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飞秒激光诱导周期性表面结构选择性构建的金属/半导体相上水的润湿性分析
摘要： 在由金属相和半导体相组成的银硅合金表面选择性制备了飞秒（fs）激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。实验采用线偏振飞秒激光脉冲（脉宽τ=300 fs，波长λ=1025 nm，重复频率frep=100 kHz）以峰值能量密度F=0.30 J/cm2辐照该合金。由于半导体相（Si）与金属相（Ag）具有不同的光吸收特性，导致两相具有差异化的烧蚀阈值，最终仅在硅相表面形成了周期Λ≈950 nm、调制深度h≈220 nm的显著LIPSS结构。通过扫描电镜、光学显微镜、白光干涉显微镜和原子力显微镜对激光辐照前后的合金表面进行表征，并采用能谱仪进行化学分析，结果显示硅相表面发生氧化而银相未出现激光诱导的化学改性。利用蒸馏水评估了合金表面的润湿性并与复合材料的单一组分进行对比，发现飞秒激光辐照后表面亲水性增强（水接触角减?。?。选择性制备LIPSS的合金由于硅相（θ=5°）与银相（θ=74°）接触角差异显著，导致液滴形态发生改变。通过共聚焦激光扫描显微镜结合罗丹明B染料的局部接触角分析对该现象进行了评估与讨论。研究还证实，利用组分间接触角差异导致的液滴形态变化，可实现合金宏观材料边界（Ag/Si）上的定向液滴输运。这种选择性结构的金属/半导体表面在具有定向液滴输运功能的微流控器件及润湿性基础研究中具有重要应用价值。
关键词： 接触角、润湿性、微流控器件、激光诱导周期性表面结构、银硅合金、飞秒激光
更新于2025-09-12 10:27:22
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[美国激光学会ICALEO? 2015：第34届国际激光材料加工、激光微加工与纳米制造大会 - 美国佐治亚州亚特兰大市（2015年10月18-22日）] 激光与电光应用国际大会 - 硅氧烷模具上微流控器件的快速直接激光写入技术用于微复制
摘要： 微流控器件通常通过使用PDMS（聚二甲基硅氧烷）从MEMS微加工技术制作的母模进行复制而成。PDMS因其柔韧性、化学稳定性和低表面能成为图案转移的首选材料。采用MEMS技术制造集成操控组件（如微过滤器或混合器）的功能性微流控器件成本高昂且耗时，这限制了通过敏捷快速原型法测试设计变体的能力。直接PDMS加工是一种有吸引力的替代方案，需要直接书写技术。本研究展示了采用皮秒脉冲激光对PDMS进行直接结构化，用于快速制作器件复制的模具。PDMS直接书写的主要障碍是分解层的产生，这会限制后续加工并影响表面质量。初步结果表明：通过精细优化激光参数和加工策略，可有效制造集成功能性微结构的微流控器件而不产生分解PDMS层。由此在2分钟内完成了完整3×3毫米微流控器件（集成多级过滤组件）的制备，其横向分辨率可达10微米。因此，优化后的参数组合能利用超快激光快速原型制作微流控器件，用于新概念开发和验证。
关键词： 微流控器件、皮秒脉冲激光、直接激光写入、快速原型制作、聚二甲基硅氧烷
更新于2025-09-11 14:15:04