飛秒激光固體材料錶麵微納結構製備及其功能特性 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陶海岩，宋曉偉，林景全，薛磊 著

圖書標籤:

• 飛秒激光
• 錶麵微納結構
• 材料科學
• 激光加工
• 功能特性
• 微結構
• 納米結構
• 固體材料
• 光學性質
• 錶麵工程

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118112160

商品編碼：29702798382

包裝：平裝

齣版時間：2016-12-01

基本信息

書名:飛秒激光固體材料錶麵微納結構製備及其功能特性

定價：69.00元

售價：46.9元,便宜22.1元,摺扣67

作者:陶海岩,宋曉偉,林景全,薛磊

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2016-12-01

ISBN：9787118112160

字數：

頁碼：110

版次：1

裝幀：平裝

開本：32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

《飛秒激光固體材料錶麵微納結構製備及其功能特性》介紹瞭微納結構錶麵的應用背景和發展趨勢以及著者近年來在飛秒激光功能微納結構製備領域取得的一些研究成果，其中包括飛秒激光在金屬及矽錶麵微納結構的製備，微納結構錶麵光學及潤濕功能方麵的研究，特彆對飛秒激光等離子細絲麯麵微納製備技術進行瞭闡述，並進一步介紹這些製備技術的應用領域及未來前景。
　　《飛秒激光固體材料錶麵微納結構製備及其功能特性》可供從事與光學學科相關專業的師生以及科研人員學習和參考，也可作為光電信息科學與工程專業、應用物理專業、電子科學與技術專業及機械專業本科生的教材。

目錄

作者介紹

文摘

序言

章 緒論
1．1 引言
1．2 自然界中微納結構引起的奇特功能
1．2．1 微納結構導緻的生物體錶麵顔色改變
1．2．2 微納結構的潤濕特性
1．2．3 多尺寸復閤結構引起的多功能特性集成
1．3 錶麵功能微納結構在“綠色技術”中的應用
1．3．1 能源高效率利用和産品壽命延長
1．3．2 環保生産和産品的開發
1．3．3 芯片實驗室
1．3．4 太陽能的利用和開發
1．4 脈衝激光製備功能錶麵的研究進展
1．4．1 脈衝激光誘導固體錶麵亞波長波紋結構
1．4．2 飛秒激光調控固體錶麵光學性能
1．4．3 脈衝激光調控固體材料錶麵潤濕性能
1．4．4固體材料錶麵多功能的集成
1．5 麯麵激光微結構製備的概況

第2章 飛秒激光誘導金屬錶麵亞波長周期性波紋結構
2．1 引言
2．2 實驗裝置和實驗方法
2．3 實驗結果與初步分析
2．4 亞波長形成機理分析與數值計算
2．5 飛秒激光作用下金屬錶麵超快熱力學過程的研究
2．5．1 超快熱力學過程物理模型的建立
2．5．2 數值差分方法
2．5．3 數值模擬結果與討論
2．6 本章小結

第3章 飛秒激光矽錶麵微納結構的製備及其光學特性
3．1 引言
3．2 SF6氣體環境中黑矽的製備研究
3．2．1 實驗過程與製備方法
3．2．2 實驗結果與討論
3．3 飛秒激光直接在大氣環境下製備新型黑矽的實驗研究．
3．3．1 實驗方法與錶徵方法
3．3．2 實驗結果與討論
3．4 本章小結

第4章 飛秒激光金屬錶麵著色技術
4．1 引言
4．2 實驗裝置與方法
4．3 金屬鋁錶麵激光著色及其成色機理
4．4 大麵積NC-LIPSS的飛秒激光製備技術及其光學特性研究
4．5 本章小結

第5章 黑金屬的製備與寬光譜高吸收機理的數值模擬
5．1 引言
5．2 飛秒激光製備寬光譜高吸收黑金屬的實驗研究
5．3 黑金屬吸波模型的建立與計算方法
5．4 亞微米光柵結構陷光特性的研究
5．4．1 光柵寬度和間距不變條件下光柵周期對反射率的影響
5．4．2 光柵寬度、深度不變條件下光柵間距對反射率的影響
5．4．3 光柵間距、深度不變條件下光柵寬度對反射率的影響
5．4．4 微腔效應在光吸收中的作用
5．5 其他亞微米結構陷光特性的研究
5．6 納米顆粒在寬譜陷光中作用的研究
5．6．1 模型介紹與模擬方法
5．6．2 模擬結果與討論
5．7 本章小結

第6章 飛秒激光誘導金屬、半導體微納結構的潤濕特性及其多功能集成
6．1 引言
6．2 飛秒激光製備金屬、矽錶麵“輸水”功能結構
6．2．1 實驗測量方法
6．2．2 實驗結果與討論
6．3 飛秒激光製備金屬錶麵超疏水功能結構的研究
6．3．1 實驗裝置與錶徵方法
6．3．2 實驗結果與討論
6．4 雙特性支持下的多功能錶麵的獲得
6．5 多功能微納結構在太陽能熱電發電的應用研究
6．5．1 實驗裝置與測量方法
6．5．2 實驗結果與討論
6．6 本章小結

第7章麯麵樣品錶麵功能微納結構的飛秒激光製備技術
7．1 引言
7．2 實驗裝置及實驗方法
7．3 實驗結果與討論
7．3．1 多功能典型微納結構從平麵到非平錶麵的拓展
7．3．2 絲不同位置對金屬錶麵微結構的影響
7．3．3 細絲不同入射角度對金屬錶麵微結構的影響
7．3．4 激光不同偏振方嚮和偏振態對金屬錶麵微納結構的影響
7．4 飛秒激光製備柱形微結構形成機理分析與數值模擬
7．4．1 柱狀微結構形成機理分析
7．4．2 選擇性激光燒蝕的數值模型建立
7．4．3 數值計算結果與討論
7．5 本章小結

參考文獻

《飛秒激光與先進功能材料的奇妙邂逅：從結構到性能的深度探索》 在材料科學與工程的廣袤天地中，如何精準、高效地操控材料的微觀尺度，進而賦予其前所未有的宏觀功能，一直是科學傢們孜孜不倦的追求。近年來，飛秒激光技術以其超高的時空精度和能量密度，為這一追求注入瞭強大的動力。它如同“光的刻刀”，能夠在最短的時間內，以最溫和的方式，在固體材料的錶麵“雕琢”齣前所未有的微納結構。這些精妙的結構，不僅是物質世界的微縮藝術品，更是解鎖材料潛能、實現特定功能的關鍵。 本書《飛秒激光與先進功能材料的奇妙邂逅：從結構到性能的深度探索》，正是聚焦於這一激動人心的交叉領域。它將帶您深入瞭解飛秒激光如何在固體材料錶麵“顯形”微納結構，以及這些結構如何巧妙地影響和調控材料的物理、化學、光學、電學乃至生物學等一係列功能特性。本書並非孤立地探討飛秒激光的技術本身，而是將其視為一種強大的工具，與各類先進功能材料進行深度“對話”，共同探索材料科學的無限可能。 第一篇：飛秒激光的“雕琢”藝術——微納結構的精密製造 在這一篇章中，我們將首先認識飛秒激光作為一種尖端製造技術的獨特魅力。與傳統的激光加工技術不同，飛秒激光的脈衝寬度極短，能量高度集中，能夠在材料錶麵引發瞬時的、非綫性的相互作用。這種“冷加工”的特性，極大地減少瞭材料的熱損傷和非必要的相變，使得在材料錶麵實現亞微米乃至納米尺度的精確控製成為可能。 我們將詳細闡述飛秒激光與不同種類固體材料（如金屬、陶瓷、聚閤物、半導體等）在納秒、皮秒、飛秒尺度下的相互作用機製。例如，在超快時間尺度下，材料會經曆等離子體激發電離、電子-聲子耦閤、電子-電子散射等一係列復雜的物理過程。理解這些基本物理過程，是實現精確結構製備的前提。 隨後，本書將係統介紹利用飛秒激光製備各類微納結構的技術手段。這包括： 精確刻蝕與圖案化： 通過控製激光的焦點、能量密度、掃描路徑和重復次數，可以實現高精度、高分辨率的二維及三維圖案的刻蝕。我們將探討不同材料的刻蝕機製，如化學反應刻蝕、物理濺射刻蝕等，並分析影響刻蝕深度的關鍵參數。 錶麵粗糙化與形貌調控： 飛秒激光能夠輕易地在材料錶麵産生各種尺度和形態的微納結構，如周期性納米柱陣列、隨機粗糙錶麵、納米孔洞等。我們將深入分析這些形貌的形成機製，並介紹如何通過優化激光參數來調控其尺寸、密度和形貌。 錶麵閤金化與相變誘導： 飛秒激光的高能量密度可以誘導材料錶麵發生局部的熔化、汽化甚至相變。通過與不同元素進行激光誘導的錶麵閤金化，或者在特定材料中誘導亞穩態相，可以獲得具有特殊性能的新型錶麵層。 微納顆粒的形成與沉積： 在某些條件下，飛秒激光作用會産生微納尺度的材料顆粒，這些顆粒可以通過激光誘導的等離子體或飛濺物，在材料錶麵進行定嚮沉積，形成功能化的塗層。 三維微納結構的構建： 藉助現代激光掃描技術和先進的工藝控製，飛秒激光甚至能夠實現復雜的三維微納結構的精確構建，這為微型器件和復雜功能錶麵的製造提供瞭可能。 本書將通過大量實驗案例和理論分析，展示飛秒激光在不同材料體係中構建各種微納結構的精湛技藝，從簡單的紋理到復雜的周期性陣列，再到精密的仿生結構，讀者將對飛秒激光的“雕琢”能力有深刻的認識。 第二篇：微納結構的功能“魔力”——解鎖材料的隱藏潛能 微納結構的引入，並非僅僅是材料錶麵形態的改變，它更像是一場“功能重塑”的革命。材料的宏觀功能，在很大程度上取決於其錶麵和內部的微觀結構。當飛秒激光在材料錶麵“雕刻”齣特定的微納結構時，就如同賦予瞭材料新的“生命”和“智慧”。 在這一篇章中，我們將重點探討飛秒激光製備的微納結構如何影響和調控材料的各種功能特性： 光學功能的革新： 減反射與增透： 納米結構的錶麵可以有效降低材料錶麵的反射率，顯著提高光的透過率，在顯示器、太陽能電池、光學鏡頭等領域具有廣泛應用。 超疏水與超親水錶麵： 精心設計的微納結構能夠改變材料的錶麵潤濕性，實現超疏水（自清潔、防汙）或超親水（防霧、易清潔）的特性。 結構色與光學傳感： 周期性的微納結構可以産生結構色，無需染料即可呈現豐富色彩，同時，這類結構對光信號的敏感性也可用於開發新型光學傳感器。 光吸收與光散射： 特定結構的錶麵可以增強材料對特定波長光的吸收，或實現高效的光散射，這對於光電器件的設計至關重要。 非綫性光學效應： 精細的微納結構能夠顯著增強材料的非綫性光學響應，為光開關、光調製器等器件的開發提供新的途徑。 錶麵物理與化學性能的優化： 增強的催化活性： 微納結構能夠提供更大的比錶麵積，引入更多的活性位點，從而顯著提高材料的催化效率，在能源、環保等領域具有重要意義。 改進的摩擦磨損性能： 通過引入特定的潤滑微結構或降低錶麵能，可以有效降低材料的摩擦係數和磨損率，延長器件的使用壽命。 高效的吸附與分離： 具有特定孔隙結構的材料錶麵，可以實現對特定分子的選擇性吸附或高效分離，應用於氣體分離、汙染物吸附等領域。 抗菌與生物相容性： 某些微納結構具有抑製細菌生長或促進細胞生長的特性，這在醫療器械、植入物等生物醫學領域具有巨大的潛力。 防腐蝕與耐候性： 優化後的錶麵微納結構可以有效提高材料的抗腐蝕能力和耐候性，延長材料的使用壽命。 電學與磁學性能的調控： 電荷傳輸與輸運： 微納結構的引入會改變材料的錶麵電導率和載流子輸運特性，影響電極與活性材料的接觸，這對傳感器、電子器件至關重要。 場發射性能： 尖銳的納米結構具有優異的場發射特性，可用於開發高性能的真空電子器件。 磁性材料的改性： 飛秒激光製備的微納結構可以調控磁性材料的磁疇結構、矯頑力等，用於開發新型磁存儲和磁傳感器件。 本書將通過大量的實例，展示這些微納結構如何巧妙地“轉譯”為實際的應用功能，深入剖析結構與性能之間的內在聯係，揭示飛秒激光在材料功能化方麵的巨大潛力。 第三篇：跨界融閤與未來展望——飛秒激光在先進功能材料領域的無限可能 在本書的最後篇章，我們將把目光投嚮更廣闊的領域，探討飛秒激光在製備各類先進功能材料及其應用方麵的最新進展和未來趨勢。 在新能源領域的應用： 飛秒激光在太陽能電池、燃料電池、超級電容器等新能源器件的製備中，能夠實現高性能電極材料、界麵工程以及結構優化，顯著提升器件的效率和穩定性。 在信息技術領域的應用： 從高性能微電子器件到先進光通信元件，再到新型存儲介質，飛秒激光製備的微納結構在信息技術的各個環節都發揮著越來越重要的作用。 在生物醫學領域的應用： 抗菌錶麵、藥物緩釋載體、生物傳感器、微流控芯片等，飛秒激光為開發創新性的生物醫學材料和器件提供瞭強大的技術支撐。 在航空航天與國防領域的應用： 高性能塗層、減阻錶麵、傳感器件等，飛秒激光製備的微納結構能夠為航空航天和國防領域帶來關鍵的技術突破。 與其他先進製造技術的融閤： 飛秒激光並非孤軍奮戰，它將與增材製造、納米壓印、自組裝等多種先進製造技術深度融閤，共同構建更復雜、更精密的微納器件。 智能化與自動化製造： 隨著人工智能和大數據技術的發展，飛秒激光製造過程將更加智能化和自動化，實現更高效率、更高精度、更低成本的生産。 麵嚮未來的挑戰與機遇： 書籍還將探討飛秒激光在材料製備過程中麵臨的挑戰，例如加工效率、成本控製、環境影響等，並展望其在未來材料科學與工程領域的發展前景。 《飛秒激光與先進功能材料的奇妙邂逅：從結構到性能的深度探索》旨在為材料科學傢、工程師、研究生以及對前沿材料技術感興趣的讀者提供一個全麵、深入的視角。它不僅僅是一本技術手冊，更是一次思想的啓迪，引領您探索飛秒激光與材料科學相互作用所激發的無限創意和顛覆性技術。通過對微納結構製備及其功能特性的深入剖析，本書將助您理解如何利用飛秒激光這一神奇的“光的刻刀”，在材料的世界中“雕刻”齣更美好的未來。

評分☆☆☆☆☆

這本專注於飛秒激光在固體材料錶麵微納結構製備及其功能特性的著作，無疑為該領域的研究者提供瞭一份極具價值的參考指南。從我的閱讀體驗來看，作者在材料科學與精密加工技術交叉領域的深度剖析令人印象深刻。書中對飛秒激光與材料相互作用機理的闡述尤為詳盡，不再是簡單地羅列實驗現象，而是深入挖掘瞭超快過程中的物理化學變化。例如，關於非綫性吸收、多光子電離以及等離子體形成等關鍵機製的描述，結閤最新的理論模型，使得讀者能夠建立起從激光參數到最終微納結構形貌之間清晰的因果鏈條。這種理論深度，對於希望優化工藝參數、實現特定功能化錶麵的工程師和科研人員來說，是不可多得的寶典。此外，書中對不同類型固體材料——無論是金屬、半導體還是陶瓷——在飛秒輻照下的響應差異進行瞭係統的對比分析，這極大地拓寬瞭應用的可能性，避免瞭“一招鮮吃遍天”的局限性。那些關於如何通過調控激光脈衝寬度、重復頻率和掃描策略來精確控製結構尺寸和形貌的章節，更是充滿瞭實戰指導的價值。這本書不僅僅是知識的堆砌，更像是一本手把手的進階教程，引領讀者跨越從理論理解到實際應用之間的鴻溝。

評分☆☆☆☆☆

作為一本專業書籍，其引文的廣度和深度也決定瞭它的學術地位。令人欣慰的是，這本書在文獻引用方麵做得非常齣色，囊括瞭該領域過去十年乃至更長時間內的經典成果與最新的突破性進展。它不僅僅是對現有知識的總結，更像是一個知識圖譜的構建者，清晰地標示齣瞭研究熱點、瓶頸問題以及未來的發展方嚮。在討論到某些爭議性或尚無定論的物理機製時，作者也保持瞭客觀中立的態度，引用瞭不同學派的觀點進行對比分析，這種學術的審慎性讓人非常信服。特彆是書中關於激光誘導的材料相變、亞錶麵損傷控製以及不同環境氣氛（如真空、惰性氣體、反應性氣體）對加工結果影響的章節，其信息密度之高，令人需要反復研讀纔能完全吸收。這本書無疑將成為未來幾年內，引用該領域最新研究成果時，繞不開的重要參考源之一。它不僅教授我們“如何做”，更重要的是引導我們思考“為什麼”和“下一步該怎麼做”。

評分☆☆☆☆☆

從排版和結構上看，這本書的編排邏輯非常清晰流暢，極大地提升瞭閱讀體驗。盡管主題涉及復雜的超快物理和材料科學，但作者采用瞭層層遞進的方式展開敘述。開篇紮實地奠定瞭飛秒激光技術的基礎，隨後逐步過渡到具體的微納加工技術細節，最終落腳於材料的功能化應用。尤其值得稱贊的是，書中大量的示意圖和實驗截麵圖都製作得極為精良，高分辨的電子顯微鏡圖像清晰地展示瞭不同工藝條件下形成的微觀世界，直觀地解釋瞭理論預測的閤理性。對於初次接觸該領域的讀者，這種圖文並茂的解釋方式大大降低瞭理解門檻。而對於資深專傢，這些詳實的對比數據和參數錶格則提供瞭快速查閱和驗證的便利。書中對於實驗裝置搭建和參數控製的描述也十分到位，透露齣作者豐富的實際操作經驗，使得書中的理論推導並非空中樓閣，而是深深植根於可重復的實驗現實之中。這種嚴謹的學術態度和對讀者友好的呈現方式，是許多專業書籍所欠缺的。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最深刻的感受是其強烈的工程應用導嚮和跨學科融閤的視野。飛秒激光技術本身就處於物理學、光學、材料學、機械工程甚至生物醫學工程的交匯點上，而這本書完美地體現瞭這種融閤性。它沒有將微納結構製備視為孤立的物理過程，而是始終圍繞最終的應用場景來構建技術體係。例如，在討論如何製備具有特定疏水/親水性能的錶麵時，作者不僅詳細解釋瞭激光雕刻的機製，還引入瞭錶麵能、界麵化學等概念來解釋後續的功能化處理。這種將“工具”與“應用”緊密結閤的敘事方式，使得技術路綫圖異常清晰。對於那些希望將實驗室成果快速轉化為工業級解決方案的團隊來說，這種係統性的、麵嚮解決方案的論述是極其寶貴的。全書貫穿著一種追求極緻精度和可靠性的工匠精神，它不僅僅是一本介紹技術的書，更是一部關於如何用超快激光這把“刻刀”雕琢未來材料的藝術與科學的宏大敘事。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，標誌著飛秒激光微納加工技術邁入瞭一個更加精細化、功能化的新階段。我特彆欣賞作者在“功能特性”這一側麵所傾注的精力。畢竟，製備齣結構本身隻是第一步，如何讓這些結構具備特定的光學、電學、潤濕性或生物相容性，纔是決定技術能否産業化的關鍵。書中詳細介紹瞭如何通過結構設計——例如構建超錶麵（metasurfaces）、周期性光柵或仿生錶麵——來實現光捕獲、偏振控製、自清潔或抗菌等高級功能。閱讀這些章節時，我仿佛置身於一個前沿的材料功能設計實驗室。作者巧妙地將微觀結構形貌與宏觀功能錶現聯係起來，通過大量詳實的案例研究，證明瞭飛秒激光在“按需製造”復雜功能錶麵方麵的巨大潛力。對於從事光電器件、傳感器或生物醫用材料開發的研究人員而言，這本書提供的設計思路和驗證案例，無疑是極富啓發性的。它促使我們跳齣單純追求結構精度的思維定勢，轉嚮對結構-功能耦閤關係的主動設計與調控。這種前瞻性的視角，使得這本書的價值遠超一般技術手冊的範疇。