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激光辐照热裂破岩规律及力学性能

煤炭学报 2022年第4期47卷 1734-1742页

作者：郭辰光孙瑜岳海涛李强何顺之张寅辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学辽宁省大型工矿装备重点实验室辽宁阜新123000

分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律,以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究,分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律,基于X-ray diff... 详细信息

分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律,以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究,分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律,基于X-ray diffraction(XRD)物相图谱分析了激光辐照热裂破岩后岩石不同区域物相成分及含量,探讨了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照区物相含量变化的影响趋势,研究了激光功率、辐照时间及辐照距离对岩石强度的弱化程度。研究表明:随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩石反应区温度变大,热裂纹生成数量增多且裂纹深度变大,岩石热破碎反应增强;激光高温辐照后岩样所含高脆性、低强度、低导热率和低热膨胀系数的石英和钙长石含量占比增加,且随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩样烧灼孔内所含石英和钙长石成分增多;激光辐照后岩样烧灼孔内冷凝沉积物主要成分为石英和钠长石,且冷凝沉积物中部分晶体在激光辐照作用下转变为非晶体结构;激光辐照时间对岩石强度弱化程度影响最大,激光辐照距离次之,而激光功率对岩石强度弱化程度影响最小;随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩石抗压强度由83.89 MPa显著降低至36.13 MPa,岩石轴向挤压形变量变大,挤压破碎效果增强,岩石强度弱化程度变大。结果表明,激光辐照岩石可以有效降低岩石强度,提高激光辐照热裂破岩效率。

关键词：热裂破岩力学性能分析激光辐照温度分布岩石强度弱化

连续激光辐照对三结砷化镓电池散射光谱的特性影响

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光谱学与光谱分析 2023年第12期43卷 3674-3681页

作者：郭威常浩徐灿周伟静于程浩姬刚航天工程大学研究生院北京101416 航天工程大学宇航科学与技术系北京101416 航天工程大学航天指挥学院北京101416

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷... 详细信息

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量,并计算双向反射分布函数(BRDF)。其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成,针对电池表面的强镜反射特性,在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、顶电池GaInP层、中电池GaAs层和底电池Ge层,其散射光谱特征包括可见光谱段(500~900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900~1 200 nm)的类周期振荡特性,在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后,得到了损伤电池光谱BRDF的变化,并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型,对各膜层损伤后的特征进行了分析。结果表明:DAR层的主要作用是降低光谱反射能量,对光谱曲线的特性影响较小;Ge层对光谱曲线形状基本无影响;电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起,其中,GaInP层主要影响可见光谱段的吸收特性,并对近红外谱段内的干涉特性起到调制作用,而GaAs层主要影响近红外谱段的干涉特性,当其损伤到一定程度后,会导致可见光谱段内出现干涉特性。最后,在实验结果分析的基础上,通过模型研究了电池各层对散射光谱特性的影响,并讨论了基于散射光谱特性的电池损伤程度判别,研究结果可为电池激光损伤判别提供参考。

关键词：激光辐照三结砷化镓电池散射光谱表面形貌损伤特性

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激光辐照热裂破岩规律及力学性能研究

煤炭学报 2022年

作者：郭辰光孙瑜岳海涛李强何顺之张寅辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁工程技术大学辽宁省大型工矿装备重点实验室

分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律，以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究，分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律，基于X-ray d... 详细信息

分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律，以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究，分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律，基于X-ray diffraction（XRD）物相图谱分析了激光辐照热裂破岩后岩石不同区域物相成分及含量，探讨了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照区物相含量变化的影响趋势，研究了激光功率、辐照时间及辐照距离对岩石强度的弱化程度。研究表明：随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小，岩石反应区温度变大，热裂纹生成数量增多且裂纹深度变大，岩石热破碎反应增强；激光高温辐照后岩样所含高脆性、低强度、低导热率和低热膨胀系数的石英和钙长石含量占比增加，且随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小，岩样烧灼孔内所含石英和钙长石成分增多；激光辐照后岩样烧灼孔内冷凝沉积物主要成分为石英和钠长石，且冷凝沉积物中部分晶体在激光辐照作用下转变为非晶体结构；激光辐照时间对岩石强度弱化程度影响最大，激光辐照距离次之，而激光功率对岩石强度弱化程度影响最小；随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小，岩石抗压强度由83.89 MPa显著降低至36.13 MPa，岩石轴向挤压形变量变大，挤压破碎效果增强，岩石强度弱化程度变大。结果表明，激光辐照岩石可以有效降低岩石强度，提高激光辐照热裂破岩效率。

关键词：激光辐照热裂破岩力学性能分析岩石强度弱化

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激光辐照下45#钢板响应特性

国防科技大学学报 2021年第6期43卷 170-178页

作者：汪庆桃钱秋冬李霄王崇旭国防科技大学军事基础教育学院湖南长沙410072 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073

采取实验和数值模拟相结合的方法对激光辐照45#钢板的响应特性进行研究。基于连续光纤激光发射系统,开展钢板的激光辐照实验,得到温度场分布及靶板的烧蚀穿孔特性;基于ANSYS建立靶板有限元模型,模拟激光辐照下靶板的热响应过程,得到了... 详细信息

采取实验和数值模拟相结合的方法对激光辐照45#钢板的响应特性进行研究。基于连续光纤激光发射系统,开展钢板的激光辐照实验,得到温度场分布及靶板的烧蚀穿孔特性;基于ANSYS建立靶板有限元模型,模拟激光辐照下靶板的热响应过程,得到了靶板厚度、激光功率和光斑直径等因素对靶板温度分布及靶板穿孔特性的影响规律。

关键词：激光辐照钢靶板温度场分布激光穿孔数值模拟

激光辅助低压冷喷涂Cu涂层微观结构及导热性能

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中国有色金属学报 2022年第12期32卷 3706-3717页

作者：张城锋邱方苗李波张群莉弗拉基米尔·科瓦连科姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 高端激光制造装备省部共建协同创新中心杭州310023 浙江工业大学机械工程学院杭州310023 江苏亚威机床股份有限公司扬州225200

针对Cu材料修复需求,采用激光辅助低压冷喷涂技术(Low pressure cold spray,LPCS)在铜基体表面制备Cu涂层,研究了不同激光辐照功率对LPCS-Cu涂层微观结构及性能的影响。结果表明:LPCS-Cu涂层的孔隙率为1.23%,平均显微硬度为124.0 HV_(0.... 详细信息

针对Cu材料修复需求,采用激光辅助低压冷喷涂技术(Low pressure cold spray,LPCS)在铜基体表面制备Cu涂层,研究了不同激光辐照功率对LPCS-Cu涂层微观结构及性能的影响。结果表明:LPCS-Cu涂层的孔隙率为1.23%,平均显微硬度为124.0 HV_(0.2),热导率为66.2 W/(m·K),涂层/基体界面结合处存在明显缝隙。随着激光辐照功率的增大,LPCS-Cu涂层的表面趋于平整,孔隙率最低可达0.3%,平均显微硬度可达143.4 HV_(0.2),热导率可达170.2 W/(m·K),且涂层与基体界面结合良好,无明显缝隙。这是由于激光辐照提高了沉积颗粒和基体的塑性变形能力,促进了沉积颗粒之间以及沉积颗粒与基体之间的相互结合,使涂层具有较好的致密性和界面结合,表现出较优的导热性能。

关键词：冷喷涂激光辐照微观结构显微硬度导热性能

激光辅助低压冷喷涂Cu涂层的显微组织和腐蚀性能

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 604-617页

作者：吴丽娟林钟卫罗准李波刘江张群莉姚建华浙江工业大学机械工程学院杭州310023 浙江工业大学激光先进制造研究院杭州310023 浙江工业大学高端激光制造设备协同创新中心杭州310023 浙江热刺激光技术有限公司台州317500

采用激光辅助低压冷喷涂(LPCS)方法制备Cu涂层,研究激光辐照对Cu涂层显微组织和腐蚀行为的影响。与LPCS-Cu涂层相比,激光辅助LPCS-Cu涂层更致密,涂层与基材的界面结合更好。激光辐照加大了沉积颗粒的整体塑性变形程度,使Cu沉积颗粒晶粒... 详细信息

采用激光辅助低压冷喷涂(LPCS)方法制备Cu涂层,研究激光辐照对Cu涂层显微组织和腐蚀行为的影响。与LPCS-Cu涂层相比,激光辅助LPCS-Cu涂层更致密,涂层与基材的界面结合更好。激光辐照加大了沉积颗粒的整体塑性变形程度,使Cu沉积颗粒晶粒得到均匀细化。因此,激光辅助LPCS-Cu涂层呈更均匀的显微组织和更小的晶粒尺寸。电化学测试结果表明,激光辅助LPCS-Cu涂层在3.5%NaCl(质量分数)溶液中比LPCS-Cu涂层具有更高的腐蚀电位、更低的腐蚀电流和腐蚀速率。主要原因是激光辐照提高了涂层致密度和颗粒之间的紧密结合,并在激光辅助LPCS-Cu涂层表面形成由CuCl和Cu2O组成的连续、致密的腐蚀产物膜,以阻挡腐蚀溶液的侵蚀。

关键词： Cu涂层激光辐照冷喷涂显微组织腐蚀性能

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激光辐照熔石英结构化表面热力学数值研究

激光杂志 2022年第9期43卷 26-31页

作者：李媛苏俊宏徐均琪杨国梁西安工业大学光电工程学院西安710021

为进一步提升结构化表面光学元件的抗激光损伤性能,采用有限元分析法建立了1064 nm脉冲激光辐照熔石英周期性多孔表面的数值分析模型,计算了不同脉冲及结构参数,周期性表面温度场分布和热致应力场分布,研究了熔融相变前激光辐照的热力... 详细信息

为进一步提升结构化表面光学元件的抗激光损伤性能,采用有限元分析法建立了1064 nm脉冲激光辐照熔石英周期性多孔表面的数值分析模型,计算了不同脉冲及结构参数,周期性表面温度场分布和热致应力场分布,研究了熔融相变前激光辐照的热力学过程。研究结果表明:多孔周期性结构表面的最大热致应力与其最大温度不存在依赖关系,熔石英周期性结构表面的激光损伤性能不仅与激光的脉宽有关,还与自身的结构参数有关。兼顾特定的光学特性,通过优化结构参数可以调控周期性结构表面光学元件的热场分布及热致应力场分布,从而进一步提升这类光学元件的抗激光损伤能力。

关键词：热力学热效应激光辐照结构化表面有限元法

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激光辐照法快速制备Co/C粒子吸波材料

光学学报 2023年第17期43卷 208-215页

作者：王晓农李晓霞白秀军刘琦王斌国防科技大学电子对抗学院安徽合肥230037 脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 安徽省红外与低温等离子体重点实验室安徽合肥230037

针对隐身和电磁防护技术对轻质、高效新型吸波材料的需求,以ZIF-67为前驱体,通过1064 nm激光辐照快速制备Co/C复合粒子。研究辐照功率对Co/C复合材料物相、微结构、电磁参数及其2~18 GHz波段吸波性能的影响。结果表明,激光辐照制备的Co... 详细信息

针对隐身和电磁防护技术对轻质、高效新型吸波材料的需求,以ZIF-67为前驱体,通过1064 nm激光辐照快速制备Co/C复合粒子。研究辐照功率对Co/C复合材料物相、微结构、电磁参数及其2~18 GHz波段吸波性能的影响。结果表明,激光辐照制备的Co纳米晶尺寸可稳定在5~20 nm,复合材料展现出丰富的Co-C界面,从而利于提升材料对电磁波的介电损耗能力。特别地,45 mW激光辐照获得的Co/C工作频段可覆盖完整的X波段(厚度为2.6 mm),最低反射损耗高达-53.9 dB,展现出优异的吸波能力。

关键词：材料激光辐照 ZIF-67 Co纳米晶宽频吸波

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激光辐照的石墨烯的拓扑和无序性质

激光辐照的石墨烯的拓扑和无序性质

作者：张鹏飞安徽大学

学位级别：硕士

石墨烯(Graphene)呈六角蜂窝状的晶体结构,是仅有一个原子尺度厚的二维狄拉克材料,它是近年来研究较多的量子材料,我们计划在石墨烯体系中引入激光辐照和非对角无序,通过理论与数值相结合的手段对输运性质进行探究。本论文主要开展了两... 详细信息

石墨烯(Graphene)呈六角蜂窝状的晶体结构,是仅有一个原子尺度厚的二维狄拉克材料,它是近年来研究较多的量子材料,我们计划在石墨烯体系中引入激光辐照和非对角无序,通过理论与数值相结合的手段对输运性质进行探究。本论文主要开展了两方面的工作:(1)在石墨烯量子输运系统中,考虑一个两端由具有周期性的半无限长导线连接的石墨烯样品。由于圆偏振光辐照的石墨烯可等效的由Haldane模型描述,所以中心区取为Haldane模型。通过理论推导与数值模拟相结合的思路计算其透射系数。(2)研究了非对角无序对圆偏振激光辐射的石墨烯的输运性质,发现无序可以诱导非平凡的拓扑性质,由Bott指数和实空间陈数表征,我们进一步研究发现,非绝热的施加激光辐照能有效的使体系进入拓扑非平凡的相。本论文各章的主要内容如下:第一章简要介绍了石墨烯材料的发现、结构特性、制备以及应用,着重介绍了理论和实验上关于激光辐照的石墨烯的重要发现。第二章中首先简要介绍了量子输运的基础知识:贝里相位、贝里曲率、两能级系统和陈数;并且介绍了本文中运用的非平衡Green函数方法、Landauer-Büttiker公式,以方格子模型和Hofstadter模型为例,计算了其隧穿系数。第三章中首先对激光辐照的石墨烯相关理论及实验成果作了简要陈述,其次着重介绍了本章所涉及的Haldane模型以及其量子输运性质。第四章中简要回顾了无序对激光辐照的石墨烯拓扑性质影响的相关研究成果,在二维量子体系中引入非对角无序,理论上研究了圆偏振激光辐照下的石墨烯中,动能项中的非对角无序对体系拓扑性质的影响。第五章对论文进行了总结,并对未来研究工作做了进一步展望。

关键词：石墨烯量子输运激光辐照非对角无序拓扑性质