纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

叶霞; 周明; 王泽; 雷卫宁; 陈菊芳; 蔡兰

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.027

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

1.
江苏理工学院机械工程学院, 常州 213001;
2.
江苏大学光子制造科学技术中心, 镇江 212013

作者简介: 叶霞(1973- ),女,博士,副教授,现主要从事仿生机械设计与制造方面的研究。E-mail:yexia@jstu.edu.cn.

基金项目:
江苏省自然科学基金资助项目(BK2010203);江苏省光子制造科学与技术重点实验室开放基金资助项目(GZ201109;GZ080010)
中图分类号:
TN249

Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser

1.
Department of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, China;
2.
Center for Photon Manufacturing Science and Technology, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
CLC number:
TN249

摘要: 为了寻求激光加工的最佳工艺参量,采用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面加工微细结构,分析脉冲能量、激光扫描次数、脉宽、扫描速率、扫描间距对热解碳消熔规律的影响。根据热解碳的消熔规律构建了3种微结构模型;根据经典超疏水Cassie理论,分析了热解碳表面发生超疏水的条件,计算出在单位面积上,经硅烷化的热解碳表面微结构占总面积的百分数小于20%,表面就可产生超疏水性。以表面接触角值为实验指标,采用正交实验法优化出了激光诱导热解碳表面周期性结构的最佳实验方案,设计了6组实验参量,成功地在热解碳表面构建了凹坑阵列、平行光栅、乳突阵列微结构。结果表明,6种微结构表面硅烷化后都具备超疏水性。这对制备具有抗凝血性的人工心脏瓣膜表面具有很大帮助。
- 激光技术 /
- 超疏水性 /
- 微结构 /
- 热解碳
Abstract: In order to find the optimal parameters of laser processing,the micro-structures were fabricated on pyrolytic carbon of the artificial heart valves with nanosecond laser. Effects of pulse energy, scanning times, pulse width, scanning speed and scanning gap on the melt rules of the pyrolytic carbon were analyzed. Three kinds of micro-structures were fabricated according to the melt rules of pyrolytic carbon. The conditions of superhydrophobicity were analyzed according to Cassie theory. When the percentage of pyrolytic carbon surface micro-structures to the total area in the unit area is less than 20%, the surface becomes superhydrophobic. Choosing contact angle as test index, the experimental program was optimized according to orthogonal design. Micro-structures of pit array, parallel grating and mastoid were fabricated successfully on the surface of pyrolytic carbon under six kinds of experimental programs. The testing results of contact angle show that the six kinds of micro-structures surfaces have the superhydrophobicity after silanization. The results are helpful for the fabrication of the artifical heart valves of anticooagulant property.
- laser technique /
- superhydrophobicity /
- micro-structure /
- pyrolytic carbon

[1]	YACOUB M H,TAKKENBERG J M. Will heart valve tissue engineering change the world[J]. Nature Clinical Practice Cardiovascular Medicine,2005,2(2): 60-61.
[2]	DOHMEN P M,COSTA F,LOPES S V. Results of decellularized porcine heart valve implanted into the juvenile sheep model[J].Heart Surgery Forum,2005,8(2):E10-E104.
[3]	ALI N,KOUSAR Y,GRACIO J. Human microvascular endothelial cell seeding on Cr-DLC thin films for heart valve application[J]. Thin Solid Films,2006,515(1): 59-65.
[4]	LENG Y X,CHEN J Y,YANG P. The microstructure and mechanical properties of TiN and TiO2/TiN duplex films synthesized by plasma immersion ion implantation and deposition on artificial heart valve[J]. Surface Coatings Technology,2006,201(3/4): 1012-1016.
[5]	HE Ch,LENG Y X,SUN H. Fabrication and properties of TiN/Ti multilayer deposited on the surface of titanium alloy artificial heart valve ring[J]. Materials for Mechanical Engineering,2010,34(7): 38-41(in Chinese).
[6]	JOZWIK K, KARCZEMSKA A. The new generation Ti6Al4V artificial heart valve with nanocrystalline artificial heart valve with nanocrystalline diamond coating on the ring and with Derlin disc after long-term mechanical fatigue examination[J]. Diamond Related Materials,2007,16(4/7): 1004-1009.
[7]	HUANG N,YANG P,LENG Y X. Hemocompatibility of titanium oxide films[J]. Biomaterials,2003,24(3):2177-2187.
[8]	LI Y F,YU Zh J,YU Y F. Fabrication of super-hydrophobic surfaces on aluminum alloy[J]. Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities,2008,22(1):6-10(in Chinese).
[9]	YE X,ZHOU M,LI J.Microstructure of superhydrophobic surfaces from natural to artificial[J]. Nanotechnology and Precision Engineering,2009,7(5):381-386(in Chinese).
[10]	ZHOU Sh F,ZENG X Y. Microstructure characteristics of Fe-based WC composite coatings prepared by laser induction hybrid rapid cladding[J]. Journal of Chinese Lasers,2010,37(5) :1380-1385(in Chinese).

[1]	叶霞 , 王泽 , 周明 , 陈菊芳 , 雷卫宁 , 蔡兰 . 激光诱导热解碳表面微结构及抗凝血性研究. 激光技术, 2013, 37(5): 696-699. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.029
[2]	顾江 , 叶霞 , 范振敏 , 张鹏 , 刘群超 , 徐伟 . 激光刻蚀法制备仿生超疏水表面的研究进展. 激光技术, 2019, 43(4): 493-499. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.04.011
[3]	何洋 , 叶晓慧 , 郑希 , 樊绍彦 , 张志成 , 欧阳紫晴 , 龙江游 . 开关面板微纳结构的激光制备及超疏水性研究. 激光技术, 2022, 46(6): 796-801. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.06.014
[4]	齐瑞云 , 吴福全 , 郝殿中 , 王庆 , 吴闻迪 . 退火温度对HfO2薄膜应力和光学特性的影响. 激光技术, 2011, 35(2): 182-184,188. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.011
[5]	李元可 , 魏昕 , 汪永超 , 赵忠伟 , 李亮 , 张亮 . 皮秒激光加工工艺对微沟槽表面的疏水性研究. 激光技术, 2022, 46(3): 301-306. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.03.002
[6]	金捷 , 张冲 , 张永康 , 朱然 . 激光烧蚀坑阵列微结构对7075-T6粘接强度的影响. 激光技术, 2022, 46(2): 182-187. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.02.006
[7]	肖海兵 , 张庆茂 , 谭小军 , 周泳全 , 张卫 , 罗博伟 . 碳化硅陶瓷超快激光双光束精密抛光技术研究. 激光技术, 2024, 48(2): 180-187. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.006
[8]	汪旭煌 , 姚建华 , 周国斌 , 楼程华 , 杨渊思 . 基于热裂法的液晶玻璃基板激光切割技术研究. 激光技术, 2011, 35(4): 472-476. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.04.009
[9]	李明 , 宋国龙 , 毕野 , 李星霖 , 张秀齐 , 王禹凝 , 郑权 . 小型化全光纤激光器壳体结构设计与分析. 激光技术, 2024, 48(4): 584-589. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.04.018
[10]	宋艳 , 马世榜 , 张开飞 . 热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析. 激光技术, 2021, 45(2): 246-251. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.02.021
[11]	布玛丽亚·阿布力米提 , 向梅 . 飞秒时间分辨质谱技术在超快动力学中的应用进展. 激光技术, 2017, 41(3): 456-462. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.03.030
[12]	王冕 , 马服辉 , 王日红 , 钱磊 , 马文迅 , 任旭东 . 液相脉冲激光辅助制备单壁碳纳米角的研究. 激光技术, 2019, 43(2): 179-183. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.02.006
[13]	薄纪康 , 张海英 . 液压碳石墨密封环激光辅助车削的加工性能研究. 激光技术, 2012, 36(1): 33-36. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.01.010
[14]	江易林 , 方金祥 , 杨武红 , 杨秀烨 , 赵庚 , 董世运 , 何鹏 . 激光粉末沉积中碳高强贝氏体钢组织与性能研究. 激光技术, 2021, 45(6): 709-714. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.06.006
[15]	蒲玲 , 王华闯 , 赵彬 . 一种激光多普勒测振相位解缠算法及FPGA实现. 激光技术, 2023, 47(5): 691-699. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.05.018
[16]	刘晓龙 , 彭玉青 , 罗模芳 , 梁肖 , 王子健 . 热成形钢激光局部软化组织与性能研究. 激光技术, 2024, 48(3): 449-454. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.03.023
[17]	王文斌 , 郭子如 , 张阳 , 陈世雄 . 激光辐照下金属/炸药结构温度场的数值模拟. 激光技术, 2014, 38(5): 684-687. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.023
[18]	刘亚萍 , 彭绪金 , 赵刚 , 高恒 , 陶刚 , 付思超 , 覃颖 . 小型激光器冷却部件的结构设计与分析. 激光技术, 2017, 41(6): 886-890. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.06.024
[19]	孙佳鑫 , 陈重全 , 杨心蕊 , 南朋玉 , 沈中华 . 激光辐照CFRP下温度对铺层结构的敏感性研究. 激光技术, 2021, 45(3): 280-285. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.03.002
[20]	况庆强 , 桑明煌 , 聂义友 , 张祖兴 , 付贵阳 . 利用NALM结构的被动锁模掺铒光纤激光器的研究. 激光技术, 2008, 32(6): 631-634.

点击查看大图

计量

文章访问数: 3962
HTML全文浏览量: 801
PDF下载量: 703
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

作者简介: 叶霞(1973- ),女,博士,副教授,现主要从事仿生机械设计与制造方面的研究。E-mail:yexia@jstu.edu.cn.

Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser

计量

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

作者简介: 叶霞(1973- ),女,博士,副教授,现主要从事仿生机械设计与制造方面的研究。E-mail:yexia@jstu.edu.cn

English Abstract

Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser

全文HTML

目录

留言板

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

作者简介: 叶霞(1973- ),女,博士,副教授,现主要从事仿生机械设计与制造方面的研究。E-mail:yexia@jstu.edu.cn.

Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser

计量

出版历程

纳秒激光诱导热解碳表面周期结构及参量优化

作者简介: 叶霞(1973- ),女,博士,副教授,现主要从事仿生机械设计与制造方面的研究。E-mail:yexia@jstu.edu.cn

English Abstract

Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser

全文HTML

目录