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激光诱导碳微等离子体烧蚀熔融石英的特性
摘要： 研究了激光诱导微等离子体对透明材料表面结构化的特征，并测量了其微等离子体的强度。探究了熔融石英表面在约束模式下由一系列纳秒脉冲激光诱导的碳微等离子体形成微形貌的过程，并将测量的强度与微形貌的特征进行了对比。确定了所形成形貌和轨迹的深度对激光参数的依赖性。研究表明，微结构形成的机制是多因素相关的，与微等离子体对熔融石英表面的烧蚀作用有关，而该微等离子体在脉冲结束后仍能持续较长时间。
关键词： 烧蚀、表面结构化、激光诱导微等离子体、纳秒脉冲、光纤激光器、熔融石英
更新于2025-09-23 15:19:57
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水下持续气泡辅助飞秒激光烧蚀实现分层微纳结构加工
摘要： 在本研究中，我们展示了一种名为"水下持续气泡辅助飞秒激光液体烧蚀（UPB-fs-LAL）"的技术，该技术通过在硅基底上形成具有毫米级尾迹的同心圆宏观结构，极大拓展了激光烧蚀表面微/纳结构化的边界。这些长尾宏观结构由分层扇形（中心角45-141°）微/纳结构组成，它们是在UPB-fs-LAL逐线扫描过程中，通过扇形光束在移动气泡界面（≥50°光倾斜角，即垂直入射方向）折射产生的。UPB-fs-LAL过程中产生的马兰戈尼流会驱动气泡移动——快速扫描（如1 mm/s）可使气泡移动长达2 mm，而慢速扫描（如0.1 mm/s）则抑制气泡移动。当持续气泡因孵育效应显著增大（如直径达数百微米）时，其粘性会导致在气泡中心和外围区域同时发生气相与液相激光烧蚀，从而形成周期为550-900 nm（低频）、100-200 nm（高频）和40-100 nm（超高频）的激光诱导周期性表面结构（LSFLs/HSFLs/UHSFLs），最终产生复杂的分层表面结构。其中40 nm周期（小于激光波长1030 nm的1/25）是迄今在硅上实现的最精细激光诱导周期性表面结构（LIPSS）。通过UPB-fs-LAL在小线间距（5 μm对比10 μm）条件下获得的扇形分层结构，因其额外层级和更精细HSFLs带来的极高光捕获能力与吸收特性，展现出极低的近红外-中红外反射率/透射率。若无持续气泡存在，则仅产生覆盖周期大于100 nm HSFLs的沟槽，这揭示了不同曲率持续气泡对激光参数（如重复频率、能量、入射角等）具有独特的衰减调控能力。本研究为多样化微/纳结构制备提供了一种简便经济的通用方案，适用于多种应用场景。
关键词： 飞秒激光、持续气泡、光束折射、扇形微结构、表面结构化、层级微/纳结构、激光诱导周期性表面结构（LIPSS）
更新于2025-09-19 17:13:59
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铜激光处理表面的形貌与化学特性表征
摘要： 电子倍增效应和电子云已被确认为高强正粒子加速器束流质量或低温系统的主要限制因素。在用于降低表面二次电子发射率（SEY）的调理操作技术及其他表面结构化技术中，激光表面处理是一种极具前景的方法，可在大气压下对真空室铜表面进行原位处理。本研究采用平行线模式的脉冲激光照射铜材，导致表面局部烧蚀并沉积铜颗粒聚集体。欧洲核子研究中心开展的测试表明：通过构建多尺度粗糙度改变表面形貌，可借助几何效应降低SEY。但该处理表面的机械强度及粉尘产生问题尚未得到解决。本研究对表面形貌的多尺度特征进行了定性分析，采用扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子束（FIB）、透射电子显微镜（TEM）和能谱仪（EDS）等技术，探究激光处理表面的颗粒尺寸形貌、化学成分、金相组织及相变等特征。SEM与FIB检测显示表面形貌取决于局部激光辐照能量（尤其相对于烧蚀阈值）；TEM分析揭示了处理材料的化学成分与晶体构型，有助于识别激光改性及氧化区域。观测到多种表面结构，潜在脆弱结构被确认为烧蚀近表面再沉积的氧化物质。材料连续性与成分对生成表面形貌的机械完整性起决定作用，通过分析机械应力后提取粉尘的来源评估了生成结构的附着力。
关键词： 微观结构观察、形貌表征、激光表面处理、表面结构化
更新于2025-09-16 10:30:52
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Ti6Al4V合金表面蒸汽压激光复合加工新工艺的实验研究
摘要： 除车削、铣削或光化学蚀刻等传统结构化工艺外，激光加工在金属表面结构化中的应用日益广泛。这些激光工艺的根本区别在于：结构化过程要么通过材料去除实现，要么通过材料重分布达成。本研究实验探究了一种新型混合工艺——结合脉冲激光辐射的材料烧蚀与连续激光辐射重熔工艺的材料重分布。在介绍该混合工艺的基础上，我们详细描述了所用设备及方法，并展示了在Ti6Al4V合金表面生成的结构。 实验采用光束直径520微米、功率220瓦、扫描速度100毫米/秒的连续激光辐射，在预处理Ti6Al4V表面形成熔池。同时叠加使用光束直径65微米、脉宽60纳秒、最大脉冲能量0.35毫焦、频率50千赫的脉冲激光辐射，使熔池内微量熔融材料蒸发。这种局部材料蒸发产生的蒸汽压力会使熔池表面变形，从而形成表面结构。 结果表明：脉冲激光辐射在熔池表面激发了波长为激光光束直径两倍的毛细表面波。这种受迫激发的毛细表面波形成了经白光干涉仪分析的固化后表面结构。分析得出：激发毛细表面波的振荡频率为ν=2.27(±0.16)千赫，凝固过程中该表面振荡的阻尼有效运动粘度为μ=0.1328平方厘米/秒。 在结构特征方面，我们获得了高达100微米的结构高度。当未发生熔融材料喷射时，结构高度可通过脉冲能量和激光脉冲数进行可控调节。最后通过材料重分布体积的时间效率对比显示：该工艺实现了28.37立方毫米/分钟的重分布速率，显著优于现有其他激光纹理技术，充分证明了这种新型混合工艺不仅适用于表面结构化，更具有广阔应用前景。
关键词： 表面结构化、熔池、材料重分布、毛细表面波、Ti6Al4V、重熔
更新于2025-09-16 10:30:52
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飞秒脉冲串激光加工类金刚石纳米复合薄膜的热积累效应
摘要： 本文研究了飞秒激光脉冲（波长λ=515 nm，脉宽τ=320 fs，重复频率f=100 kHz）在不同扫描条件（单点与线性结构）下对类金刚石纳米复合薄膜（DLN）a-C:H:Si:O的猝发模式（BM）烧蚀与表面结构化行为。猝发脉冲间隔为25 ns（猝发内频率f=40 MHz），脉冲数从1至8变化。研究发现，相比单脉冲辐照，猝发模式的烧蚀深度与比烧蚀率（μm3/μJ）更高，且随猝发内脉冲数增加而提升。更高的烧蚀效率实验数据与猝发烧蚀计算机模拟结果具有关联性。结合烧蚀研究结果，单点与微沟槽的拉曼光谱证实（在薄膜沉积能量相等的条件下）随着猝发脉冲数增加，非晶薄膜结构石墨化程度逐渐增强。通过接触式原子力显微镜（AFM）揭示了猝发加工对激光结构化薄膜表面特性（纳米级形貌、摩擦系数）的影响?；谏帐从肜莘治?、烧蚀/再沉积层AFM检测以及猝发烧蚀计算机模拟，确定热积累是DLN薄膜猝发加工中烧蚀效率提升的主要因素。此外，本文还展示了DLN薄膜在猝发模式下的高精度表面微结构化成果。
关键词： 热积累、类金刚石纳米复合薄膜、表面结构化、飞秒激光脉冲、脉冲串模式烧蚀
更新于2025-09-12 10:27:22
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KBr材料表面结构化在光谱分析和传感器中的优势
摘要： 通过应用碳纳米管对溴化钾（KBr）材料表面进行改性研究，该材料作为傅里叶光谱仪的关键元件及红外激光器输出窗口已得到广泛应用。采用激光定向沉积法，在100至600 V×cm?1的不同电场条件下，使碳纳米管以垂直姿态附着于基体材料表面。改善溴化钾结构光谱性能的核心原理在于：碳纳米管的折射率显著低于研究对象材料，且其微小直径使其能够嵌入模型基体系统晶格的空隙中。此外，在上述条件下还研究了溴化钾结构的力学特性和润湿性能。分析与量子化学模拟结果验证了实验结论。
关键词： 表面结构化、溴化钾、机械与润湿性能、激光定向沉积法、碳纳米管、光谱
更新于2025-09-10 09:29:36