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混合激光烧蚀与化学改性技术快速制备具有优异自清洁性、稳定性和耐腐蚀性的仿生超疏水表面
摘要： 虽然激光烧蚀被视为一种简便的仿生超疏水表面制备方法，但初始激光处理的金属表面会呈现超亲水性，在环境空气中需要很长时间才能达到超疏水状态。研究表明，这些超疏水表面易受热效应或其他液体相互作用影响而遭到破坏，导致超疏水性不可控丧失。本研究通过混合激光烧蚀与(十七氟-1,1,2,2-四甲基丁基)三乙氧基硅烷(AC-FAS)表面化学改性，快速制备出稳定的超疏水铝表面。系统研究了表面形貌与化学特性以探究超疏水性的产生机制。处理后表面水接触角可达160.6?±1.5?，滚动角为3.0?±1.0?，展现出完美的自清洁能力、长期稳定性以及在酸性和碱性溶液中优异的化学稳定性。动电位极化测试表明该超疏水表面具有更优的耐腐蚀性能。这种混合激光烧蚀与表面化学改性方法省时且低成本，为铝材表面超疏水的规?；峁┝丝焖偻揪?。
关键词： 纳秒激光、仿生学、耐腐蚀性、化学稳定性、自清洁、超疏水性、长期稳定性
更新于2025-09-23 15:22:29
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不同几何约束下水激光烧蚀后的推进效应
摘要： 使用脉宽7纳秒、脉冲能量最高达10毫焦的Nd:YAG激光器，在覆盖水层的铝棒前表面诱导光学击穿。该铝棒作为弹道摆的组成部分，通过耦合系数与能量转换效率，研究不同约束几何结构、作用于棒前表面的水量以及该表面与激光焦点距离对推进效应的影响。在靶材表面钻制不同尺寸孔洞并填充不同水量，以考察液体（自由边界）与固体表面几何结构对激光烧蚀效应的约束影响。采用每秒1万帧的高速摄像机记录激光烧蚀后的棒体运动与水射流喷射过程。结果表明：空腔约束通过塑形液体喷射流显著增强推进效果；而水层内诱发的空化气泡对推进效率起关键作用。数据显示激光推进后棒体携带的总机械能不足0.5%，其余能量均转化为被烧蚀水的动能。正如预期，将靶面远离焦点位置会降低烧蚀推进效率——当焦点移入固体靶体时，因脉冲能量向空化气泡能量的转化率降低导致效率下降；若焦点从表面向外移动，气泡将趋向液-气界面，无法有效喷射靶体全部液体。
关键词： 空化气泡、耦合系数、激光推进、纳秒激光、能量转换效率、激光烧蚀
更新于2025-09-23 15:21:01
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快速激光制备长期稳定的超亲水铝表面
摘要： 本文报道了一种制备稳定超亲水铝表面的简易方法。通过纳秒激光在铝板表面制备可控的微纳结构，随后将其浸泡于煮沸的45%乙醇溶液中处理2小时作为后处理步骤。研究表明，经激光处理的铝板表面呈现亲水性，而经过45%乙醇溶液后处理后可转变为超亲水性。该处理后的超亲水结构在一定时间内具有良好的亲水稳定性。本文探讨了激光与乙醇溶液协同处理实现铝表面超亲水行为的机理，并提出了一种制备稳定超亲水表面的新方法，对超亲水表面的制备及其在工业生产中的应用具有重要意义。
关键词： 超亲水表面，乙醇溶液，纳秒激光，铝，接触角
更新于2025-09-23 15:21:01
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热敏型铜铟镓硒薄膜太阳能电池的无损伤图案化：纳秒脉冲能否超越超短激光脉冲？
摘要： 由于热效应显著且熔融形成明显，纳秒脉冲通常不被视为热敏材料低损伤加工的合适选择。多项研究表明铜铟镓硒（CIGS）属于热敏材料，超短脉冲激光已成为CIGS电池加工的主要光源。然而我们报道了采用2.5微米波长（接近中红外波段）纳秒脉冲对CIGS薄膜太阳能电池进行P3划线的研究，并与传统355纳米、532纳米、1064纳米及1342纳米波长的皮秒脉冲加工效果进行对比。本研究中，2.5微米波长的6纳秒脉冲表现优于可见光与近红外波段的皮秒激光源。通过纳秒激光图形化实现了最低4.7毫西门子/米的P3划线电导率，对应模拟的CIGS组件效率损失仅为0.01%。我们推测透明导电氧化物（TCO）的高吸收有效屏蔽了下层CIGS，仅有少量能量到达背电极。最终结果表明：对于高效CIGS器件的P3加工，纳秒脉冲可与皮秒脉冲具有同等竞争力。
关键词： 铜铟镓硒，纳秒激光，划线，皮秒激光，可见光与近红外波长范围，薄膜
更新于2025-09-23 15:19:57
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紫外纳秒激光在玻璃基板上形成沟槽
摘要： 本研究报道了玻璃的激光刻槽工艺。实验采用紫外（UV）纳秒激光，通过调节激光功率、扫描速度、脉冲重复频率和扫描次数，在钠钙玻璃上制备刻槽。研究发现玻璃表面产生损伤的阈值功率密度约为6.37×10? W/cm2。单次激光扫描结果表明：在高激光功率和低扫描速度条件下，几乎不会发生材料去除，仅会在玻璃表层下方引发体积熔融和大尺寸热裂纹；随着激光功率降低和扫描速度提高，由于以熔融为主导的材料去除过程，会形成表面光滑的刻槽；当扫描速度进一步增大时，因冲击波引发的碎裂效应会产生表面粗糙的刻槽，该条件下可能产生微小裂纹或获得无裂纹刻槽。本研究还尝试通过多次激光扫描制备生物芯片用微通道，采用非零扫描间距进行多次激光扫描后，成功制备出近矩形且无裂纹、表面极为光滑的刻槽（宽度×深度：约220微米×约500微米）。
关键词： 紫外线（UV）、激光开槽、纳秒激光、玻璃、槽
更新于2025-09-19 17:13:59
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真空、空气和水环境中纳秒激光诱导锡熔化的动力学研究
摘要： 锡因其低熔点和低蒸气压，成为研究不同环境条件下激光烧蚀机制的理想模型材料。本研究测量了锡在真空、空气和水中的纳秒激光损伤阈值。与难熔金属（其在水中的阈值显著高于空气中）不同，我们发现锡的损伤阈值通量约为0.1 J/cm2，与环境无关。通过对辐照表面形貌和化学成分的分析，以及对锡激光加热过程的数值模拟，证明观察到的表面改性源于熔化而非氧化。对于水环境，向水的传导热传递对锡的加热和熔化仅起次要作用。模拟还显示，锡表面附近水蒸气层的形成需要显著更高的通量（超过0.15 J/cm2），因此表面损伤不受入射激光在水-蒸气界面散射的影响——这种散射现象在难熔金属中较为典型。本文还讨论了低熔点材料在液体中的激光烧蚀特性及纳米颗粒形成机制。
关键词： 纳秒激光、激光烧蚀、水蒸气化、纳米粒子形成、熔化、锡
更新于2025-09-16 10:30:52
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用于透明CIGS薄膜太阳能电池的纳秒激光划线技术
摘要： 建筑集成光伏（BIPV），尤其是半透明和/或透视配置形式，因其可利用包括屋顶、立面和窗户在内的广阔安装表面而备受关注。本研究采用532纳米波长的纳秒激光束从玻璃基板侧照射，针对采用氧化铟锡（ITO）底接触的新型铜铟镓硒（CIGS）架构，探究了制备透视电池的P4划线工艺。通过改变激光光斑尺寸和脉冲能量的参数研究，我们发现扩大激光光束并使脉冲能量接近划线阈值时，既能抑制ITO损伤，又能避免熔融CIGS引发的电短路。扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDS）分析揭示：熔融CIGS介导的短路机制会润湿划线边缘并形成富铜金属相。在扩大激光光束接近阈值能量密度下操作的P4划线工艺，不仅显著抑制了非预期短路现象，还将理想膜层去除趋势的波动控制在最小范围。热分析表明，扩大激光光束通过基于起皱的膜层剥离机制，在降低CIGS-ITO界面温度的条件下实现划线，同时抑制了划线边缘及其邻近区域的CIGS熔融。采用最优激光划线参数制备的约15%面积占比透视电池，其短路电流下降率为16.8%，而低至约8%的短路电阻下降率是实现该性能的关键。我们正通过截面分析和时间分辨诊断进一步阐明精确的短路相关划线机制，并致力于制备组件级透视光伏架构。
关键词： 纳秒激光、激光划线、铜铟镓硒薄膜太阳能电池、透明太阳能电池
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用热后处理的钛激光表面纹理化以改善润湿性
摘要： 利用激光在金属表面制造微结构以改变材料润湿特性的研究已广泛开展，主要采用工作在飞秒和皮秒量级的超短脉冲激光。为探索制备超疏水表面的更稳健工业方法，本研究采用光纤纳秒脉冲激光对抛光Ti6Al4V样品进行加工以形成定制化形貌，并通过低温退火后处理显著缩短了达到超疏水状态所需时间。纳秒脉冲激光在表面引入热效应，有助于形成微柱状表面形貌。通过扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDX）、白光光学轮廓仪及接触角测量，对表面改性后材料润湿特性的变化进行了表征与量化分析。
关键词： 激光表面纹理化、超疏水、纳秒激光、热后处理
更新于2025-09-12 10:27:22
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由纳秒激光辐射在熔融石英中诱导的从统计特性到确定性的纳米结构
摘要： 通过激光加工在衍射极限以下制造结构仍是一项挑战。然而，自组织过程可能具有实用价值。研究分别探讨了熔融石英上光刻制备的铬结构形状的激光诱导自组织改性，以及纳秒紫外激光辐射对熔融石英表面的结构化。低能量单脉冲激光辐照（Φ > 300 mJ/cm2）会使铬方形图案因熔融铬膜中的质量传输而形成液滴。该过程受熔融金属不稳定性支配，源于表面张力驱动的液相质量传输。当铬图案尺寸与不稳定性长度相当时，观察到两种特定液滴分布：一种是位于原始图案中心附近确定位置的单个液滴，另一种是呈环状随机分布的小液滴。通过多脉冲辐照，每种金属图案均可转移至熔融石英中。实验结果表明，对于低能量情况，通过顺序求解热传导方程和Navier-Stokes方程能良好模拟该过程。
关键词： 熔融石英、纳米结构化、纳秒激光、IPSM-LIFE
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于涡轮机械的梯形结构纳秒激光烧蚀
摘要： 正确设计的仿生微米级凹槽（即沟槽结构）可用于降低阻力。现有几种制造这类结构的方法，但都存在各自的问题与缺陷，因此并非完全适用于所有实际工业场景。本文旨在展示如何运用短纳秒脉冲激光烧蚀技术制造适用于涡轮机械的微米级梯形沟槽结构。研究表明，尽管该方法制造的沟槽质量不及最优制造工艺，但仍能提升性能表现。此外，其加工速度足够快且系统购置成本经济，适合实际工业应用。风洞实验表明，翼型表面加工的沟槽相比无结构处理的平滑翼型可有效降低壁面剪切应力。
关键词： 微加工、纳秒激光、翼型、肋条、微结构、激光烧蚀
更新于2025-09-12 10:27:22