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《天津大学》 2011年
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金属络合物激光三维物化改性技术研究

王萌  
【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。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN248

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