飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究

目的采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面,获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法通过控制变量,设计单因素试验,研究飞秒激光参数(填充间距、能量密度、扫描速度)对硅橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和极差分析获得使表面结构规整且表面粗糙度最大的相对最优工艺参数,研究飞秒激光参数对表面粗糙度的影响主次顺序。结果飞秒激光刻蚀硅橡胶的相对最佳工艺参数如下:能量密度为5 J/cm^(2),扫描速度为200 mm/s,填充间距为20μm。最优参数组下激光刻蚀的超疏水硅橡胶表面粗糙度达到最大值5.954μm,具有规整的峰状凸起与微纳结构和优异的超疏水性能,水接触角高达165.3°,滚动角低至2.6°。该超疏水硅橡胶表面具有优异的防冰性能,在低温高湿环境下,与未处理的硅橡胶表面相比,结冰时间由67 s延长至312 s,冰黏附强度由39.6 kPa降低至7.4 kPa。超疏水硅橡胶还具有良好的循环除冰性能,经20次结冰/除冰循环后,冰黏附强度仍不超过20 kPa;此外,该表面还具有优异的耐腐蚀性能和良好的耐磨损性能。结论飞秒激光增大能量密度和减小扫描速度会使激光刻蚀宽度增大,要避免纵向条纹,应控制填充间距不超过激光刻蚀宽度。激光参数优化后刻蚀出的超疏水硅橡胶表面具备优异的防冰性能,并且机械与化学稳定性较好,在恶劣环境中的防冰领域,具有广阔的应用前景。

Tedlar复合材料表面飞秒激光刻蚀铝薄膜技术研究

研究不同的工艺参数对Tedlar复合材料-铝薄膜(厚度为2μm)表面形貌的影响,理论优化得到合理的工艺参数。研究结果表明,单位时间内极多数量飞秒激光脉冲的积累作用,使得铝膜表面的作用区域温度在极短时间内快速升高并超过铝的熔点和气化温度,表面铝膜最终被刻蚀去除;当激光功率增大到5.5 W时,界面处温度达到了513.19 K,超过了基底Tedlar材料的最高使用温度,并在基底材料表面烧蚀产生点坑;当扫描速度从350 mm/s增大至600 mm/s时,出现的间断点尺寸从1.2μm增大到2.7μm,造成激光刻蚀加工尺寸误差高于10μm;在激光输出功率为4.0 W、光斑直径为40μm和扫描速率为500 mm/s的工艺条件下,铝膜图形激光刻蚀后尺寸精度及相对位置精度均优于10μm,满足技术要求。

基于飞秒激光的钛合金表面微纳米结构制备及腐蚀行为

针对海洋深潜服役环境下钛合金的腐蚀失效问题,采用飞秒激光刻蚀技术在钛合金表面制备耐腐蚀的超疏水微纳米结构。探究激光刻蚀参数对表面刻蚀结构的影响机理,以及表面微纳米结构、疏水性能、盐雾腐蚀行为的交互影响规律。结果表明,飞秒激光刻蚀的表面微纳米结构,可以将空气截留于结构之间,并在液体与基底材料之间形成空气保护膜。气膜结构对液体的支撑力提高了钛合金表面的疏水能力,减少了腐蚀性液体与基底金属的接触时间与接触面积,进一步提高钛合金的耐腐蚀性能。

微透镜阵列制作技术研究

详细介绍了光刻胶热熔法、光敏玻璃热成型法、离子交换法、飞秒激光酸刻蚀法等4种比较实用的制作微透镜阵列的方法,阐述了其原理,分析了各自的优缺点。