提出一种基于随机分布偏移相位的轧辊表面峰值密度（PPI）和粗糙度范围可控的无序激光毛化技术。利用多光束干涉原理，分析轧制带钢表面反射光之间形成明暗相间条纹的机制。基于光线追迹方法，研究凸台微结构在等间距分布基础上的偏移产生的随机分布相位，对轧制带钢表面单一波长反射光形成的干涉条纹的影响，以使带钢表面多种波长反射光干涉条纹叠加形成的莫尔条纹近乎消失。轧辊表面凹坑微结构中心间距随机偏移与衰减性“拷贝”获得的轧制带钢表面凸台相同，采用理论与模拟分析得到的均匀分布中心间距随机偏移，利用激光雕刻方法对轧辊材料样件进行无序激光冲击毛化，毛化样件表面粗糙度为3.79μm，PPI为179。所提出的基于均匀分布偏移相位的无序激光可控轧辊毛化技术，实现了PPI和粗糙度范围可控的轧辊毛化，并且可灵活控制轧制带钢表面质量。

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。

厚膜正极能够显著提高电池的面积比容量，从而满足实际应用需求。然而，电极厚度增加使锂离子的扩散受到限制，导致倍率性能降低，这是目前亟待解决的关键问题。使用515 nm波长飞秒激光在厚度为100 μm的NCM811正极表面制备3D结构，研究了飞秒激光刻蚀工艺参数对刻蚀形貌的影响及刻蚀微结构特征尺寸对NCM811厚膜正极电化学性能的影响规律。研究结果表明：绿光飞秒激光刻蚀仅改变NCM811形貌，对其物相组成无明显影响；相比沟槽结构，网格结构既可提供充足的通道促进锂离子的扩散，又可避免正极材料的过度损耗。在高倍率3 C下，织构化网格正极质量比容量和面积比容量分别为92 mA·h/g和1.37 mA·h/cm²，显著高于原始正极比容量（27 mA·h/g和0.58 mA·h/cm²），实现了NCM811厚膜正极倍率性能的提升。

本文采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的复配溶液作为单晶硅制绒添加剂, 取代目前常用碱醇制绒液中的异丙醇, 不仅降低了绒面的反射率、缩短了制绒时间, 而且具有成本低、制绒过程中不需要定时补充等特点。本文研究了SDBS与PVP复配添加剂的比例、浓度、反应时间、反应温度等对单晶硅制绒效果的影响, 实验发现当SDBS与PVP的混合体积比为1∶4、复配添加剂的浓度为0.26%(质量分数)、制绒温度为80 ℃、制绒时间为15 min时, 在400~1 000 nm波长范围内的平均反射率为9.8%。与传统的碱醇制绒液相比, SDBS与PVP复配添加剂的制绒时间缩短了25 min, 反射率降低约2%, 是一种非常有发展潜力的产业化单晶硅制绒添加剂。

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。

为了研究不同微织构形貌对刀具表面涂层性能的影响, 利用光纤激光在其表面制备了不同面积占有率的毛化和沟槽微织构形貌, 并利用PVD磁控溅射镀膜技术对织构化的试样表面进行TiAlN涂层的沉积。采用Nanofocus共聚焦显微镜检测涂层前后的织构形貌; 应用AMH-61显微硬度计检测试样表面的显微硬度; 采用D8 ADVANCE型X射线衍射仪检测织构化涂层表面的残余应力; 采用Rtec MFT-5000型表面性能试验机对涂层表面进行划痕试验, 表征涂/基结合力。结果表明: 一定面积占有率的毛化形貌有利于提高涂层显微硬度, 沟槽形貌对涂层显微硬度有较小的削弱作用, 面积占有率对其影响不大。两种织构形貌均能减小涂层内部残余应力, 残余应力下降幅度与织构面积占有率呈正相关。一定面积占有率的织构有利于增强涂层结合强度, 毛化相比沟槽更有效, 结合力最高可提升19.2%。两种微织构形貌有效提高了刀具表面涂层性能。

为将单晶硅的吸收限拓展至近红外波段以满足光通讯之需求，利用纳秒激光脉冲辐照单晶硅表面制得了表面结构化的硅.研究了能量密度从0.39 J/cm²到24 J/cm²的激光脉冲辐照后结构化硅表面的形貌差异.测试并分析了不同能量密度的激光脉冲辐照后结构化硅的反射率、透过率和吸收率等光学性质.研究发现，相比于单晶硅衬底，所有结构化硅样品都表现出近红外吸收增强特性，对1 500 nm的近红外光的吸收率高达55%.进而对改性硅样品的红外吸收的热稳定性进行了研究.在473 ~1 073 K的温度范围内对改性硅样品进行退火，通过分析改性硅的反射率、透过率和吸收率随退火温度的变化规律，发现热退火处理会轻微降低改性硅样品的红外区吸收率，吸收率降低幅度低于10%.最后，通过分析脉冲激光改性硅的拉曼光谱，获得了改性硅的晶体结构信息.经过纳秒激光脉冲辐照后，硅表面处于无序化状态，形成非晶或多晶相，但是后热退火工艺可以有效改善结构化硅表面的晶体质量.

表面织构技术作为一种能够有效改善摩擦副摩擦学性能的表面改性手段逐渐成为国内外最具潜力的研究方向之一。本文以槽状织构形貌为研究对象, 研究了运动角度对织构表面干摩擦性能的影响, 并深入分析了织构运动角度对摩擦副干摩擦性能的影响机理。研究发现, 在面积占比17%条件下, 当运动角度大于45°时表面织构具有减磨作用, 且运动角度为60°时减磨效果最佳, 织构化摩擦副中的对磨球磨损量均高于无织构摩擦副。