共聚焦显微镜观测：纳秒激光制备超浸润不锈钢表面机械耐久性研究

 

超浸润表面因在液滴运输、防污染等领域的巨大潜力成为研究热点，不锈钢作为常用工程材料，其表面润湿性调控对拓展应用至关重要。纳秒激光技术为不锈钢表面超浸润改性提供了有效途径，而机械耐久性是其实际应用的关键瓶颈。本研究借助精密测量技术,如光子湾科技的共聚焦显微镜，通过观测表面微观结构演变，系统探究纳秒激光制备的超浸润不锈钢表面机械耐久性，为其工程应用提供理论与实验支持。

 

 

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研究背景

表面润湿性是材料重要特性，超浸润表面因液体特殊行为在工业中潜力巨大。不锈钢润湿性不足限制性能，纳秒激光可通过调控微观结构实现超浸润改性，但机械耐久性研究不足。自然界超浸润现象表明，特殊微观结构与化学成分是超浸润性能的核心成因，表面粗糙度对润湿性的调控作用尤为关键。现有制备方法中，纳秒激光刻蚀因可控性强为优选。本研究采用两次纳秒激光刻蚀在304 单镜面不锈钢表面构建多尺度结构，结合表征技术探究其超浸润性能与机械耐久性。

 

 

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实验材料与方法

 

 

实验工艺流程

1. 材料与仪器

实验以20mm×20mm×2mm 的 304 单镜面不锈钢为基体，试剂包括无水乙醇、丙酮、去离子水、月桂酸。仪器有纳秒脉冲激光打标机（功率8W，波长 532nm）、接触角测量仪、场发射扫描电镜（SEM）、共聚焦显微镜、触针式粗糙度测量仪。

2. 实验流程

超亲水表面：不锈钢经超声清洗后，采用两次纳秒激光刻蚀（第一次：20mm/s，0.18mm，双向；第二次：200mm/s，0.05mm，双向），构建多尺度分层复合微纳米结构。

超疏水表面：对上述超亲水表面进行月桂酸化学修饰（120℃，30min），降低表面能。

3. 性能测试

通过标准化线性磨损实验（100g 载荷，1000 目砂纸）评估机械耐久性，结合接触角 / 滚动角测量、SEM、共聚焦显微镜观测表面性能与结构演变。

 

 

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多尺度分层复合微纳米超亲水表面研究

共聚焦显微镜观测多尺度分层复合微纳米超亲水表面

1. 制备与性能

最优参数下制备的超亲水表面，水滴完全铺展时间0.267s，接触角 0°。共聚焦显微镜观测显示，表面存在45.895μm 的凸起与 20-40μm 的凹槽，形成多尺度分层结构，粗糙度 Ra 为 8.0509μm，Rt 为 112.6373μm。

2. 机械耐久性

标准化线性磨损6m 后，表面仍保持超亲水，水滴铺展时间＜1s。SEM 与共聚焦显微镜观测表明，中心区域多级结构保存完好，凹槽内微纳米结构未严重受损，证实多尺度结构提升耐磨性。

 

 

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多尺度分层复合微纳米超疏水表面研究

多尺度分层复合微纳米超疏水表面三维形貌图

1. 制备与性能

化学修饰后的超疏水表面，接触角159°，滚动角 2°。共聚焦显微镜显示，表面保留多尺度结构，月桂酸修饰后形成低表面能层，减少液固接触面积。

2.机械耐久性

磨损10m 后，接触角仍达 150° 左右。观测发现，表面一级凸起先磨损，二级结构持续支撑超疏水性能，分层结构有效延缓性能衰减。

研究表明，两次纳秒激光刻蚀构建的多尺度分层复合微纳米结构，显著提升不锈钢表面超浸润性能与机械耐久性：超亲水表面磨损6m 仍保性能，超疏水表面磨损 10m 接触角＞150°。共聚焦显微镜为观测结构演变、揭示耐磨机理提供了关键数据。光子湾科技的共聚焦显微镜凭借在微观结构观测中的高精度优势，将持续为超浸润表面的性能优化与工程应用提供有力支持，助力其在半导体、高端制造等领域的实际落地。

 

 

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光子湾3D共聚焦显微镜

光子湾3D共聚焦显微镜是一款用于对各种精密器件及材料表面，可应对多样化测量场景，能够快速高效完成亚微米级形貌和表面粗糙度的精准测量任务，提供值得信赖的高质量数据。

 

 

超宽视野范围，高精细彩色图像观察

提供粗糙度、几何轮廓、结构、频率、功能等五大分析技术

采用针孔共聚焦光学系统，高稳定性结构设计

提供调整位置、纠正、滤波、提取四大模块的数据处理功能

光子湾共聚焦显微镜以原位观察与三维成像能力，为纳秒激光制备超浸润不锈钢表面机械耐久性研究提供表征技术支撑，助力从表面粗糙度与性能分析的精准把控，成为推动半导体、高端制造等领域质量升级的重要光学测量工具。

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原文参考：《纳秒激光制备超浸润不锈钢表面机械耐久性研究》

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