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紫外线激光制备的超疏水表面减阻效应
摘要： 超疏水（SH）表面数十年来已被证实能有效降低壁湍流中的阻力，尤其是金属耐用型超疏水表面被认为对提升船舶航速与航程极具前景。我们通过紫外激光纹理化与涂层改性处理制备了具有U型槽图案的不锈钢超疏水表面，并采用自主搭建的重力滑行增速评估装置测试其减阻效果。结果表明：通过调节交叉U型槽图案的线间距可实现不同的减阻性能——当线间距为80微米时，该紫外激光纹理化不锈钢超疏水表面获得161.5°的静态接触角与仅2°的动态滑动角，从而实现29.7%的最大增速率。
关键词： 减阻、超疏水表面、不锈钢、激光纹理化
更新于2025-09-23 15:23:52
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激光纹理化金属合金化学表面处理设计以实现极端润湿行为
摘要： 激光纹理化金属合金的极端润湿行为因其卓越的商业应用和基础研究性能而备受关注。从本质上说，结构化金属合金的极端润湿性同时取决于表面结构和表面化学性质。然而与表面物理形貌的构建相比，表面化学在调节金属合金激光纹理化过程以控制润湿性方面的作用研究较少。本研究提出了一种系统化的设计方法来调控激光纹理化金属合金的表面化学性质，从而实现包括超疏水性/超疏油性、超亲水性/超亲油性以及超疏油性与超亲水性共存在内的多种极端润湿状态。首先通过纳秒脉冲激光表面纹理化技术在6061铝合金表面制备微米级沟槽，随后将纹理化表面浸入多种化学溶液中进行处理，使目标官能团附着于表面以实现最终的极端润湿性。锚定具有极低色散和非色散表面能的氟化基团（-CF2-和-CF3）可产生超疏油性和超疏水性，从而排斥水和二碘甲烷；连接具有极高非色散和较高色散表面能的极性腈基（-C≡N）则通过将水和二碘甲烷分子吸入激光纹理毛细管来实现超亲水性和超亲油性；最后同时锚定氟化基团（-CF2-和-CF3）与极性羧酸钠（-COONa）会形成极低色散和极高非色散表面能组分，从而实现超疏油性与超亲水性的共存——经处理的表面吸引水但排斥二碘甲烷。
关键词： 设计、化学改性、激光纹理化、超亲水性、超疏油性、超疏水性
更新于2025-09-23 15:21:01
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高能通量纳秒激光脉冲改性不锈钢表面与骨肉瘤细胞的相互作用
摘要： 在含氧气氛中，高能量激光脉冲辐照金属表面会不可避免地改变其表面形貌、化学性质和润湿性。这些改变会显著影响细胞与表面的相互作用，进而影响表面生物相容性。我们研究了Nd:YAG激光器（波长1064纳米）产生的高能量纳秒激光脉冲对表面进行纹理化处理后，如何影响细胞粘附和形态，以评估其对初始细胞行为的影响。通过荧光显微镜和扫描电子显微镜，评估了成骨细胞在未经处理和激光纹理化的不锈钢（AISI 316L）表面暴露24小时后的粘附、存活和形态的定量与定性分析。结果表明，细胞与激光纹理化表面的这种初始相互作用导致细胞呈圆形且接触面积较小。相反，在未经处理的不锈钢和控制组玻璃表面上观察到多边形、高度细长且扁平的细胞。激光纹理化表面上的细胞树突状结构较少，具有短管状突起，并且胞外囊泡过度表达，而这些在未经处理和控制组样本上很少见。这很可能是由于激光烧蚀诱导形成的纳米结构高温氧化物所致。X射线光电子能谱分析显示，激光纹理化的不锈钢表面含有六价铬氧化物，其毒性高于未经处理样本上的天然氧化层。
关键词： MG63细胞、细胞粘附、激光表面工程、激光纹理化、纳秒激光烧蚀
更新于2025-09-23 15:21:01
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激光纹理化对聚四氟乙烯润湿性的影响
摘要： 聚四氟乙烯（PTFE）是一种合成含氟聚合物，具有优异的热绝缘和电绝缘性能以及低摩擦系数。由于其高度稳定性及疏水特性，通过降低PTFE表面的润湿性可将其转化为超疏水表面。在这方面，激光纹理化是一种快速、简单且多功能的方法，能够一步大面积制备超疏水PTFE表面。本研究采用CO?激光对PTFE样品表面进行改性，以水、矿物油和乙醇/水溶液作为测试流体，研究了加工参数（激光功率或辐照度、扫描速度及扫描线间距/重叠率）对纹理化表面润湿性的影响。激光处理后的表面呈现具有棉絮状外观的微纳层级结构。更高的粗糙度及大量空气囊使这些激光处理表面具有超疏水性和高疏油性，且在接触强碱/酸溶液或轻微摩擦后仍保持特性不变。这些表面的自清洁性能也得到了验证。本研究表明，CO?激光纹理化技术适用于大规模制备对多种液体具有低润湿性的表面。
关键词： 聚四氟乙烯（PTFE）、自清洁、润湿性、激光纹理化
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过纳秒激光纹理化进行表面功能化以控制流体动力空化动力学
摘要： 当局部压力降至汽化阈值以下时，液体流动与固体边界的相互作用会导致空化现象形成?？栈ρР唤鋈【鲇诨〖负涡翁故鼙砻娲植诙取⒒匦约叭笫缘挠跋?。从应用角度看，通过表面功能化控制流体中的空化现象对避免水动力空化的不良效应（侵蚀、噪声和振动）至关重要，但该技术也可用于强化各类物理化学过程。本研究采用纳秒级（10-28纳秒）光纤激光器（波长1060纳米）对10毫米不锈钢圆柱表面进行激光纹理处理，以此展示如何通过表面改性调控水动力空化行为。由此制备出具有不同形貌和润湿性的表面，并在空化隧道中以不同空化数（1.0-2.6）进行测试。通过高速摄像（20,000帧/秒）和高频压力传感器同步监测功能化圆柱表面后方的空化特征。结果表明：不同微结构表面的空化特性存在显著差异——相较于高抛光参考圆柱，某些表面能延缓初生空化并减小空化范围；同时证实提高表面润湿性（即亲水性）可延迟初生空化。
关键词： 表面工程、激光纹理化、水力空化、流体动力学、疏水/亲水表面
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光纹理化对30CrMnSiA钢粘接接头表面特性及粘接性能的影响
摘要： 研究了激光纹理化对30CrMnSiA钢接头结合性能的影响。采用纳秒光纤激光器在30CrMnSiA钢基体上加工出凹坑、沟槽和网格三种纹理图案。通过表面形貌、表面粗糙度（Ra和Rz）及润湿性对处理后的表面进行表征。制备单搭接胶接接头并观察断口形貌，开展加速湿热老化实验。结果表明：激光纹理化后表面粗糙度和润湿性均得到提升，其中网格图案基体改善显著——Ra增大400%，Rz达到原始试样的13倍，接触角从65°降至24°。凹坑图案接头的剪切强度未见明显提升，而沟槽和网格图案试样分别达到14.6MPa和23.3MPa，较原始试样分别提高219%和348%。断口处胶层覆盖面积增加，凹坑与沟槽图案接头呈粘附破坏模式，网格图案接头实现内聚破坏。湿热老化后结合性能下降，但网格图案试样残余强度最高，所有胶接接头的破坏模式均未改变。
关键词： 激光纹理化、润湿性、粗糙度、粘附强度、湿热老化
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过选择性激光纹理化铝合金板制备的四向各向异性液滴滑动表面
摘要： 通过选择性激光纹理化铝合金板制备了一种由非对称多向阶梯单元构成的周期性阵列超疏水表面，该表面首次被赋予四向各向异性液滴滑移特性。通过逐层减材式激光烧蚀工艺，巧妙构建了微米级阶梯结构在四个方向上独特的非对称踏面深度。所得表面可在任意方向实现任意所需的滑移角，形成了支撑水滴介于Wenzel态与Cassie态之间的过渡性超疏水状态。经验证，这种超常四向各向异性的综合机制主要源于液滴重力阻力效应与钉扎效应控制的粘附力之间的协同平衡。这两种阻碍效应被证实与水滴运动精确匹配。这种通过简单而强大的选择性激光纹理化方法诱导的四向各向异性液滴滑移特性，可为各向异性润湿性提供新的认知，并在生化分离微流控系统中展现巨大应用潜力。
关键词： 激光纹理化，各向异性液滴滑移，四向，超疏水
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过神经网络和自适应神经模糊推理模型提高316L不锈钢激光纹理化及表面干涉预测的精度
摘要： 基于激光的表面纹理化技术能在两个部件之间形成高度可控的过盈配合。本研究采用人工智能模型预测激光加工316不锈钢样品的表面特性。通过人工神经网络(ANN)和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)来预测激光表面纹理化的特征?；谇袄∩窬?FFNN)建立的模型用于研究激光工艺参数对316L圆柱销表面纹理化的影响。通过计算均方根误差和平均绝对误差来衡量模型精度。采用基于3^3因子设计的实验数据（主要工艺参数设为激光功率、脉冲重复频率和激光光斑重叠百分比）评估ANFIS与FFNN模型对激光表面纹理化(LST)系统输出预测的可靠性。通过比较百分比误差预测值进行模型相对评估。最后利用预测响应面图分析输入数据的影响。结果表明，ANFIS预测精度比FFNN模型高出48%。
关键词： 人工神经网络，自适应神经模糊推理系统，激光纹理化
更新于2025-09-19 17:13:59
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通过激光表面纹理化制备具有增强抗菌性能的分层微/介孔铜结构
摘要： 铜（Cu）及其合金经证实可在直接接触时杀灭多种多重耐药微生物。本研究展示了一种简便的一步激光纹理化（LT）工艺，通过同步选择性调控激光纹理化铜（LT-Cu）的表面形貌与化学性质，有效增强其杀菌性能。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和拉曼光谱分析表面形貌及元素组成，通过Barrett-Joyner-Halenda（BJH）法和Brunauer-Emmett-Teller（BET）法测定LT-Cu的比表面积与孔径分布。结果显示该工艺直接形成了具有更高表面氧化层（Cu?O和CuO）的中孔结构，赋予LT-Cu表面高度稳定的超亲水特性。通过标准接触杀菌实验测试LT-Cu对不同浓度致病菌株的抗菌性能：包括铜绿假单胞菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA USA300）（10? CFU/mL?1），以及大肠杆菌和金黄色葡萄球菌（10? CFU/mL?1）。分析表明LT-Cu完全杀灭相应菌株分别需要40、90、60和120分钟，且暴露后能立即造成细菌细胞膜损伤。此外，通过乳腺基质成纤维细胞和T4-2细胞的体外免疫染色实验评估了LT-Cu的生物相容性。
关键词： 激光纹理化、铜、亲水性、抗菌、接触杀菌、氧化铜
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用皮秒激光加工的普通铜表面与二氧化硅涂层铜表面的粗糙度及润湿性特性
摘要： 近期多项研究探讨了激光纹理化铜表面对不同材料的润湿性转变机制。另有部分研究聚焦于加速亲水性向疏水性转变的方法，如退火处理和化学溶液应用。但鲜有学者关注如何维持激光纹理化表面的初始亲水性。本研究提出一种结合化学浴沉积与超快激光的复合表面改性方法：首先采用溶胶-凝胶法通过浸涂工艺对选定铜基底进行改性，随后用皮秒激光辐照涂层铜表面。激光纹理化后形成凹凸结构，同时可在表面烧结SiO?纳米颗粒，从而在保持原始亲水性的同时增强表面粗糙度。该复合改性方法可获得具有高精度图案的异质表面。此外，通过分析处理后表面的化学成分与形貌特征，运用Wenzel和Cassie-Baxter润湿模型探讨了不同激光能量密度下激光纹理化铜表面润湿性转变的机理。
关键词： 粗糙度、铜、激光纹理化、润湿性、皮秒激光、溶胶-凝胶
更新于2025-09-19 17:13:59