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材料学家利用激光技术制备微小弯曲的碳纤维面

导读: 材料的表面对其功能具有巨大的影响。如果外表面的性质发生改变,可能会扩大材料的应用范围。这正是Friedrich Schiller大学(德国)的材料科学家们研究如何使用激光技术调整不同材料表面的原因。

材料的表面对其功能具有巨大的影响。如果外表面的性质发生改变,可能会扩大材料的应用范围。这正是Friedrich Schiller大学(德国)的材料科学家们研究如何使用激光技术调整不同材料表面的原因。他们主要关注点在于激光诱导产生周期性表面结构,也称为LIPSS。LIPSS是极其微小的结构。他们在国际知名顶级期刊Carbon上报道了在这领域中所取得的成就。

耶拿大学Otto Schott材料研究所的Stephan Gr?f博士解释道:“当用飞秒激光器(一种具有极短而强的光脉冲的激光器)照射表面时,在激光束照射表面的点处会形成一种特征结构,而正是在这个焦点处的干扰作用产生了LIPSS。”因为普通的激光束不能聚焦到所需要的那么小,所以这些特征结构远小于使用正常激光技术所能达到的结构。除其他参数外,结构的大小还取决于所使用的激光强度和激光波长。在对激光束参数进行仔细调整的基础上,几乎可以“量身定做”所需的结构。与此同时还可以利用激光束扫描整个表面来获取大面积的周期性图案。

目前在强弯曲面上的应用

一般来说,这种方法适用于多种不同的材料。然而到目前为止它还只能应用于平面上。但现在耶拿材料学家成功地制备出了具有激光诱导周期结构的强弯曲面。Gr?f博士说道:“我们已经在大约10微米的薄碳纤维表面上制备出了直径并不比结构本身大的LIPSS。此外,我们还能叠加不同类型的结构从而分层次地形成表面。”

目前的这些发现将为实际应用提供全新的可能性。例如,可以将碳纤维嵌入到其他材料中(比如某些聚合物)用来制备复合材料,再利用化学处理的方式来提高复合材料的强度。利用LIPSS可以准确改变它们的表面形貌,这样就可以在聚合物和嵌入的纤维之间进行锚定。

更耐用的材料

此外,该结构还可用作光学衍射光栅。它能让光在表面上的反射和吸收行为能够以一种特定的方式发生改变,同理也适用于光的衍射行为。而且基于所谓的“结构色”理念,以后可以有选择性地设计表面的颜色。因此,激光诱导的周期性表面结构越来越受到光学应用领域的关注。

耶拿大学的材料学家Gr?f博士还说道:“通过改变表面形貌可以减少摩擦系数,从而防止磨损。比如可以用这种方式开发更耐用的医用植入物。”此外,可以通过这种方式改变材料的润湿性,因此可以设计成更具疏水性或亲水性的材料。


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