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超构表面:设计原理与应用挑战(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

定向凝固结构功能一体化氧化铝基共晶复合陶瓷研究进展

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材料工程 2024年第9期52卷 34-46页

作者：谭雪苏海军刘园姚佳彤姜浩余明辉西北工业大学凝固技术国家重点实验室

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求，因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物... 详细信息

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求，因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物共晶复合陶瓷是近年来发展的一类用于超高温氧化环境中长期服役的结构功能一体化复合材料。该类材料具有高熔点，低密度，优异的高温强度、高温蠕变性能等特性，同时兼具光学、电磁学、生物学等功能特性。本文综述了以Al2O3基材料体系为代表的定向凝固结构功能一体化共晶陶瓷的发展现状，总结出定向凝固共晶陶瓷的制备方法、技术原理和生长特点。重点阐述系列Al2O3基共晶陶瓷的凝固微观组织与结构特征，分析复合陶瓷的力学、光学、磁学和生物特性等性能及影响因素，并介绍其特点优势和应用范围。最后，总结定向凝固结构功能一体化共晶复合陶瓷在工程应用方面所面临的挑战和关键瓶颈，提出了共晶复合陶瓷材料在成形技术创新、综合性能提升、新体系开发等方面发展的主要方向。

关键词：定向凝固结构功能一体化 Al2O3 共晶复合陶瓷

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面向室外应用的重复频率锁定皮秒脉冲光纤激光器

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中国激光 2024年第2期51卷 10-18页

作者：姚波段典豆贤安陈雨君刘孝兵毛庆和中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037 国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026

本文报道了一种可满足室外应用的具有重复频率锁定功能的皮秒脉冲光纤激光器。通过选用Figure-9光纤激光器结构,并通过优化腔结构来调控非线性,确保了激光器的快速锁模自启动功能;采用低导热材料绝热封装创建“恒温”微环境,松弛了室外... 详细信息

本文报道了一种可满足室外应用的具有重复频率锁定功能的皮秒脉冲光纤激光器。通过选用Figure-9光纤激光器结构,并通过优化腔结构来调控非线性,确保了激光器的快速锁模自启动功能;采用低导热材料绝热封装创建“恒温”微环境,松弛了室外环境下锁定重复频率对PZT频率调谐执行器件调谐量的要求。以此为基础,设计并研制了质量仅为3 kg的10 MHz、20 ps锁模光纤激光器样机。在室温、极端温度(-40℃或50℃)和振动(加速度为1.5g)环境下,该激光器样机都能保持快速锁模自启动和重复频率锁定功能;在室外环境下,该激光器样机的重复频率锁定功能可抵御夏季高温环境下的10℃温度波动。

关键词：激光器锁模激光皮秒脉冲重复频率锁定环境温度

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MXene基水凝胶在创面修复领域的应用

中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3486-3493页

作者：何蕊李重一王瑞瑶曾丹范代娣西北大学化工学院陕西省可降解生物医用材料重点实验室陕西省生物材料与发酵工程技术研究中心陕西省西安市710127

背景:MXene基水凝胶是一类纳米复合的多功能性水凝胶材料,在慢性创面(如糖尿病足、压疮、癌症及外伤性溃疡等)修复领域有广阔的应用前景。目的:综述MXene基水凝胶的优势及其在创面修复领域的应用和相关作用机制。方法:检索中国知网、维... 详细信息

背景:MXene基水凝胶是一类纳米复合的多功能性水凝胶材料,在慢性创面(如糖尿病足、压疮、癌症及外伤性溃疡等)修复领域有广阔的应用前景。目的:综述MXene基水凝胶的优势及其在创面修复领域的应用和相关作用机制。方法:检索中国知网、维普、PubMed、Science Direct数据库中收录的文章,文献检索时限为2010年1月至2023年10月,中文检索关键词为“MXene,水凝胶,组织工程应用,创面修复”,英文检索关键词为“MXene,Hydrogel,Wound repair”,最终选取符合标准的70篇文献进行综述。结果与结论:MXene基水凝胶在创面组织工程应用中具有优异的力学、导电和光热性能及生物相容性和抗菌性等生物学功效,可以与其他有机物质和无机物质相结合,在水凝胶中产生更大的治疗作用。含有MXene的水凝胶可以结合创面监测、药物递送和缓释以及光热治疗等方式应用于皮肤创面。尽管MXene基水凝胶复合材料的设计和制备已经取得一些良好进展,但仍处于基础研究阶段,缺乏临床验证其功效性和安全性,具有很大发展潜力和应用空间。

关键词：纳米功能材料 MXene 水凝胶创面修复生物相容性创面监测药物缓释

无机材料飞秒激光3D打印技术研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 206-226页

作者：侯郑为刘少峰林琳涵李正操孙洪波清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器全国重点实验室北京100084 吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室吉林长春130012

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无... 详细信息

飞秒激光三维(3D)打印具有无掩模、高精度、高分辨率、真三维制造等特点,在复杂微纳3D结构制造上难以替代,基于双光子聚合打印技术,已经在微机电、微纳光电、微纳光子等复杂器件制备上展现出巨大的应用前景。随着共混掺杂技术及新型无机光敏材料的发展,高无机功能材料占比的飞秒激光3D打印为高性能器件制备提供了更多的可能性,极大拓展了微纳3D制造的应用能力。围绕近年来基于无机材料体系的飞秒激光3D打印方法,从无机组分工艺、激光打印能力、无机功能材料体系及应用等方面总结现有飞秒激光3D打印微纳器件应用、发展前景及面临的挑战,并展望飞秒激光打印无机3D微纳结构的新材料、新方法、新应用。

关键词：激光技术飞秒激光 3D打印纳米技术无机材料功能材料

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高疏水性双面结构生色棉织物的一步法制备

纺织学报 2024年第4期45卷 111-119页

作者：向娇娇柳浩欧阳申珅马万彬柴丽琴周岚邵建中刘国金浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室浙江杭州310018 中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315000 浙江省现代纺织技术创新中心浙江绍兴312000 省部共建生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室(青岛大学) 山东青岛266071

为能简便、快速地得到兼具双面结构色效果和高疏水性的棉织物,以聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA)胶体微球为结构单元,利用浸轧-焙烘一步法将其负载于棉织物上构筑高疏水性光子晶体生色结构。分析PTFEMA胶体微球的基本性能,探究PTFEMA胶体... 详细信息

为能简便、快速地得到兼具双面结构色效果和高疏水性的棉织物,以聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA)胶体微球为结构单元,利用浸轧-焙烘一步法将其负载于棉织物上构筑高疏水性光子晶体生色结构。分析PTFEMA胶体微球的基本性能,探究PTFEMA胶体微球组装液质量分数对棉织物结构生色效果和疏水性的影响,并提出结构生色棉织物的疏水机制。结果表明:PTFEMA胶体微球粒径均一,单分散性优异,适宜于构筑光子晶体;当组装液质量分数为20%~30%时,通过浸轧-焙烘一步法便可制备得到结构色明显、水接触角为140°左右的棉织物;PTFEMA胶体微球因自带含—CF_(3)基团而具有疏水性,加之光子晶体阵列增加了棉织物的粗糙度,双重作用下使得结构生色棉织物具备高疏水性。

关键词：棉织物光子晶体结构生色高疏水一步法功能性纺织品

DDP功能化UiO-66纳米颗粒的制备及其作为润滑油纳米添加剂的摩擦学性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第8期44卷 1064-1073页

作者：罗浩文李番番吴韦李旭光钱勇张梦晨刘建喜西北工业大学深圳研究院广东深圳518063 西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心陕西西安710072 国营四达机械制造公司陕西西安712000

金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料具有良好的机械性能、可设计的组成结构以及可调的表面物化性质,在润滑油纳米添加剂方面表现出潜在的应用前景,然而,MOFs纳米颗粒与基础油之间差的相容性限制了其进一步的发展.本文中... 详细信息

金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料具有良好的机械性能、可设计的组成结构以及可调的表面物化性质,在润滑油纳米添加剂方面表现出潜在的应用前景,然而,MOFs纳米颗粒与基础油之间差的相容性限制了其进一步的发展.本文中选择具有良好化学、机械和热稳定性的UiO-66纳米颗粒作为润滑油添加剂,并通过将3种不同分子链长和结构的二烷基二硫代磷酸(DDP)分子在UiO-66上进行组装.借助透射电子显微镜、X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光动态光散射和高频摩擦磨损试验机对DDP修饰前后UiO-66的微观形貌、物相组成、化学结构、粒径分布和摩擦学性能进行了研究,发现DDP分子可以通过配位相互作用组装在UiO-66纳米颗粒表面而不会破坏初始MOFs的形状尺寸和结晶性,DDP的修饰有效改善了UiO-66纳米颗粒在溶剂以及基础油中的分散稳定性,进一步将其作为润滑油纳米添加剂,可表现出良好的减摩抗磨性能,并能有效提高基础油的抗载能力以及综合摩擦学性能.最后,通过X-射线光电子能谱仪对其摩擦机理进行了研究,结果表明:DDP分子修饰的UiO-66纳米颗粒通过DDP在摩擦副表面形成了摩擦反应膜以及Zr-MOFs的“滚珠轴承”效应,有效减少了摩擦副表面的摩擦磨损.

关键词： MOFs UiO-66 表面修饰润滑油添加剂摩擦学性能

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飞秒激光诱导硅“网格状”条纹结构及初步应用

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中国激光 2024年

作者：李钊旭陈昊韩铭洋杨潇白石河北科技大学材料科学与工程学院材料近净成形技术河北省重点实验室理化学研究所先进光子学中心先进激光加工研究团队(日本)

飞秒激光辐照单晶硅诱导产生的周期性表面结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures, LIPSS)在先进光电器件、细胞生物与分子生物、先进界面/功能材料等领域具有广阔的应用前景。然而对于LIPSS的产生与形成机制仍然未被解释清楚... 详细信息

飞秒激光辐照单晶硅诱导产生的周期性表面结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures, LIPSS)在先进光电器件、细胞生物与分子生物、先进界面/功能材料等领域具有广阔的应用前景。然而对于LIPSS的产生与形成机制仍然未被解释清楚，为了探究周期性表面结构的形成条件及演化机制，本文利用飞秒激光对N型单晶硅进行辐照产生LIPSS。实验中观察到硅表面产生了三种纳米结构：低空间频率LIPSS (LSFL)、高空间频率LIPSS(HSFL)和由LSFL“劈裂”形成的条纹结构。研究中观察了三种结构的形貌以及探究了形成所需要的激光加工参数，并具体分析了由LSFL和HSFL构成的“网格状”结构的产生条件。研究发现，表面等离极化激元干涉以及自组织作用对“网格状”结构的形成起着至关重要的作用。最后，利用线性扫描的方式通过设计加工路径对结构色的应用进行了初步研究。

关键词：激光诱导周期性表面结构飞秒激光加工纳米结构硅结构色

含[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的紫外转红光聚乙烯膜的制备、表征及性能研究

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塑料科技 2024年第2期52卷 1-6页

作者：吴翠霞张赛男贺军辉中国科学院理化技术研究所、功能纳米材料实验室微纳材料与技术研究中心、光化学转化与功能材料重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

文章制备了含不同浓度转光剂[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的线性低密度聚乙烯(LLDPE)转光膜,并对其性能进行评估。扫描电子显微镜(SEM)结果表明:含[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的聚乙烯薄膜表面光滑,表面无颗粒物团聚。荧光光谱结果显示:转光膜... 详细信息

文章制备了含不同浓度转光剂[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的线性低密度聚乙烯(LLDPE)转光膜,并对其性能进行评估。扫描电子显微镜(SEM)结果表明:含[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的聚乙烯薄膜表面光滑,表面无颗粒物团聚。荧光光谱结果显示:转光膜在紫外区(200~345 nm)被激发,在红光区(600~700 nm)有强发射,发光范围与叶绿素的吸收范围相匹配,表明该转光膜可以吸收太阳光中对植物生长有害的紫外光,转换成植物生长需要的红光,有效实现光质调控。含1.0%[Eu(hfa)_(3)(TPPO)_(2)]的转光膜具有最高的荧光量子产率(66.38%)。自然光下,透过转光膜的光合光子通量密度(PPFD)在红光区提升,表明薄膜具有良好的转光性能。紫外-可见透射光谱显示:转光膜与纯LLDPE膜相比,透光性略微下降,表明转光膜具有良好的透光性。

关键词：稀土配合物转光剂转光膜转光性能线性低密度聚乙烯