高效、绿色、稳定、经济的新类别制绒分子及相应助剂配方是获得超低反射率陷光结构，提升单晶硅太阳能电池光电转换效率的关键内容之一。本工作提出多苯环骨架强化单晶硅表界面结合，磺酸基、羟基、烷氧基等官能团调控出绒点形成的思路，合理筛选并对比研究了2,6-萘二磺酸钠、2-羟基-7-萘磺酸钠，十二烷基二苯醚磺酸钠以及木质素磺酸钠的绒面催化效应，发现大分子尺寸、更为分散的苯环骨架排布、柔性分子结构、丰富的羟基、烷氧基等结构特征有利于芳香环磺酸盐在单晶硅表面形成连续、均匀、密集金字塔结构。基于制绒剂结构、浓度、时间、温度等反应参数的系统对比实验，筛选出木质素磺酸钠作为优良出绒试剂，可在0.000 6%～0.06%的低浓度条件下，获得15.84～26.94%的平均反射率。引入表面活性剂和绒面调节剂，通过系统正交实验，获得了“0.015%木质素磺酸钠+1.1%十二烷基苯磺酸钠+2.0%的2-羟基-β-环糊精”新型绿色、低浓度、高稳定制绒助剂配方，在NaOH浓度0.65%、反应温度75～85 ℃、制绒时间420 s的类产线条件下，获得基底尺寸1.7～1.9 μm、均匀、规则、密集的金字塔结构以及低至9.89%的绒面平均反射率。本项研究为基于芳香环磺酸盐开发绿色高效新型实用化单晶硅表面织构化添加剂提供了良好例证。

镁合金具有比强度高、可加工性好等优势，但其耐蚀性欠佳，成为阻碍其进一步推广应用的瓶颈。采用纳秒激光在AZ91D镁合金表面进行微织构加工，并辅以低温热处理，获得了不同润湿性的表面。通过表征不同润湿性镁合金的表面形貌和成分、静态接触角以及耐蚀性，研究了镁合金表面激光调控润湿性的方法以及镁合金耐蚀性提高的机理。实验结果表明：激光加工和后续的低温热处理促使表面的C元素含量升高；表面形貌和表面C元素可以协同调控表面的润湿性；激光加工可以促使镁合金表面形成氧化膜，有助于提升镁合金的抗盐雾腐蚀能力；亲水性微织构表面的耐蚀性优于原始表面；超疏水Cassie表面具有优异的抗盐雾腐蚀性能，这是由于盐雾液滴在其表面的停留时间短。

基于Neumann边界条件建立了激光微造型的热学模型,分析了激光微造型过程中反射率、折射率与消光系数之间的关系,以及材料在不同温度和波长下的吸收率、表面蒸气压强、质量迁移率与成形效率,进一步研究了不同参数对激光微造型中热学模型、热应力与损伤阈值的影响,并采用扫描电镜和能谱仪对成形后的微凹坑进行分析,得到了微造型的成形机理。研究结果表明:为保证对激光能量的较低反射率R(例如<15%),当消光系数K在[0, 0.019]范围内时,材料的折射率n应在1~2.5范围内进行选择;波长越长,吸收率越小;温度越高,吸收率越大;激光半径、轴向距离与微凹坑深度越大,温度越低;脉宽越窄,蒸气压强越大,液态金属的迁移量越多。微凹坑成形效率经历了稳定不变、迅速上升与逐渐下降的三个阶段。进一步研究后发现,压应力是材料发生损伤的重要机制,且环向热应力是微凹坑直径扩展的主要因素,熔融损伤引起径向材料的熔化。在微造型过程中不仅生成了CuO与ZnO等氧化物,还出现了能量从1#区域向边缘3#区域逐渐减小的变化。

为了改善干摩擦条件下GCr15/Si3N4摩擦副的摩擦磨损, 在GCr15表面加工激光复合织构, 研究摩擦副的摩擦磨损行为。采用Nd: YAG激光器在GCr15表面加工不同间距织构, 并在织构凹槽中填充树脂基复合材料; 采用销-盘摩擦磨损试验机测试摩擦副的摩擦磨损性能, 并对摩擦副表面形貌和磨屑特征进行观测分析。试验发现, 在试验范围内, 织构间距为1.0 mm, 填充润滑剂为PTFE, 填充比例为20%时, 试件表面有大面积润滑剂黏着, 可形成润滑膜, 摩擦系数较低, 耐磨性较好。干摩擦条件下, 复合织构试件摩擦系数为0.131, 接近金属与自润滑材料的摩擦系数, 对摩球磨斑为Ф 421.7 μm, 试件表面磨痕宽425.7 μm。相比无织构试件, 激光复合织构在干摩擦条件下可有效改善摩擦配副摩擦磨损性能。

采用Nd∶YAG固体脉冲激光器对45钢盘表面进行了织构化处理，形成了具有不同微孔深度的织构化阵列。在织构化钢盘表面制备了Ni-MoS2复合镀层，对Al2O3陶瓷球/45钢盘进行了摩擦性能测试，并对试样表面的磨损形貌进行了分析。结果表明，不同脉冲次数对微孔最大直径的影响较小，但随着脉冲次数的增加，微孔深度和内部空腔体积显著增大。在干摩擦条件下，具有织构化阵列的复合镀层摩擦系数比未织构镀层的降低0.1~0.15，且随着微孔深度的增加，摩擦系数进一步降低，其中40个脉冲形成的织构化镀层具有最佳的抗磨减摩性能，且磨损寿命是20个脉冲形成的织构化镀层的3倍。

超短脉冲激光表面织构化具有工艺简单、加工速度快、精密微细等优点，是最具广泛应用前景的表面织构制备方法之一。利用超短脉冲激光技术可以在材料表面诱导出多种微纳结构以达到控制其摩擦性能的目的。介绍了利用超短脉冲激光表面织构化技术调控材料摩擦性能的研究进展，同时探讨了其在诸多领域的潜在应用。

由于表面织构可以改善机械零部件的摩擦磨损特性, 延长其使用寿命, 本文基于研磨抛光方法开发了一种表面微孔快速成型技术。该技术的特点是微孔成型过程与抛光过程同步进行。选取载荷为0.023 2 MPa、研磨液浓度为9%、研磨速度为2.09 m/s以及研磨粒径为0.5 μm作为考察条件, 研究了微孔在金属表面的形成机理, 证明了表面微孔是由于研磨颗粒在表面预制微缺陷处做涡旋运动, 同时工件的自转使研磨颗粒在360°方向上依次磨削微缺陷壁面而形成的。利用该技术所形成的微孔周边为圆弧过度, 无其他织构技术所形成的凸起和毛刺, 因此无需进行抛光后处理。利用该方法在一定的织构条件下可以形成次生孔, 从而进一步增加工件的比表面积。另外, 选取合适的研磨时间在适当的织构条件还可以在工件表面形成微米及亚微米孔, 为减少类金刚石(DLC)薄膜内应力和提高界面结合强度提供了新的思路。研究显示研磨抛光表面微孔织构技术具有设备简单、效率高、适合大面积, 多种材料织构等特点。

以45#钢为研究对象，采用波长1064 nm 的脉冲激光在45#钢表面进行微凸起造型，利用扫描电子显微镜和三维形貌仪表征形貌。试验得到球冠状、墨西哥帽状和M 状形貌三种典型微凸起形貌。结合温度场以及气化反冲压力数值估算，系统研究了激光脉宽和峰值功率密度对微凸起形貌的影响规律，提出了一种火山口形貌形成的新机理。结果表明：微凸起形貌是激光与材料作用过程中热、力耦合作用的结果。中心凸起形貌由熔池内对流形成，峰值功率密度低，脉宽短，形成球冠状形貌。峰值功率密度越高、脉宽越大，所得中心凸台越高越细，演变为墨西哥帽状。当熔池中心温度超过材料沸点，材料气化形成的反冲压力，在熔池中心凸起顶端反压出凹陷，形成M 状形貌。该结论有助于控制脉冲激光毛化制造微凸起的微观形貌。

为了研究表面织构化对端面密封材料摩擦性能的影响, 采用Nd∶YAG固体脉冲激光对GCr15钢盘表面进行了织构化处理, 形成了微孔型和凹槽型两种表面形貌。在摩擦试验机上模拟端面密封形式对聚四氟乙烯环/GCr15盘进行摩擦学性能测试, 并对试样表面的磨损形貌进行了分析。结果表明, 在油润滑条件下, 织构化试样的摩擦因数和磨损量均低于光滑试样的,且微孔型织构的耐磨性优于凹槽形的, 因为凹槽型织构排列使油膜厚度不均匀, 摩擦因数波动大; 在干摩擦条件下, 适当的织构形貌对转移膜的保持有利, 同时可以捕获磨屑, 减少磨粒磨损的作用。与光滑配副相比, 表面织构降低了配副双方的磨损率。

酸刻蚀多晶硅表面技术是当前太阳能研究的热点之一。利用亚硝酸钠比硝酸钠氧化能力弱的特点，在普通酸刻蚀液中用亚硝酸钠取代硝酸配制多晶硅表面刻蚀液，然后在相同的工艺条件下刻蚀多晶硅表面。实验样品的SEM显示：含有NaNO2酸刻蚀液使多晶硅表面能布满蚯蚓状的腐蚀坑，腐蚀坑的深度比传统的酸刻蚀的陷阱坑深，而且密度分布比较均匀，样品平均反射率下降到23.5%，与传统配方酸刻蚀液刻蚀的多晶硅表面相比，平均反射率下降了8%左右。