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陶海岩，宋晓伟，林景全，薛磊 著

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• 飞秒激光
• 表面微纳结构
• 材料科学
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• 功能特性
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• 纳米结构
• 固体材料
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• 表面工程

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118112160

商品编码：29702798382

包装：平装

出版时间：2016-12-01

基本信息

书名:飞秒激光固体材料表面微纳结构制备及其功能特性

定价：69.00元

售价：46.9元,便宜22.1元,折扣67

作者:陶海岩,宋晓伟,林景全,薛磊

出版社：国防工业出版社

出版日期：2016-12-01

ISBN：9787118112160

字数：

页码：110

版次：1

装帧：平装

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

《飞秒激光固体材料表面微纳结构制备及其功能特性》介绍了微纳结构表面的应用背景和发展趋势以及著者近年来在飞秒激光功能微纳结构制备领域取得的一些研究成果，其中包括飞秒激光在金属及硅表面微纳结构的制备，微纳结构表面光学及润湿功能方面的研究，特别对飞秒激光等离子细丝曲面微纳制备技术进行了阐述，并进一步介绍这些制备技术的应用领域及未来前景。
　　《飞秒激光固体材料表面微纳结构制备及其功能特性》可供从事与光学学科相关专业的师生以及科研人员学习和参考，也可作为光电信息科学与工程专业、应用物理专业、电子科学与技术专业及机械专业本科生的教材。

目录

作者介绍

文摘

序言

章 绪论
1．1 引言
1．2 自然界中微纳结构引起的奇特功能
1．2．1 微纳结构导致的生物体表面颜色改变
1．2．2 微纳结构的润湿特性
1．2．3 多尺寸复合结构引起的多功能特性集成
1．3 表面功能微纳结构在“绿色技术”中的应用
1．3．1 能源高效率利用和产品寿命延长
1．3．2 环保生产和产品的开发
1．3．3 芯片实验室
1．3．4 太阳能的利用和开发
1．4 脉冲激光制备功能表面的研究进展
1．4．1 脉冲激光诱导固体表面亚波长波纹结构
1．4．2 飞秒激光调控固体表面光学性能
1．4．3 脉冲激光调控固体材料表面润湿性能
1．4．4固体材料表面多功能的集成
1．5 曲面激光微结构制备的概况

第2章 飞秒激光诱导金属表面亚波长周期性波纹结构
2．1 引言
2．2 实验装置和实验方法
2．3 实验结果与初步分析
2．4 亚波长形成机理分析与数值计算
2．5 飞秒激光作用下金属表面超快热力学过程的研究
2．5．1 超快热力学过程物理模型的建立
2．5．2 数值差分方法
2．5．3 数值模拟结果与讨论
2．6 本章小结

第3章 飞秒激光硅表面微纳结构的制备及其光学特性
3．1 引言
3．2 SF6气体环境中黑硅的制备研究
3．2．1 实验过程与制备方法
3．2．2 实验结果与讨论
3．3 飞秒激光直接在大气环境下制备新型黑硅的实验研究．
3．3．1 实验方法与表征方法
3．3．2 实验结果与讨论
3．4 本章小结

第4章 飞秒激光金属表面着色技术
4．1 引言
4．2 实验装置与方法
4．3 金属铝表面激光着色及其成色机理
4．4 大面积NC-LIPSS的飞秒激光制备技术及其光学特性研究
4．5 本章小结

第5章 黑金属的制备与宽光谱高吸收机理的数值模拟
5．1 引言
5．2 飞秒激光制备宽光谱高吸收黑金属的实验研究
5．3 黑金属吸波模型的建立与计算方法
5．4 亚微米光栅结构陷光特性的研究
5．4．1 光栅宽度和间距不变条件下光栅周期对反射率的影响
5．4．2 光栅宽度、深度不变条件下光栅间距对反射率的影响
5．4．3 光栅间距、深度不变条件下光栅宽度对反射率的影响
5．4．4 微腔效应在光吸收中的作用
5．5 其他亚微米结构陷光特性的研究
5．6 纳米颗粒在宽谱陷光中作用的研究
5．6．1 模型介绍与模拟方法
5．6．2 模拟结果与讨论
5．7 本章小结

第6章 飞秒激光诱导金属、半导体微纳结构的润湿特性及其多功能集成
6．1 引言
6．2 飞秒激光制备金属、硅表面“输水”功能结构
6．2．1 实验测量方法
6．2．2 实验结果与讨论
6．3 飞秒激光制备金属表面超疏水功能结构的研究
6．3．1 实验装置与表征方法
6．3．2 实验结果与讨论
6．4 双特性支持下的多功能表面的获得
6．5 多功能微纳结构在太阳能热电发电的应用研究
6．5．1 实验装置与测量方法
6．5．2 实验结果与讨论
6．6 本章小结

第7章曲面样品表面功能微纳结构的飞秒激光制备技术
7．1 引言
7．2 实验装置及实验方法
7．3 实验结果与讨论
7．3．1 多功能典型微纳结构从平面到非平表面的拓展
7．3．2 丝不同位置对金属表面微结构的影响
7．3．3 细丝不同入射角度对金属表面微结构的影响
7．3．4 激光不同偏振方向和偏振态对金属表面微纳结构的影响
7．4 飞秒激光制备柱形微结构形成机理分析与数值模拟
7．4．1 柱状微结构形成机理分析
7．4．2 选择性激光烧蚀的数值模型建立
7．4．3 数值计算结果与讨论
7．5 本章小结

参考文献

《飞秒激光与先进功能材料的奇妙邂逅：从结构到性能的深度探索》 在材料科学与工程的广袤天地中，如何精准、高效地操控材料的微观尺度，进而赋予其前所未有的宏观功能，一直是科学家们孜孜不倦的追求。近年来，飞秒激光技术以其超高的时空精度和能量密度，为这一追求注入了强大的动力。它如同“光的刻刀”，能够在最短的时间内，以最温和的方式，在固体材料的表面“雕琢”出前所未有的微纳结构。这些精妙的结构，不仅是物质世界的微缩艺术品，更是解锁材料潜能、实现特定功能的关键。 本书《飞秒激光与先进功能材料的奇妙邂逅：从结构到性能的深度探索》，正是聚焦于这一激动人心的交叉领域。它将带您深入了解飞秒激光如何在固体材料表面“显形”微纳结构，以及这些结构如何巧妙地影响和调控材料的物理、化学、光学、电学乃至生物学等一系列功能特性。本书并非孤立地探讨飞秒激光的技术本身，而是将其视为一种强大的工具，与各类先进功能材料进行深度“对话”，共同探索材料科学的无限可能。 第一篇：飞秒激光的“雕琢”艺术——微纳结构的精密制造 在这一篇章中，我们将首先认识飞秒激光作为一种尖端制造技术的独特魅力。与传统的激光加工技术不同，飞秒激光的脉冲宽度极短，能量高度集中，能够在材料表面引发瞬时的、非线性的相互作用。这种“冷加工”的特性，极大地减少了材料的热损伤和非必要的相变，使得在材料表面实现亚微米乃至纳米尺度的精确控制成为可能。 我们将详细阐述飞秒激光与不同种类固体材料（如金属、陶瓷、聚合物、半导体等）在纳秒、皮秒、飞秒尺度下的相互作用机制。例如，在超快时间尺度下，材料会经历等离子体激发电离、电子-声子耦合、电子-电子散射等一系列复杂的物理过程。理解这些基本物理过程，是实现精确结构制备的前提。 随后，本书将系统介绍利用飞秒激光制备各类微纳结构的技术手段。这包括： 精确刻蚀与图案化： 通过控制激光的焦点、能量密度、扫描路径和重复次数，可以实现高精度、高分辨率的二维及三维图案的刻蚀。我们将探讨不同材料的刻蚀机制，如化学反应刻蚀、物理溅射刻蚀等，并分析影响刻蚀深度的关键参数。 表面粗糙化与形貌调控： 飞秒激光能够轻易地在材料表面产生各种尺度和形态的微纳结构，如周期性纳米柱阵列、随机粗糙表面、纳米孔洞等。我们将深入分析这些形貌的形成机制，并介绍如何通过优化激光参数来调控其尺寸、密度和形貌。 表面合金化与相变诱导： 飞秒激光的高能量密度可以诱导材料表面发生局部的熔化、汽化甚至相变。通过与不同元素进行激光诱导的表面合金化，或者在特定材料中诱导亚稳态相，可以获得具有特殊性能的新型表面层。 微纳颗粒的形成与沉积： 在某些条件下，飞秒激光作用会产生微纳尺度的材料颗粒，这些颗粒可以通过激光诱导的等离子体或飞溅物，在材料表面进行定向沉积，形成功能化的涂层。 三维微纳结构的构建： 借助现代激光扫描技术和先进的工艺控制，飞秒激光甚至能够实现复杂的三维微纳结构的精确构建，这为微型器件和复杂功能表面的制造提供了可能。 本书将通过大量实验案例和理论分析，展示飞秒激光在不同材料体系中构建各种微纳结构的精湛技艺，从简单的纹理到复杂的周期性阵列，再到精密的仿生结构，读者将对飞秒激光的“雕琢”能力有深刻的认识。 第二篇：微纳结构的功能“魔力”——解锁材料的隐藏潜能 微纳结构的引入，并非仅仅是材料表面形态的改变，它更像是一场“功能重塑”的革命。材料的宏观功能，在很大程度上取决于其表面和内部的微观结构。当飞秒激光在材料表面“雕刻”出特定的微纳结构时，就如同赋予了材料新的“生命”和“智慧”。 在这一篇章中，我们将重点探讨飞秒激光制备的微纳结构如何影响和调控材料的各种功能特性： 光学功能的革新： 减反射与增透： 纳米结构的表面可以有效降低材料表面的反射率，显著提高光的透过率，在显示器、太阳能电池、光学镜头等领域具有广泛应用。 超疏水与超亲水表面： 精心设计的微纳结构能够改变材料的表面润湿性，实现超疏水（自清洁、防污）或超亲水（防雾、易清洁）的特性。 结构色与光学传感： 周期性的微纳结构可以产生结构色，无需染料即可呈现丰富色彩，同时，这类结构对光信号的敏感性也可用于开发新型光学传感器。 光吸收与光散射： 特定结构的表面可以增强材料对特定波长光的吸收，或实现高效的光散射，这对于光电器件的设计至关重要。 非线性光学效应： 精细的微纳结构能够显著增强材料的非线性光学响应，为光开关、光调制器等器件的开发提供新的途径。 表面物理与化学性能的优化： 增强的催化活性： 微纳结构能够提供更大的比表面积，引入更多的活性位点，从而显著提高材料的催化效率，在能源、环保等领域具有重要意义。 改进的摩擦磨损性能： 通过引入特定的润滑微结构或降低表面能，可以有效降低材料的摩擦系数和磨损率，延长器件的使用寿命。 高效的吸附与分离： 具有特定孔隙结构的材料表面，可以实现对特定分子的选择性吸附或高效分离，应用于气体分离、污染物吸附等领域。 抗菌与生物相容性： 某些微纳结构具有抑制细菌生长或促进细胞生长的特性，这在医疗器械、植入物等生物医学领域具有巨大的潜力。 防腐蚀与耐候性： 优化后的表面微纳结构可以有效提高材料的抗腐蚀能力和耐候性，延长材料的使用寿命。 电学与磁学性能的调控： 电荷传输与输运： 微纳结构的引入会改变材料的表面电导率和载流子输运特性，影响电极与活性材料的接触，这对传感器、电子器件至关重要。 场发射性能： 尖锐的纳米结构具有优异的场发射特性，可用于开发高性能的真空电子器件。 磁性材料的改性： 飞秒激光制备的微纳结构可以调控磁性材料的磁畴结构、矫顽力等，用于开发新型磁存储和磁传感器件。 本书将通过大量的实例，展示这些微纳结构如何巧妙地“转译”为实际的应用功能，深入剖析结构与性能之间的内在联系，揭示飞秒激光在材料功能化方面的巨大潜力。 第三篇：跨界融合与未来展望——飞秒激光在先进功能材料领域的无限可能 在本书的最后篇章，我们将把目光投向更广阔的领域，探讨飞秒激光在制备各类先进功能材料及其应用方面的最新进展和未来趋势。 在新能源领域的应用： 飞秒激光在太阳能电池、燃料电池、超级电容器等新能源器件的制备中，能够实现高性能电极材料、界面工程以及结构优化，显著提升器件的效率和稳定性。 在信息技术领域的应用： 从高性能微电子器件到先进光通信元件，再到新型存储介质，飞秒激光制备的微纳结构在信息技术的各个环节都发挥着越来越重要的作用。 在生物医学领域的应用： 抗菌表面、药物缓释载体、生物传感器、微流控芯片等，飞秒激光为开发创新性的生物医学材料和器件提供了强大的技术支撑。 在航空航天与国防领域的应用： 高性能涂层、减阻表面、传感器件等，飞秒激光制备的微纳结构能够为航空航天和国防领域带来关键的技术突破。 与其他先进制造技术的融合： 飞秒激光并非孤军奋战，它将与增材制造、纳米压印、自组装等多种先进制造技术深度融合，共同构建更复杂、更精密的微纳器件。 智能化与自动化制造： 随着人工智能和大数据技术的发展，飞秒激光制造过程将更加智能化和自动化，实现更高效率、更高精度、更低成本的生产。 面向未来的挑战与机遇： 书籍还将探讨飞秒激光在材料制备过程中面临的挑战，例如加工效率、成本控制、环境影响等，并展望其在未来材料科学与工程领域的发展前景。 《飞秒激光与先进功能材料的奇妙邂逅：从结构到性能的深度探索》旨在为材料科学家、工程师、研究生以及对前沿材料技术感兴趣的读者提供一个全面、深入的视角。它不仅仅是一本技术手册，更是一次思想的启迪，引领您探索飞秒激光与材料科学相互作用所激发的无限创意和颠覆性技术。通过对微纳结构制备及其功能特性的深入剖析，本书将助您理解如何利用飞秒激光这一神奇的“光的刻刀”，在材料的世界中“雕刻”出更美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本专注于飞秒激光在固体材料表面微纳结构制备及其功能特性的著作，无疑为该领域的研究者提供了一份极具价值的参考指南。从我的阅读体验来看，作者在材料科学与精密加工技术交叉领域的深度剖析令人印象深刻。书中对飞秒激光与材料相互作用机理的阐述尤为详尽，不再是简单地罗列实验现象，而是深入挖掘了超快过程中的物理化学变化。例如，关于非线性吸收、多光子电离以及等离子体形成等关键机制的描述，结合最新的理论模型，使得读者能够建立起从激光参数到最终微纳结构形貌之间清晰的因果链条。这种理论深度，对于希望优化工艺参数、实现特定功能化表面的工程师和科研人员来说，是不可多得的宝典。此外，书中对不同类型固体材料——无论是金属、半导体还是陶瓷——在飞秒辐照下的响应差异进行了系统的对比分析，这极大地拓宽了应用的可能性，避免了“一招鲜吃遍天”的局限性。那些关于如何通过调控激光脉冲宽度、重复频率和扫描策略来精确控制结构尺寸和形貌的章节，更是充满了实战指导的价值。这本书不仅仅是知识的堆砌，更像是一本手把手的进阶教程，引领读者跨越从理论理解到实际应用之间的鸿沟。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的感受是其强烈的工程应用导向和跨学科融合的视野。飞秒激光技术本身就处于物理学、光学、材料学、机械工程甚至生物医学工程的交汇点上，而这本书完美地体现了这种融合性。它没有将微纳结构制备视为孤立的物理过程，而是始终围绕最终的应用场景来构建技术体系。例如，在讨论如何制备具有特定疏水/亲水性能的表面时，作者不仅详细解释了激光雕刻的机制，还引入了表面能、界面化学等概念来解释后续的功能化处理。这种将“工具”与“应用”紧密结合的叙事方式，使得技术路线图异常清晰。对于那些希望将实验室成果快速转化为工业级解决方案的团队来说，这种系统性的、面向解决方案的论述是极其宝贵的。全书贯穿着一种追求极致精度和可靠性的工匠精神，它不仅仅是一本介绍技术的书，更是一部关于如何用超快激光这把“刻刀”雕琢未来材料的艺术与科学的宏大叙事。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，标志着飞秒激光微纳加工技术迈入了一个更加精细化、功能化的新阶段。我特别欣赏作者在“功能特性”这一侧面所倾注的精力。毕竟，制备出结构本身只是第一步，如何让这些结构具备特定的光学、电学、润湿性或生物相容性，才是决定技术能否产业化的关键。书中详细介绍了如何通过结构设计——例如构建超表面（metasurfaces）、周期性光栅或仿生表面——来实现光捕获、偏振控制、自清洁或抗菌等高级功能。阅读这些章节时，我仿佛置身于一个前沿的材料功能设计实验室。作者巧妙地将微观结构形貌与宏观功能表现联系起来，通过大量详实的案例研究，证明了飞秒激光在“按需制造”复杂功能表面方面的巨大潜力。对于从事光电器件、传感器或生物医用材料开发的研究人员而言，这本书提供的设计思路和验证案例，无疑是极富启发性的。它促使我们跳出单纯追求结构精度的思维定势，转向对结构-功能耦合关系的主动设计与调控。这种前瞻性的视角，使得这本书的价值远超一般技术手册的范畴。

评分☆☆☆☆☆

作为一本专业书籍，其引文的广度和深度也决定了它的学术地位。令人欣慰的是，这本书在文献引用方面做得非常出色，囊括了该领域过去十年乃至更长时间内的经典成果与最新的突破性进展。它不仅仅是对现有知识的总结，更像是一个知识图谱的构建者，清晰地标示出了研究热点、瓶颈问题以及未来的发展方向。在讨论到某些争议性或尚无定论的物理机制时，作者也保持了客观中立的态度，引用了不同学派的观点进行对比分析，这种学术的审慎性让人非常信服。特别是书中关于激光诱导的材料相变、亚表面损伤控制以及不同环境气氛（如真空、惰性气体、反应性气体）对加工结果影响的章节，其信息密度之高，令人需要反复研读才能完全吸收。这本书无疑将成为未来几年内，引用该领域最新研究成果时，绕不开的重要参考源之一。它不仅教授我们“如何做”，更重要的是引导我们思考“为什么”和“下一步该怎么做”。

评分☆☆☆☆☆

从排版和结构上看，这本书的编排逻辑非常清晰流畅，极大地提升了阅读体验。尽管主题涉及复杂的超快物理和材料科学，但作者采用了层层递进的方式展开叙述。开篇扎实地奠定了飞秒激光技术的基础，随后逐步过渡到具体的微纳加工技术细节，最终落脚于材料的功能化应用。尤其值得称赞的是，书中大量的示意图和实验截面图都制作得极为精良，高分辨的电子显微镜图像清晰地展示了不同工艺条件下形成的微观世界，直观地解释了理论预测的合理性。对于初次接触该领域的读者，这种图文并茂的解释方式大大降低了理解门槛。而对于资深专家，这些详实的对比数据和参数表格则提供了快速查阅和验证的便利。书中对于实验装置搭建和参数控制的描述也十分到位，透露出作者丰富的实际操作经验，使得书中的理论推导并非空中楼阁，而是深深植根于可重复的实验现实之中。这种严谨的学术态度和对读者友好的呈现方式，是许多专业书籍所欠缺的。