摘要：特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用,因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性,可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用,如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后,本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。

摘要：目的为了提升AlN基板的散热性能,研究嵌入式一体化AlN平板热管的激光加工方法。方法通过飞秒激光微织构技术结合热处理工艺制备出AlN亲疏水组合表面,并组装嵌入式一体化平板热管,测试其传热性能。通过三维表面轮廓仪、SEM、EDS和XPS分别分析表面的三维轮廓、形貌、元素含量和化学成分,研究表面亲、疏水的形成机理。结果楔形亲疏组合AlN平板热管的启动时间、启动温度均最低,相较于全超亲水样品,启动时间降低了14.9%,启动温度降低了6.0%。楔形亲疏组合热管的热阻最低,热流密度最高。相较于全亲水热管,热阻降低了33%,热流密度提升了2%。结论AlN陶瓷表面经过激光织构会产生AlOx(多价铝氧化物),具有较高的表面能,呈超亲水状态。热处理能使表面充分氧化,降低表面能,呈超疏水状态。嵌入一体化AlN平板热管的设计和无化学激光选区微织构方法,为电子陶瓷基板的散热提供了一种新思路。

摘要：在微纳制造过程中,固液耦合界面的毛细力牵引行为可能会影响微结构的稳定性,导致结构变形或倒塌。本课题组基于飞秒激光双光子打印、显影后溶剂蒸发诱导毛细力牵引过程,对单个和双倾斜微板结构在毛细力下的变形行为进行研究。通过建立固液耦合界面下倾斜微板的毛细力作用模型,综合研究了倾斜角度、微板高度和结构间距对毛细力牵引下微结构形态(内组装、倾斜和外倒塌)的影响。结果表明:固液耦合界面下结构在毛细力作用下的变形行为主要取决于结构所受毛细力(内、外毛细力)和自身支撑力之间的竞争关系。理论分析、实验结果和仿真模拟表明,在高纵横比倾斜微结构阵列中,可以通过邻近结构的耦合设计来避免不对称毛细力诱导下的微结构坍塌。本工作对涉及固液耦合情况的倾斜型、高纵横比微纳米结构的加工制造具有重要的参考意义。

摘要：高频太赫兹滤波器的核心结构具备跨尺度、大去除量、高精度等特点,为实现核心结构高效精密加工,加工技术的选择尤为重要。与常见的机械加工、光刻工艺、MEMS等技术相比,飞秒激光加工技术具有材料普适性强、流程简单、可实现薄壁结构精密加工等优点。以中心频率850 GHz的太赫兹滤波器核心结构设计为输入,利用飞秒激光加工技术开展太赫兹滤波器核心结构的加工实验研究。考虑到低重频飞秒激光不满足高效加工的实际要求,选择高重频飞秒激光作为加工光源,在加工策略精准设计和加工参数精准优化的条件下,实现了高频太赫兹滤波器核心结构的高效精密加工。研究结果表明,高重频飞秒激光加工的太赫兹滤波器,其中心频率测试值与设计值接近。因此,高重频飞秒激光加工技术成为太赫兹滤波器核心结构加工的可选手段。

摘要：近年来,激光增材制造作为一项极具潜力的新兴加工技术而受到广泛关注。然而,现阶段的研究主要侧重于光学器件调控或光路优化,对光刻胶的综合讨论尚显不足,特别是关于激光与材料交互作用机理的深入探究更为匮乏。本文论述了光刻胶的组成及其在激光增材制造领域的影响,分别介绍了烯烃类、硫醇-烯烃类、无机类和非均相聚合4种不同单体组成的光刻胶,并阐述了它们的研究现状。之后,讨论了有机类、无机类和两步吸收光引发剂对激光增材制造技术的影响,通过分析不同光引发剂的激发机理,探究了它们在激光增材制造过程中的协同优化机制。最后,探讨了目前激光增材制造在光刻胶设计与制备方面面临的不同挑战,并在当前研究的基础上对光刻胶未来的发展趋势进行了展望。

摘要：仿生功能表面的制备是目前研究的热点,尤其是仿生疏水表面的制备.常用的制备方法包括等离子刻蚀、光刻等,制备过程较为复杂.本文基于飞秒激光微纳加工和模板转印技术,提出了一种制备疏水微柱阵列的简单策略,系统地研究了结构参数、表面化学修饰和润湿性之间的关系.研究发现,直径、间距和高度等结构参数对微柱阵列表面的润湿性影响较大.当微柱间距由400μm增加到600μm时,液滴滑动角从31°增加至76°.当微柱直径从100μm增加到300μm时,液滴滑动角也会相应地从40°增加到80°.微柱阵列的表面黏附性随着结构参数(直径、间距、高度)的改变而发生变化.基于这种特性,我们设计了一种具有不同间距的微柱阵列,用来实现液滴滑动行为的控制,同时还可以实现液滴微反应等应用.这种制备方式不仅操作简便,而且适用性广,在微流体芯片、生物医学和化学微反应等领域具有潜在的应用价值.

摘要：为了测量复杂流动速度分布,基于分子标记示踪原理建立了飞秒激光电子激发标记(FLEET)测量装置。开展了超声速混合流动速度分布测量实验,获得了马赫数3.0射流分别与马赫数2.0,2.5及2.9射流形成的混合流动速度分布的测量结果;结合大涡模拟和纹影实验,显示了混合层的流场结构。利用延迟10μs的荧光标记线与荧光基线的位移差,分析得出实验中FLEET速度测量的不确定度优于5 m/s;在高低速主流区,FLEET测量的速度结果与计算结果基本一致;在混合层,FLEET实现了较大梯度的速度分布测量,混合层的厚度与纹影实验结果符合较好。实验表明,建设的FLEET装置具有较强的工程实验能力,能够实现超声速混合层等复杂流动速度的分布测量。

摘要：当今世界大约90%的能量供应都是由燃烧生成的。在燃烧场中,火焰的温度影响着场中各种组分链式反应的途径和浓度,获取燃烧场温度信息可以为提高燃料燃烧效率,改进燃烧装置的设计提供重要的支撑依据。随着我国在航空、航天和航海这类高端制造业领域的不断发展,各种大型燃气轮机和超声速发动机的研发进入加速期,此类燃烧装置产生的火焰具有高温、高压、湍流超声速和持续时间短等特点。传统的接触式测温法难以对这类湍流燃烧场进行温度测量,近年以激光光谱法为代表的非接触式测温技术逐渐走向成熟,并获得了广泛地应用。与超短脉冲相结合的飞秒相干反斯托克斯拉曼散射光谱测温技术凭借可提供高时间分辨率(每秒可提供上千个测温数据)、高测温精度和高测温灵敏度等优势而被应用到各种高温、湍流等复杂燃烧场景温度诊断中。文章概述了飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理,综述了该技术在稳态火焰、加热气体、模拟燃气轮机等燃烧环境中测温工作的研究进展,简要介绍了飞秒时间分辨相干反斯托克斯拉曼光谱的研究和应用,着重介绍了可以实现毫秒量级时间分辨率的飞秒啁啾探测脉冲相干反斯托克斯拉曼散射测温技术和混合飞秒/皮秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术的基本原理和应用进展。指出了三种测温技术的优缺点,并提出飞秒相干反斯托克斯拉曼散射测温技术目前需要关注并解决的技术问题,主要为在高温高压湍流燃烧等极端条件下实现高精度CARS光谱高保真反演出温度信息,以及高温高压湍流燃烧场极端条件下如何获得高信噪比CARS信号的问题。展望了今后的发展趋势:通过高时间分辨的测量,获得湍流火焰中温度的瞬时演化规律,并建立各种复杂火焰的温度演化信息数据库,为研究各种发动机机理提供支撑。

摘要：润湿性调控和仿生织构设计是实现表面减摩耐磨的重要方法.利用飞秒激光在AISI 440C不锈钢表面制备了仿生微凹坑,在微凹坑中沉积润湿性可调的超疏水涂层,通过紫外线辐照构筑了4种梯度润湿性仿生织构表面.采用往复滑动摩擦磨损试验,以水为润滑剂,对比研究了不同载荷和速度下润湿性梯度对仿生织构表面摩擦学行为的影响.结果表明,在低载高速条件下,当表面形成低黏附性超疏水-弱疏水的润湿性梯度时,耐磨性最佳,相较于AISI 440C不锈钢抛光表面,磨损率降低47.9%,说明润湿性梯度耦合仿生织构能够有效减小磨损.

摘要：利用双波长飞秒激光时域热反射系统对微尺度Cu-Sn金属间化合物的热输运性能开展研究。利用回流与时效工艺制备Cu-Sn扩散偶,界面处生成均匀连续的Cu_(6)Sn_(5)和Cu_(3)Sn金属间化合物,材料厚度均在微米量级且Cu_(6)Sn_(5)的(001)晶面具有明显的择优取向特征。由于实验参数对待测参量的敏感度会影响拟合精度,重点分析了铝传感层厚度与加热光调制频率对金属间化合物热导率测量敏感度的影响,以选定具体的实验参数。经测试,Cu_(6)Sn_(5)和Cu_(3)Sn的热导率分别为47.4和87.6 W/(m·K),均略高于已有研究报道,分析认为主要是由于样品制备技术不同而导致的材料微观结构差异所致。讨论了加热光斑尺寸、铝传感层厚度及材料比热容的不确定性对热导率测量误差的影响,得到Cu_(6)Sn_(5)热导率误差为-6.8%~4.6%,Cu_(3)Sn热导率误差为-7.1%~4.4%。本工作表明飞秒激光时域热反射技术在电子封装微尺度金属间化合物热输运特性研究方面具备适用性,所得实测数据对于电子封装热设计及可靠性评价有重要参考意义。