本文關(guān)鍵詞：飛秒激光制備鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)的演變機(jī)制及其性能研究

  更多相關(guān)文章： AZ31B鎂合金 飛秒激光微/納加工 陷光性 潤(rùn)濕性 細(xì)胞毒性

【摘要】：隨著對(duì)材料表面微/納結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的認(rèn)識(shí),微/納制造技術(shù)已發(fā)展成為表面改性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。飛秒激光微/納加工技術(shù),突破了對(duì)加工材料種類和尺寸的限制,高效地實(shí)現(xiàn)了材料表面二維或三維微/納結(jié)構(gòu)的可控加工,是一種應(yīng)用前景廣泛的微/納制造技術(shù)。鎂合金不僅是一種輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料,而且有望成為一種新型可降解生物材料,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,關(guān)于飛秒激光制備鎂合金表面微/納結(jié)構(gòu)的研究很局限,飛秒激光燒蝕鎂合金可獲得的表面形貌種類及其相互作用機(jī)理均尚不清楚。本文開(kāi)展飛秒激光制備鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)的研究,對(duì)于開(kāi)發(fā)可控鎂合金功能性表面具有一定的指導(dǎo)意義。本文采用飛秒激光光柵掃描方式對(duì)AZ31B鎂合金表面進(jìn)行燒蝕處理,重點(diǎn)研究了飛秒激光工藝參數(shù)對(duì)鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,測(cè)試并分析了飛秒激光制備的AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面的陷光性能、潤(rùn)濕性能和細(xì)胞毒性。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.通過(guò)調(diào)控飛秒激光的能量密度和掃描速度,在AZ31B鎂合金表面成功制備了Fs-irradiated形貌和Fs-inscribed兩種形貌。Fs-irradiated典型的結(jié)構(gòu)包括納米級(jí)FLIPSS波紋結(jié)構(gòu),顆粒結(jié)構(gòu)和孔洞結(jié)構(gòu);Fs-inscribed形貌以溝槽結(jié)構(gòu)為主。前者主要決定燒蝕形貌的種類,后者則主要影響燒蝕形貌的尺寸。2.在可見(jiàn)光范圍內(nèi)(400~800 nm),通過(guò)測(cè)試微納結(jié)構(gòu)表面的光反射率來(lái)間接表征陷光性能的好壞。分析了工藝參數(shù)對(duì)光反射率的影響,結(jié)合三維表面形貌和粗糙度重點(diǎn)研究了四種典型微納結(jié)構(gòu)表面陷光性差異的成因,并建立模型解釋其陷光機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明,FLIPSS波紋結(jié)構(gòu)降低了鎂合金表面的光吸收率;而顆粒結(jié)構(gòu)、孔洞結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)陷光性很好。在可見(jiàn)光范圍內(nèi),溝槽結(jié)構(gòu)的光吸收率最高可達(dá)93%,相比母材提高了43.1%。顆粒結(jié)構(gòu)和孔洞結(jié)構(gòu)表面的光吸收率集中在85%~90%范圍內(nèi),其波動(dòng)性源于顆粒和孔洞的尺寸大小。3.通過(guò)測(cè)量接觸角的大小來(lái)表征微納結(jié)構(gòu)表面的潤(rùn)濕性能,記錄不同時(shí)刻接觸角的變化來(lái)判斷潤(rùn)濕狀態(tài)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明,飛秒激光燒蝕后形成的納米級(jí)FLIPSS波紋結(jié)構(gòu)、顆粒結(jié)構(gòu)和孔洞結(jié)構(gòu)表面均呈現(xiàn)疏水性,接觸角最大可達(dá)135°,但該疏水狀態(tài)并不穩(wěn)定,液體與鎂合金表面的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致接觸角減小;而溝槽結(jié)構(gòu)表面呈現(xiàn)親水性,接觸角約為20°。4.采用Live/dead染色的方法來(lái)觀察小鼠成骨細(xì)胞在鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面的存活狀態(tài),并對(duì)培養(yǎng)24 h后的細(xì)胞形態(tài)進(jìn)行觀察。試驗(yàn)結(jié)果表明,飛秒激光制備的鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)能夠有效地改善材料表面引發(fā)的細(xì)胞毒性反應(yīng)和細(xì)胞的鋪展?fàn)顟B(tài)。表面粗糙度為1.729μm的顆粒結(jié)構(gòu),其表面細(xì)胞毒性反應(yīng)較小,且細(xì)胞鋪展最佳并伴隨有偽足出現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：AZ31B鎂合金 飛秒激光微/納加工 陷光性 潤(rùn)濕性 細(xì)胞毒性
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.22;TG665
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題背景及意義11-12
• 1.2 微/納結(jié)構(gòu)的潛在應(yīng)用12-15
• 1.2.1 改善表面光學(xué)特性12-13
• 1.2.2 改變表面潤(rùn)濕性能13-14
• 1.2.3 提高表面生物相容性14-15
• 1.3 制備微/納結(jié)構(gòu)的方法15-16
• 1.4 飛秒激光制備表面微/納結(jié)構(gòu)概述16-19
• 1.4.1 飛秒激光制備表面微/納結(jié)構(gòu)種類及其研究進(jìn)展16-18
• 1.4.2 飛秒激光制備鎂合金表面微/納結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5 本文研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線19-21
• 第二章 試驗(yàn)材料、方法及設(shè)備21-27
• 2.1 試驗(yàn)材料及預(yù)處理21
• 2.2 飛秒激光制備AZ31B鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)21-23
• 2.2.1 試驗(yàn)主要設(shè)備21
• 2.2.2 試驗(yàn)方法及工藝參數(shù)21-23
• 2.3 表征方法及設(shè)備23-25
• 2.3.1 表面形貌及成分分析23
• 2.3.2 表面光反射率測(cè)試23-24
• 2.3.3 表面接觸角測(cè)試24
• 2.3.4 體外細(xì)胞毒性測(cè)試24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第三章 不同工藝參數(shù)下AZ31B鎂合金表面飛秒激光燒蝕形貌27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 AZ31B鎂合金表面飛秒激光燒蝕宏觀形貌27-28
• 3.3 不同工藝參數(shù)下AZ31B鎂合金表面飛秒激光燒蝕微觀形貌28-36
• 3.3.1 Fs-irradiated微觀形貌28-34
• 3.3.2 Fs-inscribed微觀形貌34-36
• 3.4 飛秒激光燒蝕鎂合金微納米結(jié)構(gòu)形成機(jī)理36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面陷光性研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)三維形貌40-43
• 4.2.1 Fs-irradiated三維形貌40-41
• 4.2.2 Fs-inscribed三維形貌圖41-42
• 4.2.3 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金表面微納米結(jié)構(gòu)粗糙度測(cè)試42-43
• 4.3 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金微納米結(jié)構(gòu)表面陷光性測(cè)試43-45
• 4.3.1 Fs-irradiated表面反射率測(cè)試43-44
• 4.3.2 Fs-inscribed表面反射率測(cè)試44-45
• 4.4 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面陷光機(jī)理分析45-48
• 4.5 本章小結(jié)48-50
• 第五章 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕性研究50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 表面潤(rùn)濕性基礎(chǔ)理論50-52
• 5.2.1 Wenzel模型51
• 5.2.2 Cassie模型51-52
• 5.3 飛秒激光燒蝕鎂合金表面微納結(jié)構(gòu)表面潤(rùn)濕性測(cè)試52-56
• 5.3.1 接觸角測(cè)量結(jié)果52-54
• 5.3.2 潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象54-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 第六章 飛秒激光燒蝕AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面細(xì)胞毒性探索57-62
• 6.1 引言57
• 6.2 飛秒激光燒蝕鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面細(xì)胞Live/dead試驗(yàn)57-59
• 6.3 飛秒激光燒蝕鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面細(xì)胞生長(zhǎng)形態(tài)59-60
• 6.4 AZ31B鎂合金微納結(jié)構(gòu)表面細(xì)胞毒性差異分析60-61
• 6.5 本章小結(jié)61-62
• 第七章 結(jié)論與展望62-64
• 7.1 結(jié)論62-63
• 7.2 進(jìn)一步研究與展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-73
• 致謝73-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和取得的研究成果74

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 邱建榮,錢國(guó)棟,Kazuyuki Hirao;飛秒激光空間選擇性誘導(dǎo)玻璃微結(jié)構(gòu)及應(yīng)用[J];材料研究學(xué)報(bào);2003年01期

2 劉美紅;飛秒激光在玻璃中制作微孔[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2004年04期

3 王亞非;飛秒激光加工機(jī)[J];光機(jī)電信息;2004年05期

4 孫曉慧,周常河,余f:鯤;飛秒激光加工最新進(jìn)展[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2004年09期

5 劉邁;李晶;;飛秒激光與金屬作用機(jī)理[J];河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

6 趙全忠,邱建榮;飛秒激光相干場(chǎng)誘導(dǎo)材料功能微結(jié)構(gòu)[J];物理;2005年09期

7 孫曉慧;張修麗;劉烈;;飛秒激光與晶體材料相互作用的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2008年02期

8 高凌云;;飛秒激光使鋁變成金色[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2008年03期

9 榮烈潤(rùn);;新一代飛秒激光在超精細(xì)冷加工中的新應(yīng)用[J];金屬加工(冷加工);2013年01期

10 張然;肖鑫澤;呂超;駱楊;徐穎;;金納米棒的飛秒激光組裝研究[J];物理學(xué)報(bào);2014年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 魏志義;王兆華;田金榮;令維軍;賈玉磊;張軍;韓海年;王鵬;孫敬華;鄭加安;張杰;聶玉昕;;飛秒激光功能擴(kuò)展及精確控制[A];第六屆全國(guó)光學(xué)前沿問(wèn)題研討會(huì)論文摘要集[C];2003年

2 曾紹群;;飛秒激光的聲光掃描與神經(jīng)活動(dòng)觀測(cè)[A];2006年全國(guó)強(qiáng)場(chǎng)激光物理會(huì)議論文集[C];2006年

3 徐楠;吳成印;吳志峰;梁青青;楊宏;龔旗煌;;分子的飛秒激光取向操縱[A];2006年全國(guó)強(qiáng)場(chǎng)激光物理會(huì)議論文集[C];2006年

4 蔣紅兵;鐘鳳嬌;龔旗煌;;分子取向?qū)︼w秒激光傳輸?shù)挠绊慬A];第八屆全國(guó)光學(xué)前沿問(wèn)題討論會(huì)論文集[C];2009年

5 魯欣;張U，

本文編號(hào)：1049090