聚酰亞胺（Polyimide,PI）激光直寫碳化（Direct laser writing carbonization,DLWc）技術(shù)是基于PI的可碳化性和光熱轉(zhuǎn)換的物理現(xiàn)象,利用高能激光作為局域光熱源在可碳化高分子表面原位生成碳陣列。由于DLWc技術(shù)具有高精度、高靈活性等優(yōu)點,極有潛力用于加工各種碳基功能器件。為了實現(xiàn)DLWc技術(shù)在規(guī)�；a(chǎn)和低成本制造各種碳基電子器件上的應(yīng)用,亟須深入理解激光碳化PI過程中復(fù)雜的光熱轉(zhuǎn)換行為和傳熱行為并探究其加工-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。首先,本論文結(jié)合實驗與理論研究,深入理解CO2激光碳化PI的光熱轉(zhuǎn)換和傳熱過程,為更好地理解、控制DLWc技術(shù)提供了依據(jù)。以激光直寫“點”圖案作為研究對象,結(jié)合掃描電子顯微鏡與拉曼光譜表征,系統(tǒng)研究了激光加工條件對生成碳材料形貌與結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明聚焦/離焦距離是DLWc工藝中重要的加工參數(shù)。此外高斯激光光束所引起的非均勻能量分布及熱源密度的局域化,導(dǎo)致激光直寫“點”狀碳材料具有復(fù)雜的組成和形貌梯度。在實驗研究基礎(chǔ)之上,進一步建立了無自由參數(shù)的光熱轉(zhuǎn)換理論模型,并通過有限元模擬,良好預(yù)測了碳化點的橫向尺寸。其次,... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－丨結(jié)構(gòu)零件的激光加工成型：⑷金屬；（ｂ）鈷鉻合金【７］

越大，從而導(dǎo)致更加劇烈的熱解／碳化反應(yīng)。??因此，聚焦／離焦距．離，即被加工材料表面距激光束腰的距離是激光直寫碳化技術(shù)中??重要的工藝參數(shù)，決定了材料碳化區(qū)域的大小及碳化反應(yīng)速率。但是，迄今為止，有??關(guān)激光高斯分布特性及聚焦／離焦距離對生成碳材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的研究還鮮有報道。??Ｔｈｅ?ｇａｕｓｓｉａｎ?ｂｅａｍ?ｒａｄｉｕｓ??ｉｓ?ｔｈｅ?ｒａｄｉｕｓ?ｗｈｅｒｅ?／?＝?１?ｃ２?ｏｆ?／〇??／（ｒ）?＝?／０＞?＿＿￣￣ｒ??ｊＬＭ＾?Ｊ????（？）?（ｂ）??圖１－２?（ａ）高斯光束輪廓與光束強度的函數(shù)表達式（ｂ）光束半徑ｗ（ｚ）的變化。??除了激光波長、脈沖寬度、及光束性質(zhì)外，激光功率與光束掃描速度／輻照時間也??是激光加工／碳化技術(shù)中常常面臨并需經(jīng)常調(diào)整的工藝參數(shù)。激光功率與輻照時間決??定了被加工材料所接受輸入能量大小及其加工溫度的高低。光斑重疊率定義為相鄰脈??沖所產(chǎn)生兩光斑之間的重疊區(qū)域比率ｎ５＿１７１，取決于激光脈沖持續(xù)時間與光束掃描速度，??它決定了單位長度被加工材料接受到的激光脈沖照射次數(shù)。如圖１－３所示，保持其它??激光參數(shù)不變，減小激光書寫速度可導(dǎo)致被加工材料單位長度上接受激光脈沖輻照次??數(shù)增多，光斑重疊率增大，從而加速其熱解／碳化速率。相較于激光波長、脈沖寬度及??光束形狀特征等，激光功率與光束掃描速度這兩個加工參數(shù)由于其便捷的調(diào)節(jié)特性，??是激光加工實際生產(chǎn)過程中最常用的工藝調(diào)控手段。??３??

第一章聚酰亞胺激光直寫碳化技術(shù)的加工－結(jié)構(gòu)－性能關(guān)系研究及其在太陽能海水淡化中的應(yīng)用??ｍｍｍｍｒｎｍｍｍｍｍ??／?Ｎ?％＊＝１ＨＺ?ｖ?，?ｖ＝?：?Ｈｚ??（（＾一一＾?＾?＾＝??Ｘ３§＾＾?ｒ?＝?４＾ｕｕ?ｓ?ｖ?Ｆ＝?４＾ｕｎ?ｓ??ｙｓ?［＾？ｉｏ??ｊｐ?；＞：ｊ?（ＪＰ；?．?；：：Ｂ??＇?ｒ＝?：＾ｕｎ?＆?０?ｔＡ?．??＾?ｌｓ〇＝１°?Ｓ〇＝＾??．?Ｖ）??圖１－３光斑重疊部分受光斑直徑、脈沖頻率和書寫速度的影響［１２］。??激光加工過程中被加工材料所處條件和氛圍通常為常溫常壓、空氣環(huán)境。然而，??當改變加工環(huán)境條件，如改變氣體或者液體氛圍，同一材料在相同激光條件下可能會??產(chǎn)生不同形貌、結(jié)構(gòu)、性能的變化，因此，加工氛圍也是激光加工技術(shù)所考慮的參數(shù)??之一。在ＤＬＷｃ過程中，基材所處的氣體氛圍對最終生成石墨烯材料的表面形態(tài)和化??學(xué)成分及潤濕特性有著顯著影響。Ｔｏｕｒ等人％以聚酰亞胺為研究對象，研宄了?Ｃ０２??激光直寫氣氛對ＤＬＷｃ碳材料表面親疏水性的影響。在氧氣和空氣氛圍中得到的??ＤＬＷｃ碳陣列與水的接觸角為０°，具有超親水性質(zhì)；而當氛圍改為氬氣或氫氣，同樣??激光加工條件所得碳陣列與水接觸角大于１５０°，為超疏水性質(zhì)（圖１－４）。????Ａｉｒ?ａｓｓｉｓｔ??３％?Ｈ＾／Ａｒ?ａｓｓｉｓｔ?０２?（ｃｈａｍｂｅｒ）??戀變戀??Ａｉｒ?（ｃｈａｍｂｅｒ）?Ａｒ?（ｃｈａｍｂｅｒ）?Ｈ２?（ｃｈａｍｂｅｒ）??ｍｍｍ??圖１－４不同氣體氛圍下ＤＬＷｃ碳陣列的水接觸角ＩＷ。比例尺：２?ｐｍ。??４??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光熱轉(zhuǎn)換材料及其在脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 郭星星,高航,殷立峰,王思宇,代云容,馮傳平.  化學(xué)進展. 2019(04)
[2]具有高效光熱轉(zhuǎn)換性能的碳基納米復(fù)合材料(英文)[J]. 張騫,徐衛(wèi)林,王賢保.  Science China Materials. 2018(07)



本文編號：3565979