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金属络合物激光三维物化改性技术研究

作　者: 王萌
导　师: 刘铁根
学　校: 天津大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光物化改性 三维扫描系统 激光裂解反应 双原子分子非谐振子模型 金属络合物
分类号: TN248
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要


激光表面处理技术以往主要应用于激光淬火和激光毛化等领域,它是利用了激光器功率密度高、快速加热、快速冷却的物理特点,但对于激光与物质作用时引起的化学反应,以及物理和化学反应相互作用的研究则相对较少。经过激光照射的某些金属络合物,可大幅度提高其表面参与电子转移和输送的能力,在改善材料的功能方面具有巨大的潜力。国外曾经利用紫外激光器完成了金属络合物的物化改性研究,但对于其它波长的物化改性原理或实验分析均未见文献报导。本课题对比可见(532nm)、近红外(1064nm)及中红外(10600nm)三种波长激光,聚焦后照射铜铬络合物表面,改变其分子环境,通过光裂解反应打破其化学键,分解出具有还原性的金属成分,再经过冲击镀铜、化学镀镍等方法,实现其表面不同区域内金属和非金属的共存状态。此研究领域无论是基础研究还是实际应用,都具有创新性和明显的多学科交叉特性。根据双原子分子非谐振子振动模型分析,不同波长的激光对金属络合物电子排布及分子结构会产生影响,进而影响其物化改性效果。对比三种波长的扫描样品,通过X光电子能谱实验(XPS)和X射线能量色散实验(EDX)分析,获得在纳米深度及微米深度附近被还原的金属元素含量差异。通过结合能谱及俄歇谱,得到反应后的铬离子及铜离子分别是+3价和+1价,仍然具备失电子的还原能力。化学镀铜、镀镍后的样品,通过X射线荧光光谱实验(XRF)分析,三种波长中1064nm样品效果最为理想,通过环境扫描电子显微镜(ESEM)分析其表面增附效果也得到相同结论。基于波长对比试验及三维扫描系统的模拟分析,选择以DPL Nd:YAG激光器作为三维物化改性系统的光源,配合声光调制器、小孔光阑、动态聚焦镜、X、Y振镜以及f-theta透镜组成光学三维扫描系统,并使用三轴伺服机械旋转实现多面体的自动无缝拼接。利用PCI总线与DSP输出控制信号,编写了具有扫描路径优化、曲面填充及多面体旋转拼接等功能的三维自动控制软件。利用该系统分析了不同调制频率对改性效果的影响,通过对比实验,找到了激光物化改性的最佳参数。以此为基础制作了手机天线的物化改性样品,并测试RF性能,取得良好效果。最后提出了一些有待进一步解决的技术问题。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 激光在表面改性技术中的应用  9-10
    1.1.2 金属络合物的表面改性技术  10-11
  1.2 激光三维改性技术  11-16
    1.2.1 激光三维扫描技术  11-14
    1.2.2 影响物化改性效果的激光参数  14-16
  1.3 国内外研究现状  16-18
    1.3.1 金属络合物的表面改性进展  16-17
    1.3.2 金属络合物表面改性的应用  17-18
  1.4 本文研究的主要内容  18-20
第二章 金属络合物激光物化改性理论分析  20-34
  2.1 激光表面改性的物理基础  20-24
    2.1.1 激光与物质的相互作用过程  20-21
    2.1.2 物质对激光的吸收及其影响因素  21-24
  2.2 金属络合物的构成及作用机理  24-26
    2.2.1 金属络合物的分子结构  24-25
    2.2.2 影响金属络合物性能的因素  25-26
  2.3 双原子分子非谐振子能级模型  26-30
    2.3.1 分子光谱概述  26-28
    2.3.2 双原子分子的转动光谱  28
    2.3.3 双原子分子的谐振子模型  28-29
    2.3.4 双原子分子的非谐振子模型  29-30
  2.4 不同波长的能级分析  30-34
第三章 三种波长对比实验激光系统的设计与搭建  34-48
  3.1 金属络合物物化改性光源的选择  34-35
  3.2 基频Nd:YAG 激光系统  35-40
    3.2.1 DPL 基频Nd:YAG 激光系统的选择  35-38
    3.2.2 DPL Nd:YAG 激光改性实验系统的搭建  38-40
  3.3 倍频Nd:YAG 激光系统  40-43
    3.3.1 DPL 倍频Nd:YAG 激光系统的选择  40-41
    3.3.2 DPL Nd:YAG 激光改性实验系统的搭建  41-43
  3.4 CO_2 激光系统  43-48
    3.4.1 射频CO_2 激光系统的选择  43-44
    3.4.2 射频CO_2 激光改性实验系统的搭建  44-48
第四章 三种波长改性对比分析及实验  48-67
  4.1 金属络合物实验样品的制备  48-51
    4.1.1 铜铬络合物的制备  48-50
    4.1.2 基体材料的选择与实验样品的制备  50-51
  4.2 样品环境扫描电子显微镜分析  51-54
  4.3 样品X 射线能量色散仪实验分析  54-57
  4.4 样品X 光电子能谱实验分析  57-63
  4.5 样品镀层厚度的X 射线荧光光谱法分析  63-65
  4.6 三种波长对比试验总结  65-67
第五章 1064nm 三维物化改性系统的设计与研制  67-81
  5.1 三维物化改性系统的自动控制模型设计  67-69
  5.2 三维物化改性系统构成  69-71
  5.3 三维动态扫描系统设计  71-73
  5.4 系统像场畸变及校正  73-75
  5.5 系统电器控制设计  75-81
    5.5.1 光学元件的控制  75-77
    5.5.2 伺服控制系统的控制  77-79
    5.5.3 双工位高速转盘的设计  79-81
第六章 三维物化改性系统软件的编写  81-88
  6.1 三维扫描优化算法的设计  81-82
  6.2 三维扫描软件的设计  82-86
    6.2.1 系统初始化  83-84
    6.2.2 加工文件的读取  84-85
    6.2.3 三维图形文件的动态显示  85-86
  6.3 卡具三轴旋转软件的设计  86-88
第七章 系统实验及最佳参数的选择  88-103
  7.1 谐振腔腔长与激光功率的测试  88-93
  7.2 系统稳定性测试  93-96
  7.3 系统误差校正的测试  96
  7.4 铜铬络合物改性最佳参数的选择  96-101
  7.5 铜铬改性材料在天线中的应用  101-103
第八章 工作总结与前景展望  103-107
  8.1 论文创新点  103-104
  8.2 工作总结  104-105
  8.3 前景展望  105-107
参考文献  107-116
发表论文和参加科研情况说明  116-118
附录  118-122
致谢  122

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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