辅助气氛对激光加工铝板表面浸润性影响研究

发布时间：2020-10-26 22:42

　　 超疏水材料表面具有防雾、自清洁、抗腐蚀、抗结冰、抗微生物附着和减阻等优良性能,可广泛应用于印刷、建筑、医疗、国防工业、石油等行业,然而快速制备超疏水表面仍存在问题。本文运用纳秒激光加工铝板制备超疏水表面,研究不同气氛下纳秒激光加工铝板表面浸润性机制,具体内容如下:第一,研究了纳秒激光在空气中加工铝板表面时不同能量密度、时效温度以及时效时间对其浸润性的影响规律,结果表明:当能量密度为6-24.5J/cm~2时,随着能量密度的增加铝板表面粗糙度增大,能量密度为24.5J/cm~2时铝板表面粗糙度最大达8.28μm;随着能量密度的增加,铝板表面接触角减小。当时效温度为50-150℃时,随着时效温度的增加铝板表面粗糙度变化不大,铝板表面接触角增加。在相同激光能量密度及时效温度下,随着时效时间的增加,铝板表面粗糙度变化不大,铝板表面接触角增大。第二,研究了纳秒激光在辅助气氛(氦气、氧气、氩气、二氧化碳)下加工铝板表面时不同时效时间对其浸润性的影响规律,结果表明:当激光能量密度为10.2J/cm~2,时效温度为100℃时,随着时效时间的增加铝板表面粗糙度和接触角均增大。不同辅助气氛下对铝板表面粗糙的变化规律为:Ra(_(He))Ra(_(Air))Ra(_(O2))R(Ar)Ra(CO_2)。通过元素分析法对辅助气氛下激光加工铝板表面微观组织结构进行分析,结果表明:在恒温时效处理后,铝板表面碳含量变化规律为C(_(He))C(_(Air))C(_(O2))C(_(Ar))C(_(CO2))。时效处理可以加速其表面有机物的吸附,导致其表面浸润性快速地完成由亲水到超疏水状态的转变。不同辅助气氛下激光激光加工后的微纳结构(纳米级絮状结构)会影响铝板表面对有机物的吸附,其中CO_2气氛下的铝板面吸附的有机物最多,达到超疏水所需要的恒温时效时间最短(10h以内)。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG665
【部分图文】：

图 1.1 飞秒激光在流动的 He 下诱导铝表面微结构。（a）为飞秒激光（7J/cm2，10mm/s）加工铝表面；（b）氦气流带走的浅色碎屑重新沉积在相邻的表面；（c）氦带走的一些微米尺寸的表面碎片2010 年，袁春华等人[32]利用飞秒激光脉冲对单晶硅在 SF6、空气和真空环境中进行了刻蚀，硅表面产生了准规则排列且具有大纵横比的锥形尖峰结构，如图1.2 所示，研究发现在 SF6、空气和真空环境形成的微结构中尖峰的数密度和高度依次减小，结果表明激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用，且激光辅助化学刻蚀的效率不同。

硅表面产生了准规则排列且具有大纵横比的锥形尖峰结构，如图1.2 所示，研究发现在 SF6、空气和真空环境形成的微结构中尖峰的数密度和高度依次减小，结果表明激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用，且激光辅助化学刻蚀的效率不同。图 1.2 不同环境、不同激光脉冲次数（N）作用下飞秒激光诱导硅表面形貌对比2014 年，Jorge Lehr 等人[33]使用飞秒激光分别在 O2、N2和 He 中对钛表面进行了微加工，研究发现在 O2下激光加工的钛表面微结构最为均匀，如图 1.3 所示。实验发现实际表面结构随气体环境而变化很大，这是由于气体环境的光学性质在激光作用下转变为各向异性，导致脉冲强度在激光束的整个横截面上重新分布

1.3 不同气氛环境、不同功率密度作用下飞秒激光诱导钛表年，Li Y 等人[34]使用波长为 10.64μm 的 CO2激光器分别对Ar、H2）的石墨烯进行了诱导辐射，得到的微观形貌及接发现当使用 O2或 Air 作为加工环境时，激光诱导的石墨烯 0°，表现出超亲水性；使用 Ar 或 H2时，其表面接触角水性。研究表明，不同气氛下激光诱导石墨烯的表面形态造成不同润湿性的主要原因。
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 李西营;李萌萌;师兵;高丽;刘勇;杨浩;毛立群;;层层自组装制备透明超疏水表面[J];广州化工;2013年22期

2 袁春华;李晓红;唐多昌;杨宏道;李国强;;不同气氛下飞秒激光诱导硅表面微结构[J];强激光与粒子束;2010年11期

3 卢思;姚朝晖;郝鹏飞;傅承诵;;具有微纳结构超疏水表面的槽道减阻特性研究[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2010年07期

本文编号：2857619