脉冲激光加工高分子材料.pdf

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1、脉冲激光加工高分子材料袁枭(湖北工程学院，湖北孝感432000)摘要：随着社会的发展，在医疗以及光学等一些领域，高分子材料得到了越来越广泛的应用，同时对高分子材料的加工要求也越来越高。激光加工技术因为它咱身独有的特点也越来越受到关注。在很多的领域中运用了脉冲激光加工技术，此项技术在今后的工业发展中会起到重要作用，为我国工业的发展做出一定的贡献。关键词：脉冲激光；加工；高分子材料高分子材料因其良好的透明性、耐腐蚀性以及生物相容性而在很多工业方面得到广泛应用，而且已经走进了很多的家庭，在我们身边随处可见，例如塑料、合成纤维、合成橡胶等。通过激光加工高分子材料，使得高分子材料在很多领

2、域得到更好的应用。1脉冲激光折射率改性高分子材料的折射率是和它的化学组成、分子取向、链间结合力以及热历史有关，和它的密度是成正比的。激光来诱导高分子材料的改性技术和其他改性技术相比较，会对材料的性能产生最小的影响，特别是那些力学性能较优异但是表面性能不好的生物材料，激光技术加工能够在材料的表面打破原来的化学键，形成新的化学键，通过这种方式来改变材料的特性。1993年研究者发现激光辐照玻璃后导致了折射率的升高，他们一致认为这是一种光化学反应，是因为分子侧链分离，使得局部的密度升高，造成折射率升高的情况。超短脉冲激光的峰值功率非常高，能够实现多光子的吸收，研究者使用飞秒激光通过较低

3、能流密度对有机玻璃进行改性，达到了提高折射率的目的，从而得出结论，高分子解聚和交联会导致折射率提高。还有一些研究者飞秒激光改性机制是化学键弱化或应力相关机制。还有的研究者发现折射率是激光辐照形成的应力改变的。综上所诉，飞秒激光提高折射率有三方面原因：一、飞秒激光提高了高分子材料对光的吸收，使得折射率提高了；二、断链产生的不饱和末端基提高了折射率；三、激光辐照提高了热稳定性，也导致了折射率的提高。2激光烧蚀产生表面周期结构脉冲激光辐照在高分子材料表面会形成表面周期结构，这种现象存在波长效应。高分子材料大多是不吸收长的波长激光的，只有在激光强度极高时才能进行多光子吸收。表面周期结构

4、是通过改变激光波长与偏振态等来改变表面结构的。研究者发现非晶态壳聚糖表面非常容易形成LIPSS，它是可以有效吸收激光的。研究者研究高分子材料表面的化学改性，得出结论，193nm波长激光对于壳聚糖的微观结构是没有作用的，不会导致机构的改变，但是对于聚乙烯吡咯烷酮表面产生了作用，出现了碳化的问题。这些表面激光改性对于高分子材料的表面影响是非常小的，因此不是在化学作用下形成的LIPSS，导致LIPSS形成的机理为：其一，在入射激光束和散射光的共同作用下，在高分子材料的表面产生激光的调制；其二，激光的强度调制转化成高分子材料表面结构改性的物理过程。这两个过程形成了一个反馈的机制。激光辐

5、照导致材料表面的热化，致使高分子链产生扩散，在激光脉冲的作用下热化与冷却交替产生，形成了LIPSS。3激光烧蚀产生表面多孔结构高分子材料表面的孔洞是负压在材料表面的热化层形成的。孔洞的形成主要是应力在其中起的作用，应力使得高分子材料的粘度下降了。高分子材料自身的孔洞在温度上升与盈利下降的情况下变大了。研究者发现248nm激光辐照能够使得胶原薄膜的链结构稳定性发生改变，胶原主链产生光热分解，激光烧蚀通过光机械作用，还有少量的热分解以及光化学反应。紫外激光烧蚀技术能够产生表面重组以及极性基团，如羟基、羧基等，提高了高分子材料表面的润湿性，会对蛋白质的吸附和生物接触性能产生一定影响，

6、从而提高了材料表面的活性，改善了生物的相容性。4激光加工块体材料激光加工的能力决定于高分子材料对不同波长光的吸收特性，大部分的透明高分子材料的吸收能力很弱，如果入射激光的光子能量大于高分子材料的化学键能，就能够打破化学键材料，被分解成单体，进行烧蚀，这是光化学反应，产生最小的热影响。研究人员发现248nm波长激光可以使高分子材料产生分解，是一种热特性。还有研究者发现激光加工边缘有着热退伙产生的球晶以及快速冷却产生的非晶热影响区。还有人发现激光加工会产生热膨胀、热累积效应。综上所诉，激光烧蚀过程会有一个高温过程，有热影响区，透明的高分子材料通过激光后会产生光热效应，对于光化学烧蚀

7、来说，波长和能量密度是非常重要的。5应用脉冲激光加工高分子材料在微光机电系统和医疗领域有非常广泛的应用，可以制备相关的的器械。激光加工高分子材料产生的LIPSS在塑料太阳电池、医用植入体及生物芯片等器件上都有广泛的应用；激光烧蚀产生的多孔表面在电子、能源及医疗保健中有广泛的应用；材料表面的润湿性能够影响流体的阻力，从而影响微通道里的分离比；激光能量能够得到有效的吸收，且对材料的热损伤最小，能够实现精密加工等。6结语脉冲激光加工高分子材料的机理是非常复杂的，每个不同的加工工艺需要不同的激光加工