关键词： 微细电火花加工   单脉冲放电   加工机理   Marangoni效应   有限元仿真  

摘要： 作为微细加工技术的一个分支,微细电火花加工技术可以加工任何导电材料而不受材料强度、硬度等力学性能的影响,因此在金属材料的精密加工中展现出独特的优势,微细电火花加工已广泛应用于精密模具、航空航天、生物技术、医学、传感器及微电子器件制造等领域。但是由于微细电火花放电及材料蚀除过程的随机性和复杂性,导致微细电火花加工机理尚未完全明晰。微细电火花加工是多次单脉冲放电过程叠加一起的结果,因此研究微细电火花加工中的单脉冲放电特性是探究微细电火花加工材料蚀除机理简单有效的方法。本文提出微细电火花加工中的Marangoni效应并基于Marangoni效应对微细电火花加工机理展开系统研究。主要内容如下所示:对微细电火花加工的放电过程和材料蚀除机理进行了理论分析,具体分析了微细电火花放电过程中的介质击穿、放电通道的特性、消电离等加工过程以及微细电火花加工中的爆炸力蚀除理论、热成因力蚀除理论和流体动力蚀除理论。开展了微细电火花单脉冲放电实验,并基于放电持续时间分析了放电凹坑半径、放电凹坑深度和放电凹坑体积的变化规律。结果发现,随着放电持续时间的增加,放电凹坑的半径先迅速增加后缓慢增加,放电凹坑的体积随放电持续时间的增加不断增加,但放电凹坑的深度方向上并未随着放电持续时间的增加有明显增加,只是在小范围内波动。研究了微细电火花加工中的放电能量分配。基于微细电火花单脉冲放电实验结果,通过对比凹坑尺寸的实测值与理论值,考虑到熔化潜热、汽化潜热和重铸层的影响,对微细电火花加工中传入工件的能量分数进行计算。结果发现,传入到工件中的能量分数随着放电持续时间的增加而增大,在放电持续时间为0.63～20.5μs时,传入到工件上的能量分布范围是7.1～16.3%;随着放电持续时间的增加,放电凹坑半径始终小于放电等离子体半径和热影响区半径,放电通道半径迅速增大,随后会缓慢增大,最终达到一个相对动态平衡的状态。开展了微细电火花加工的有限元仿真。首先建立了微细电火花加工的单脉冲放电综合热模型,在模型引入更加符合实际加工的高斯分布热源,等离子体通道膨胀经验公式和随温度变化的材料热物理性质。并对放电点处的温度场和应力场仿真结果进行了分析讨论,结果发现,工件的放电点处的温度非常高,并且高温主要集中在非常小的区域之内,沿着放电凹坑半径的方向向外温度逐渐减小,热应力的分布规律和温度的分布规律基本相同,在放电通道中心处热应力最大,沿放电凹坑半径和深度方向热应力迅速下降。然后基于综合热模型,将Marangoni热对流效应引入到微细电火花加工的建模当中,在COMSOL Multiphysics仿真软件中利用传热、层流以及动网格模块进行多物理场耦合仿真。结果分析发现,放电凹坑熔池表面存在的温度梯度引起金属材料的表面张力发生变化,这种表面张力梯度会使放电凹坑内熔融状态下的金属液体发生流动,并且放电结束以后,熔融状态下的金属液体会冷却凝固,最终形成一个类似半碗状的放电凹坑。对比了多物理场耦合仿真得出的放电凹坑尺寸与单脉冲放电实验中测量的凹坑尺寸,结果发现,通过引入Marangoni效应可更加形象描述放电凹坑的形成过程以及凹坑形貌,Marangoni效应在放电凹坑的形成过程中起到重要作用。因此,通过引入Marangoni效应可以进一步提高微细电火花加工仿真精度,有助于对加工结果进行精确预测。

关键词： 激光加工   低温共烧陶瓷   红外热成像   Canny算子  

摘要： 近年来,陶瓷基板以本身高电绝缘性、高导热特性,高软钎焊性和高附着强度的物理特性,正在逐步取代PCB板,成为电子制造行业的新方向,尤其是低温共烧陶瓷基板(简称“LTCC基板”)在高频领域得到了越来越广泛的应用。随着LTCC多层基板的层数不断增加,布线密度大幅提高,埋置的无源器件更多,每层生瓷带上的通孔数会急剧增加,通孔直径却逐渐变小,LTCC基板对微型打孔技术的需求也就日益高涨。通孔质量差、精度低会导致后续填充通孔的不完整和过度填充,降低电导率,严重时会导致叠层后的基板错位,造成基板报废,因此通孔的精度直接影响基板的电性能和成品率。本文针对光纤激光加工技术在低温共烧陶瓷的高精度定位和高精度加工技术方面做出了研究,具体完成的论文工作内容如下: (1)设计并搭建了一套高精度光纤激光加工系统。优化了光路机械结构,并采用CCD相机系统与振镜系统定位激光落点,解决重复定位问题;设计了控制系统,以BMC控制板卡为核心对激光发生器加工参数、振镜系统电流大小与CCD相机系统的焦距和图像进行控制,减少激光加工过程中的加工精度问题。针对陶瓷基板表面微损伤检测,搭建红外热成像检测系统。 (2)对激光与被加工材料之间相互作用的机理进行了阐述;简要介绍了几种传统的图像检测算子的原理和各自的优点与不足,针对陶瓷基板打孔面微缺陷难检测的问题,本文提出Canny-Roundness微缺陷定量检测方法,能够对陶瓷基板打孔微缺陷进行量化检测与评价做出定量评判。 (3)基于光纤激光加工系统,采用控制变量法研究不同的激光参数对加工结果的影响。对比实验结果,寻找LTCC陶瓷基板打孔加工的最佳加工参数。 (4)分别采用CCD手段和红外热成像手段提取已加工试件表面图像,并采用五大经典算子和Canny-Roundness算法对图像进行处理分析,得出检测结果数据。从Pratt、PSNR、响应时间和圆度值等维度分析各算法对试件图像的检测结果,并对比分析陶瓷基板打孔微损伤的严重程度,总结结论。

关键词： 单晶硅   单晶锗   激光电化学复合   加工试验   建模仿真   激光加工  

摘要： 作为第一代半导体材料，单晶硅（Si）、单晶锗（Ge）应用范围极为广泛，在集成电路、微机电系统、光伏发电等领域有着不可替代的重要地位。但单晶硅、单晶锗具有高硬脆性与低断裂韧度，给其精密微加工带来了一定挑战。为实现该类材料高效近无损伤微细加工，诸多方法已相继提出，如超精密车削、化学腐蚀、激光加工等，上述方法各有特色，有其优势，也有各自局限性。本文结合单晶硅、单晶锗导电性能变化特性，提出一种激光电化学复合加工方法，通过激光的热效应与光电导效应定域提高材料电导率，进而高效定域实现电化学阳极溶解，以得到表面缺陷少、锥度小和无残余应力的孔/坑结构。在此基础上，针对电解液射流流场开展数学建模与仿真研究。本文主要研究内容如下：　　1.基于高温与单光子吸收可引起单晶硅、锗等半导体材料电导率急剧升高的原理，提出了激光电化学复合加工方法。从理论角度对复合加工过程涉及各种现象进行了详细阐述分析，包括纳秒激光烧蚀过程、激光辐照的热效应与光电导效应、电解液层对激光能量的衰减作用、激光在液层中的空化作用、以及半导体材料电解加工过程等。　　2.针对单晶硅晶圆开展了激光电解复合打孔试验研究。由于硅表面易生成致密氧化层且不易溶解去除，复合加工过程以激光减材为主、电解加工为辅。首先，进行了电解液射流辅助纳秒激光打孔正交试验，发现激光功率对电流影响最大、扫描速度其次、电压影响最低，且通孔入口直径主要受扫描速度的影响，通孔锥度受激光功率影响最大。其次，开展了静止电解液液下皮秒激光电化学打孔试验，设计了三种电场形式，阴极铜板分别处于阳极硅晶圆上方、下方、上下两侧，研究不同电场情况对通孔的影响，结果发现通孔在靠经阴极的一侧不同程度的出现了腐蚀现象;单侧阴极情况下电压单因素试验结果表明，通孔的锥度随电压的升高而大幅减少;与皮秒激光干刻打孔结果对比表明，激光电化学复合加工的硅通孔边缘更加光滑，几乎没有残余杂质。　　3.针对单晶锗晶圆开展了激光辅助背向射流电解加工试验。采用纳秒激光正面辐照单晶锗，同时在背面相应位置进行垂直射流电解减材，该过程以激光辐照为辅、电解减材为主，可在单晶锗晶圆背面高效加工出高质量微凹坑结构。详细分析了外加电压、激光功率和电解质浓度对凹坑宽度、深度和去除体积的影响。由于射流冲击作用，加工过程产物和气泡可被及时排出，所得微凹坑表面无任何氧化物残留，同时凹坑底部呈现出现辐射状与波纹状结构。凹坑的深度和去除体积整体上随电压、激光功率和电解质浓度增大而增大，而宽度却随之减少。此外，加工过程中电流最大可以达到200mA以上，远大于单晶硅加工过程中的电流大小。另外发现，针头直径对凹坑直径、深度和去除体积等影响较大。　　4.利用COMSOL软件对电解液射流流场进行了建模仿真，模拟分析了不同阴极针头直径、不同流速、不同底面平整度情况下，射流冲击所生成流场的流速与压强分布情况。仿真结果表明，流速在凹坑中心处最小，随着射流向四周扩散速度逐渐增大，并在接近凹坑边缘时达到最大值。压强分布与速度相反，中心处最大，沿径向逐渐减小。射流仿真结果有助于解释凹坑底部中心突出、四周辐射扩散的微结构形貌。　　本课题围绕半导体材料激光电化学复合加工课题进行了试验与仿真研究，在不使用氢氟酸的情况下，在单晶硅片上制备出表面形貌较好、锥度较小的通孔，在单晶锗底面加工出了无氧化物残留的凹坑结构。本文工作为半导体材料微加工提供了可行思路方法，具有重要研究意义。

关键词： 模具钢   电火花加工   白亮层   表面损伤   喷丸  

摘要： 电火花加工是模具制造中常用的手段之一,但其热加工特性导致模具材料表面完整性损伤,进而影响其服役性能（特别是压铸模的早期龟裂）,降低模具服役寿命,另外一方面也给模具制造增加了额外的工序,增加了制造成本和周期。这些不良影响需要后续处理来消除。因此,本文首先采用不同的电火花加工参数制备H13钢试样,研究其表面完整性及损伤行为,然后采用热处理和喷丸方式探究其对损伤的消除效果;其次采用电火花精加工参数制备热疲劳试样,研究电火花加工对H13钢热疲劳性能的影响,再利用喷丸方式处理电火花加工后的热疲劳试样,研究喷丸对其损伤消除效果。主要得到以下结果:（1）电火花制备的H13钢表面呈现陨石坑、颗粒球、微裂纹、孔洞等现象,表面完整性较差。截面形貌可分为白亮层、热影响区、回火区和未影响区。白亮层存在等轴晶、等轴柱状晶、柱状树枝晶、树枝晶等晶系,是典型的非平衡凝固特征。在电火花加工过程中发生了碳元素扩散和重新合金化,白亮层显微组织是马氏体、残余奥氏体和一些碳化物。熔融材料在凝固过程中发生了相变和收缩,使得白亮层产生了高的拉伸应力,白亮层形成时有两个凝固起点。电火花粗加工H13钢白亮层最高硬度为647.3 HV0.1,精加工H13钢白亮层最高硬度为506.0 HV0.1。电火花粗加工H13钢冲击功为154 J,相比于传统磨削下降了35.56%,显著降低了H13钢韧性,主要以表面损伤作为断裂起点而引发脆性断裂,随后扩展到纤维韧性断裂区。（2）电火花粗加工H13钢经回火后白亮层特征并没有发生变化,依旧表现出凝固组织特征,并析出了大量新碳化物。回火之后白亮层残余拉应力得到消除,硬度增大(最高硬度为813.3 HV0.1)。回火处理并未改变电火花粗加工H13钢的冲击韧性,冲击功保持同一水平,断裂机制也未发生改变。（3）经过不同喷丸强度处理后,电火花加工H13钢表面平整性提高,粗糙度下降,白亮层有起皮的情况。随着喷丸强度的增加,白亮层越来越薄,有被打掉出现基体裸露的现象。喷丸后白亮层的物相并没有发生变化。随着喷丸强度的增大,白亮层中残余奥氏体减少。经过喷丸处理后,材料表面由残余拉应力转变为残余压应力,最高压应力达-775.5 MPa。喷丸后白亮层硬度大大增加,最高硬度达988.0 HV0.1。由于喷丸并没有完全去除掉白亮层,又加上喷丸损伤,冲击功并没有发生改变,断裂的形式也未发生变化。（4）热疲劳试验中,电火花精加工H13钢由于表面完整性较差导致热疲劳损伤加重,热疲劳循坏600次视为疲劳裂纹萌生期,900次视为裂纹快速扩展期,1500次损伤程度最大。喷丸处理提高了表面硬度并在表面引入残余压应力,阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展,热疲劳性能大大增加。0.28 mm A喷丸强度的修复提高能力最强,总损伤因子比磨削加工还好。电火花处理并未对热疲劳裂纹开裂裂纹和截面组织造成影响。

关键词： Fibers  

摘要： Aiming at the current requirement for processing of pure copper， pure gold and other metal materials， a fiber coupled blue diode laser source with continuous output power up to 500 W was fabricated. According to the ray paths simulation of diode laser by ZEMAX， the experiment of high-power blue diode laser source for material processing was carried out. In the experiment， a TO packaged blue laser diode single emitter was adopted as the emitting unit. Due to the TO packaged structure with flat output window mirror， it was designed for fast and slow axis collimator with longer back working distance to obtain collimating beam with low divergence angle and high beam quality. The beam of 144 single-tube blue diode laser devices were combined by space and polarization combination to couple into a 200 μm/NA 0.2 fiber. Under the cooling with industrial water， the output power of 523 W and the wall-plug efficiency of 29% for blue diode laser source were demonstrated from the 200 μm/NA 0.2 fiber at the 3 A drive current. The laser light source had the potential application in non-ferrous metal processing. © 2023 Chines Academy of Sciences. All rights reserved.

关键词： 增材制造   轻量化金属镜   超精密车削   消应力热处理   激光加工  

摘要： 反射镜是天文望远镜、高分辨率空间相机等光学系统的重要组成部分。近年来,我国对中小口径光学卫星需求不断增长,但是现有的碳化硅、玻璃反射镜存在着效率低、成本高、周期长等问题,为了缩短反射镜加工周期、降低制造成本,本文针对增材制造AlSi10Mg桁架反射镜的表面加工及稳定化处理技术展开研究。 由于比刚度小,传统铝合金反射镜轻量化率很难突破70%。桁架结构在反射镜的支撑系统中有着广泛的应用。本文提出了一种新型桁架结构反射镜,解决了铝合金材料比刚度小导致铝合金反射镜轻量化率低的问题。该反射镜镜面由共节点的多杆支撑,提高了轻量化率;通过优化配置,桁架结构对镜面的支撑更加充分,实现了反射镜的高刚度。仿真结果表明,重力作用下镜面变形的RMS值小于30 nm,满足设计要求,且反射镜的轻量化率可达80%以上。由于桁架特殊的结构形式,无法采用常规减材方式加工,只能通过增材制造的方式制备。 进而,本文对增材制造铝合金反射镜进行了超精密车削和化学机械抛光实验。结果表明,由于镜体的微观孔隙和未熔化颗粒等缺陷的存在,表面抛光性能差,粗糙度仅能达到约5 nm。为了提高表面的抛光性能,本文提出了利用纳秒脉冲激光辐照表面的缺陷修复方法,通过表面重熔再结晶消除了孔隙和未熔化颗粒。经过纳秒激光辐照和化学机械抛光后,表面粗糙度可提升至3.7 nm。 由于增材制造过程中凝固速度快、温度梯度大的特点,增材制造反射镜的残余应力较大,残余应力的释放导致反射镜稳定性下降。因此,本文提出基于升降温速率精确控制的多次热处理方法,逐步缓慢释放残余应力,实现了金属反射镜纳米级稳定性。同时提出利用面形变化表征残余应力大小的方法,以热处理前后的面形变化量RMS<0.01λ作为残余应力消除完毕的标准,最终获得了面形稳定的反射镜。 综上所述,本文对增材制造铝合金反射镜的轻量化设计、表面缺陷激光修复、消应力热处理等方面进行了研究,这些研究对于提高铝合金反射镜的刚度、表面粗糙度和面形稳定性具有重要意义。

关键词： 脉冲激光   青铜复合材料   传热物理模型   等离子体特性模型   辅助吹气工艺  

摘要： 青铜金刚石复合材料因其硬度高、耐磨性好等优势,逐渐取代普通磨具,更好满足现代化生产实践的需要。因此,青铜复合材料的加工工艺问题成为备受关注的热点课题。针对青铜复合材料的加工问题,本文从整形和修锐两个角度出发,与金刚石笔修整法、磨削法、滚压法等传统机械加工方法和电加工修整法等新型加工方法进行对比,指出激光加工技术因其加工效率高、自动化程度高,污染较小等优点获得了国内外学者的关注和认可,但少见学者对激光加工等离子体特性研究进行相关报道。本文根据脉冲激光加工青铜复合材料过程,建立柱坐标下的等离子体膨胀特性模型和电离机制变化率模型,应用物理模型数值仿真分析脉冲激光加工青铜复合材料的等离子体膨胀特性及电离机制,研究等离子体电子温度和电子密度等特性。针对脉冲激光加工过程中青铜复合材料表面出现的黑色颗粒沉积现象,分析颗粒沉积效应机理,并通过吹气辅助方法进行脉冲激光加工青铜复合材料试验,观察激光加工后青铜复合材料表面地形地貌,证实该工艺方法可改善材料表面质量,提高材料磨削性能。具体工作如下:（1）针对青铜复合材料修整加工问题,从整形和修锐两个角度,归纳和论述了金刚石笔修整法、磨削法、滚压法等传统机械加工方法及包括电加工修整技术、超声振动技术在内的一系列新型加工方法。通过对比指出激光加工青铜复合材料是目前效率高、无环境污染的绿色加工方法。（2）开展了脉冲激光加工青铜复合材料数值仿真研究,建立了激光加工能量累积传热物理模型,应用模型数值分析得到了不同激光功率密度下青铜复合材料的温度演变规律。开展了脉冲激光加工青铜金刚石复合材料试验,研究发现当激光功率密度为2.52×10～8 W/cm～3.36×10～8 W/cm时,既能适当去除青铜结合剂材料,又能较好整形金刚石磨粒材料,证实了激光加工方法可实现青铜金刚石复合材料修锐与整形合二为一,试验不仅论证了理论模型的正确性与可行性,并为后续脉冲激光加工青铜复合材料研究提供了工艺优化。（3）根据脉冲激光加工青铜复合材料实际物理过程,建立柱坐标下的等离子体膨胀特性模型和电离机制变化率模型,等离子体膨胀特性模型可对脉冲激光加工青铜金刚石复合材料的等离子体膨胀特性进行数值分析。其结果表明,等离子体在X和R方向的膨胀尺度分别约为8×10m和2.5×10m,等离子体电子密度约为1.0757×10cm。等离子体电离机制变化率模型计算表明,脉冲激光加工青铜金刚石复合材料的等离子体电离机制主要受热电离效应控制。依据前述研究采用功率密度为3.359×10～8 W/cm的纳秒脉冲激光加工青铜复合材料,并运用Boltzmann图解法和Stark展宽法分别得到等离子体电子温度和等离子体电子密度,其值分别约为9700 K和1.6128×10～2.0636×10cm。（4）分析了脉冲激光加工青铜金刚石复合材料过程中黑色颗粒沉积材料表面机理,试验表明黑色颗粒为高温高速碰撞环境下铜离子与氧结合生成的氧化铜,其沉积在青铜复合材料表面会影响其表面形貌并降低金刚石磨粒材料突出青铜结合剂材料高度,导致材料磨削性能降低。通过在有辅助吹气和无辅助吹气两种工艺条件下进行脉冲激光加工青铜金刚石复合材料试验,表明吹气辅助方法能够有效改善材料表面质量,保留材料表面足够的容屑空间,且让青铜复合材料表面有光泽,提升材料磨削性能。

关键词： linuxcnc   电火花加工   伺服控制   状态机  

摘要： 电火花加工作为一种非接触式加工,其加工的精度不仅由伺服控制系统决定,极间信号的采集与检测也是至关重要的一环。极间状态检测的准确性和及时性深刻影响着伺服控制的准确性,而由于电火花加工极间状态变化的迅速性和数控系统伺服响应的延迟性之间的矛盾,伺服控制总是会滞后于实际的极间状态。为了解决上述问题,本文首先基于开源数控软件Linux CNC开发了一种基于Ether CAT通信的纯软件电火花加工数控系统,采用一主多从的方式,上位机采用IGH主站作为Ether CAT通信的主站,各轴驱动器和I/O模块作为从站级联,基于Linux CNC的硬件抽象层(HAL)开发伺服控制模块,充分保障了软硬件间通信的实时性要求。在伺服控制方面,本文基于传统的伺服电压控制方法,对电火花加工过程中极间状态的变迁进行了详尽地分析与建模。考虑伺服响应延迟的影响,通过分析得到进给速度、回退速度和加速度等伺服参数约束的优化方向,建立了基于有限状态机的极间状态变迁模型,对加工过程中可能发生的各种情况进行了详细分析,得出最优的状态变迁循环。之后,基于本文提出的极间状态变迁模型,引入最小二乘法对极间电压进行预测,在加工过程中动态调整伺服参数,使极间状态变迁尽可能地集中在最优的变迁循环,设计了一种改进的电火花加工伺服控制策略。最后,搭建硬件平台进行实验,实验证明:相比于传统的伺服电压控制方法,本文提出的方法能有效提高加工的效率和稳定性,系统整体加工效果良好。

关键词： 飞秒激光加工   超疏水/超滑表面   防腐蚀   防粪便模拟物粘附   抗菌/细胞粘附  

摘要： 自然界中存在众多超疏水现象,而荷叶表面作为最典型的超疏水表面,具有“出淤泥而不染”的自清洁特性。荷叶等其他超疏水表面存在众多微纳米结构,这些微纳米结构是材料表面具备超疏水性能的重要因素之一。利用不同材料加工技术(如溶胶-凝胶法、静电纺丝法、电沉积法、压印成型法、激光加工法等)在材料基底构建微纳米结构并结合化学修饰制备超疏水表面是现如今国内外的研究热点。超疏水表面对水滴的特殊润湿性使其在自清洁、防腐蚀、干旱地区雾气收集以及防冻雨抗结冰结霜等领域具有广阔的应用前景;同时,研究人员发现超疏水表面同样具有优异的抗细菌粘附性,于是超疏水表面在医疗器械、材料学、生物学等领域的应用的探索性研究也在进行。近年来,研究人员发现具有微纳米结构的超疏水表面形成的空气层可以很好的排斥多种液滴,但微纳米结构形成的空气层在受到压力等外界干扰的情况下容易遭到破坏。但研究人员发现,虽然材料表面的空气层容易受到外力破坏,但空气层的存在有利于油类物质(如硅油、润滑油等)的存储。因此,研究人员通过在超疏水表面涂覆油类物质获得了对水滴显示滑动角小于10°的仿猪笼草超滑表面。超疏水表面涂覆润滑油类物质时,润滑油类物质可将微纳米级结构中的空气挤出,进入空气层的沟槽中,并在超疏水表面形成一层稳定的油膜,此时表面由超疏水表面转变为超滑表面。与超疏水表面相比,超滑表面由于油膜的存在,机械稳定性更好,在液体运输、控制化学反应、自愈性材料等方面均有应用前景。无论是制备超疏水表面还是超滑表面,均需预先在材料表面构建合适的微纳米结构。在众多微纳米结构加工方法中,飞秒激光加工由于对不同基底材料(金属、陶瓷、聚合物、玻璃等)均显示良好的加工适用性并具有加工效率高、工艺流程简单等优点,引起了研究人员的广泛关注。论文主要通过飞秒激光加工结合不同修饰方式,制备出具有不同功能的超疏水表面与超滑表面,探索其在耐腐蚀、低粘附、抗菌等方面的应用,并取得了一些显著成果。主要内容如下:1.通过飞秒激光加工结合化学修饰的方式制备得到超疏水金属铝(Al)表面,使其可以有效的抵抗乙二醇溶液的腐蚀。超疏水表面腐蚀速率相较于未经任何处理的平面样品降低3个数量级,缓释速率最高可达98%,使材料在工程方面的应用可以有所扩大。2.通过飞秒激光加工结合硅油涂层以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)与硅油的混合涂层,得到可以排斥粪便模拟物的超滑表面。同时,对样品表面排斥粪便模拟物的机理进行解释,并将得到的表面应用于经过优化的厕所的活板门上,使其达到减少冲水量或者不需要冲水的目的,以推进环境卫生行动项目的进程。在得到可排斥粪便模拟物的超滑表面的基础上,本工作对普通的蹲便式厕所进行优化,将原本的蹲便式厕所改变为尿液-粪便分离式厕所,并在粪便掉落部分增加可以防止气味扩散与蚊虫接触粪便的活板门,同时制作出一个简易固液分离式厕所模型。3.通过飞秒激光加工仅结合加热而不涂覆任何化学涂层的方式制备出具有抗菌性能与抗细胞粘附性能的超疏水316L不锈钢表面。该材料表面可以有效的降低细菌与细胞在316L不锈钢表面的粘附,为医疗器材设计与使用提供了重要参考。通过上述工作,实现了超疏水/超滑表面的有效制备及其具体应用研究。结合飞秒激光加工与化学涂层修饰,使得在抗腐蚀、抗粘附性固体粘附、抗菌等方面均可达到很好的效果,在日常生活中具有很大的应用前景。