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激光还原氧化石墨烯改性及其应用研究进展

表面技术 2024年第12期53卷 66-80页

作者：谢丰黄志远姜晟陈宇龙成健湖北工业大学机械工程学院武汉430068 现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

近年来,二维纳米材料石墨烯因其优异的物理和化学性质而受到广泛关注,其制备方法多种多样。机械剥离法和化学气相沉积等传统的石墨烯制备方法存在效率低和成本高等问题。氧化石墨烯还原法由于原料简单而廉价,在大规模制备生产石墨烯中... 详细信息

近年来,二维纳米材料石墨烯因其优异的物理和化学性质而受到广泛关注,其制备方法多种多样。机械剥离法和化学气相沉积等传统的石墨烯制备方法存在效率低和成本高等问题。氧化石墨烯还原法由于原料简单而廉价,在大规模制备生产石墨烯中应用广泛。激光加工具有很高的精度,能同时诱导光热和光化学反应。通过激光还原氧化石墨烯不仅可以产生石墨烯结构,还能进行图案化加工,且具有无毒、无需催化剂、非接触性和可控性的特点,是加工还原氧化石墨烯的理想方式之一。从激光还原氧化石墨烯的机理入手,分析了利用激光进行光还原过程中光热效应和光化学效应的影响。对激光还原氧化石墨烯的改性技术进行了重点阐述,包括无掩膜图案化和分层结构化、杂质原子掺杂、金属/金属氧化物复合四部分。然后概述了激光还原氧化石墨烯在柔性光学器件、电子设备2个方面的应用,列举了透镜、偏振片、传感器和电容器等典型器件的性能,最后归纳了激光还原氧化石墨烯研究领域存在的问题,并提出了可能的解决路径或方案。

关键词：激光光学还原氧化石墨烯改性图案化电子器件

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基于激光表面微纳结构的胶接性能研究进展

表面技术 2024年第8期53卷 11-24页

作者：徐喻琼郑黔松杨奇彪钟紫珊湖北工业大学机械工程学院武汉430068 现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效。激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改... 详细信息

胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效。激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改善接头的性能。首先介绍了激光表面处理原理及激光器分类,对比了不同激光器的优缺点及加工质量特性,分析了激光加工参数对接头强度的影响。其次从激光加工不同表面微纳结构入手,阐述了不同表面微纳结构的加工方式,分析了不同表面微纳结构对不同材料接头强度的影响。此外,针对不同的表面微纳结构,其结构参数有所不同,导致接头表面化学成分和润湿性能也有所不同,使得接头强度有所差异,在此基础上分析了微纳结构参数对接头强度的影响及原因。同时,胶层间的作用机制与接头强度具有密不可分的联系,研究表明,不同的表面微纳结构对胶层的作用机制具有明显的不同,归纳总结发现,经激光表面处理形成表面微纳结构后接头表面粗糙度、化学性质、润湿性能及胶层间裂纹的扩展对接头强度的提升具有一定作用。最后,对激光表面处理微纳结构的研究进行了展望。

关键词：激光表面处理胶接微纳结构接头强度表面性能作用机理

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非圆齿扇齿条副齿面接触应力分析及仿真

组合机床与自动化加工技术 2024年第10期 5-11页

作者：丁国龙王亚涛李天一湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室

针对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的工作齿面易发生磨损、点蚀甚至断裂等现象，围绕非圆齿扇齿条副的齿面接触应力理论建模与有限元仿真分析开展研究，提出一种非圆齿扇齿条副接触应力理论计算模型，研究齿扇齿宽B、齿条压力角α和齿扇锥... 详细信息

针对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的工作齿面易发生磨损、点蚀甚至断裂等现象，围绕非圆齿扇齿条副的齿面接触应力理论建模与有限元仿真分析开展研究，提出一种非圆齿扇齿条副接触应力理论计算模型，研究齿扇齿宽B、齿条压力角α和齿扇锥角φ等几何参数对齿面接触应力的影响规律；将非圆齿扇齿条副三维参数化建模与齿面动态啮合有限元仿真分析集成，提出一种非圆齿扇齿条副接触应力参数化、全流程仿真分析计算方法。预期为汽车转向器非圆齿扇齿条副的设计分析提供理论和方法指导。

关键词：非圆齿扇齿条副齿面接触应力动态啮合仿真

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基于梯度方差聚焦评价的三维显微测量方法

激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 114-120页

作者：董正琼杨清锋黄贤文王婧怡谢怡君祝仁龙周向东聂磊湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室湖北武汉430068

为实现高精度聚焦显微三维测量,在传统Brenner评价函数的基础上考虑垂直和对角方向的图像灰度梯度变化信息,提出一种基于梯度方差聚焦评价的三维显微测量方法,通过获取更为丰富的图像边缘信息可改善聚焦评价函数的灵敏度,进而提高聚焦... 详细信息

为实现高精度聚焦显微三维测量,在传统Brenner评价函数的基础上考虑垂直和对角方向的图像灰度梯度变化信息,提出一种基于梯度方差聚焦评价的三维显微测量方法,通过获取更为丰富的图像边缘信息可改善聚焦评价函数的灵敏度,进而提高聚焦显微三维测量精度。对高度标称值为1 mm的台阶样件开展了测量实验研究,所提方法得到的测量相对误差为0.49%(以标称值为基准),优于传统聚焦评价测量方法对应的1.22%;评价函数的清晰度比率和灵敏度分别为2.4412和318.45。

关键词：聚焦评价三维测量梯度方差高斯拟合

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消除容性泄漏的双激励高阻抗测量研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第9期52卷 149-155+164页

作者：王选择蔡玉雄李煜辰王浩伟湖北工业大学机械工程学院湖北省现代制造质量工程重点实验室中国特种飞行器研究所结构腐蚀防护与控制航天科技重点实验室

交流阻抗测量中，运算放大器本身输入阻抗的存在导致容性泄漏，影响被测阻抗的准确性，且被测阻抗越高，容性泄漏对测量精度的影响越大．为此，针对高阻抗测量，提出了一种利用两步激励法同时获取运放输入阻抗与被测阻抗的测量方法，并... 详细信息

交流阻抗测量中，运算放大器本身输入阻抗的存在导致容性泄漏，影响被测阻抗的准确性，且被测阻抗越高，容性泄漏对测量精度的影响越大．为此，针对高阻抗测量，提出了一种利用两步激励法同时获取运放输入阻抗与被测阻抗的测量方法，并根据得到的被测阻抗值进行电桥双激励平衡的粗调整及所设计的增量迭代法进行电桥平衡的精调整，实现高阻抗的高精度测量．实验选择交流激励频率为1 kHz，参考阻抗固定为1 MΩ，被测阻抗在0.010～100 MΩ测量范围内，所得测量结果的阻抗模的相对标准偏差优于0.028%，相位角标准偏差优于0.8mrad．且当被测阻抗与参考阻抗接近时，阻抗模相对标准偏差达到0.003%的水平．

关键词：交流电桥高阻抗测量容性泄漏两步激励法增量迭代法

基于激光跟踪仪的超大型圆柱壳体内径检测方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：王正家丁聪闫昱霖程博熊聪湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室

为了对超大型圆柱壳体内径进行高精度测量，设计了超大型圆柱壳体可视化检测系统，提出了一种基于噪声分类的双边点云滤波和圆柱特征拟合的超大型圆柱壳体检测方法。首先，采用激光跟踪仪获取超大型圆柱壳体点云数据，并将点云数据所含... 详细信息

为了对超大型圆柱壳体内径进行高精度测量，设计了超大型圆柱壳体可视化检测系统，提出了一种基于噪声分类的双边点云滤波和圆柱特征拟合的超大型圆柱壳体检测方法。首先，采用激光跟踪仪获取超大型圆柱壳体点云数据，并将点云数据所含噪声分为大尺度噪声和小尺度噪声，采用多种滤波算法去除大尺度噪声，使用改进的双边滤波方法滤除小尺度噪声。其次，提出了一种圆柱特征拟合方法，实现了超大型圆柱壳体内径检测。最后，采集超大型圆柱壳体的真实点云数据进行实验验证。实验结果表明，相比传统的皮尺检测法和滚轮检测法，本文方法能更精确地拟合圆柱体，拟合实验中所得圆柱内径与实测值误差为0.21mm，相对误差为0.003%，与皮尺检测方法和滚轮测量法相比，误差降低了一个数量级，检测耗时在15s以内，提高了检测效率和检测精度。所提检测方法能为超大型圆柱壳体内径检测提供技术支持。

关键词：激光跟踪仪圆柱拟合高精度测量工业测量

多光谱硫化锌光学窗口离子束抛光工艺研究及参数优化

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光学精密工程 2024年第14期32卷 2247-2255页

作者：蔡根朱蓓蓓秦琳张楚鹏陈肖现代制造质量工程湖北省重点实验室湖北工业大学湖北武汉430068 上海航天控制技术研究所上海201109

多光谱硫化锌因其在近、中、远红外等多个光谱波段具有较高的光学透率,广泛应用于红外光学制导导引头、光电探测雷达、机载光电吊舱。为了获得超高面形精度的多光谱硫化锌光学元件,并提高离子束抛光效率,采用正交实验方法对硫化锌进行... 详细信息

多光谱硫化锌因其在近、中、远红外等多个光谱波段具有较高的光学透率,广泛应用于红外光学制导导引头、光电探测雷达、机载光电吊舱。为了获得超高面形精度的多光谱硫化锌光学元件,并提高离子束抛光效率,采用正交实验方法对硫化锌进行离子束单点刻蚀实验,获取各工艺参数下的去除函数特征量及体积去除率。通过对正交实验数据进行直观法分析和极差法分析,以体积去除率最大为目标进行工艺参数优化,获得的优化工艺参数组合为:离子束流电压1100 V、射频功率110 W、加速电压200 V、氩气流量7 sccm、加工距离30 mm。通过调控工艺参数获得不同的离子束束斑直径对口径为80mm硫化锌进行组合抛光,加工后的硫化锌面形精度PV值由467 nm下降到了71.506 nm、RMS值由112 nm下降到10.758 nm。以上实验结果表明,采用大、小束径离子束组合能够有效提升多光谱硫化锌光学元件的加工效率和面型精度。

关键词：硫化锌离子束抛光去除函数工艺优化极差分析

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薄膜反馈式节流器的结构设计

组合机床与自动化加工技术 2024年第3期 64-67,72页

作者：张楚鹏梅子进汤迎港湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

薄膜反馈式节流器因反馈精度高,常被用于液体静压转台中。目前,国内液体静压转台高精度缺乏、需求激增,为了提高转台精度,设计了一种新型薄膜反馈式节流器,以获得稳定的高刚度油膜,并采用Ansys进行双向流固耦合分析,获得液压油的流速和... 详细信息

薄膜反馈式节流器因反馈精度高,常被用于液体静压转台中。目前,国内液体静压转台高精度缺乏、需求激增,为了提高转台精度,设计了一种新型薄膜反馈式节流器,以获得稳定的高刚度油膜,并采用Ansys进行双向流固耦合分析,获得液压油的流速和压力分布;然后,对比PM流量控制器,结果表明随着入口压力的增加,两者的薄膜最大变形量均呈近似线性关系递增,其递增率仅相差0.11,因此证明所设计的节流器是合理可行的;最后,对基于薄膜反馈式节流的液体静压转台进行性能测试,结果表明转台的各项性能指标均能达到要求:承载力大于1000 kg、刚度大于2077 N/μm、轴向跳动小于1μm,表明设计的节流器是合理可行的。

关键词：液体静压转台薄膜反馈式节流器双向流固耦合变形量

基于马赫-曾德尔点衍射的双模式定量相位成像研究

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光学学报 2024年

作者：董正琼王婧怡谢怡君李泽迪祝仁龙聂磊朱金龙湖北工业大学现代制造质量工程湖北省重点实验室华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室

为解决传统离轴数字全息干涉仪无法兼备反射和透射测量模式的局限，提出了一种基于马赫-曾德尔点衍射干涉的双模式定量相位显微成像方法，显微成像部分与干涉部分相对独立。使用透射照明或反射照明时，经过显微系统的物光束进入马赫-曾... 详细信息

为解决传统离轴数字全息干涉仪无法兼备反射和透射测量模式的局限，提出了一种基于马赫-曾德尔点衍射干涉的双模式定量相位显微成像方法，显微成像部分与干涉部分相对独立。使用透射照明或反射照明时，经过显微系统的物光束进入马赫-曾德尔点衍射光路后，通过分光比为9:1的分束器将其分束，使用9/10的一束通过针孔滤波器低通滤波后的作为参考光，保证与1/10的另一束物光具有相近的强度并形成干涉。实验结果表明，其在透射模式下测得石英基底表面刻蚀深度的结果为101.0±1.6nm，与标称值100.5±4.0nm相比，相对误差约为0.50%，其在反射模式下测得硅基底表面深沟槽刻蚀深度的结果为210.7±1.5nm，与商用白光干涉仪测量均值212.4nm相比，相对误差约为0.80%，验证了所提出双模式定量相位成像测量方法的有效性。

关键词：离轴数字全息马赫-曾德尔干涉仪点衍射双模式定量相位显微成像