进行了颜色老化对比试验。老化对比试验表明，不同老化时间下的激光着色试样的色差值ΔE均很小，说明各试样颜色接近，耐老化效果较好。
激光制造 激光加工参数 激光着色 皮秒光纤激光器 不锈钢
1 浙江工业大学之江学院, 浙江 杭州 310024
2 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
3 浙江省高端激光制造装备协同创新中心, 浙江 杭州 310014
在氩气的保护下，用具有振镜扫描系统的500 W光纤激光器辐照预置在单晶硅基体上的纳米石墨颗粒。探究了不同激光能量密度下，受激光辐照后的转变产物显微形貌和晶体结构。用透射电镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)分析了所获产物的显微形貌和晶体度。当激光能量密度达到3.33 kJ/cm2时，转变产物的尺寸与原始颗粒尺寸相比有所增大；当激光能量密度达到4.17 kJ/cm2时，可以在样品颗粒表面观察到线状形貌；而当激光能量密度达到8.33 kJ/cm2时，产物由原始的多晶结构转变成了块状的晶体结构。实验结果表明:激光能量密度对单晶硅基体上纳米石墨颗粒显微形貌和晶体结构的转变有很大的影响。
激光制造 激光辐照 转变规律 显微形貌 晶体结构 中国激光
2016, 43(10): 1002006
贵州大学光电子技术及应用重点实验室, 贵州 550025
利用Q-开关Nd:YAG激光器产生的1.06mm、140ns 的脉冲激光聚焦在空气中的石英靶上,采集激光诱导的石英等离子体发射光谱,在室温大气压下利用高速摄影机对激光加工过程中伴随产生的等离子体的动态过程进行监测研究;在局部热力学平衡条件(LET)近似下,估算了等离子体电子平均温度随时间的变化规律;提出室温下等离子体加工石英微通道过程中等离子体性质发生变化的特征时间为1000ms和400ms;影响等离子体加工质量的关键因素可能包括通道内部气压值。
激光加工 等离子体 特征时间 平均温度 光学研究
为了得到满足微电子工业应用的微细薄膜器件,以实验的方法分析和研究了影响紫外激光切割金属薄膜的切割质量的主要因素,介绍了针对金属薄膜柔性系数高、容易变形等特点而采取的特殊的金属薄膜装夹方法。结果表明,在金属薄膜的紫外激光精密切割过程中,针对不同种类的金属薄膜选择合适的紫外激光输出功率及最佳切割速度有助于减少切缝宽度,获得较好的切缝质量;同时对金属薄膜选用合适的装夹方法,保证金属薄膜在精密切割过程中平整无变形,可有效地提高切割精度及微细薄膜器件加工的成功率。
激光技术 激光加工 精密切割 工艺参量 薄膜
