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PMMA疏水性表面的飞秒激光制备研究
飞秒激光制备疏水性表面的PMMA研究
摘要
PMMA材料疏水性表面的制备对于种种实际应用领域具有广泛的应用前景。本文利用飞秒激光进行PMMA表面处理，并研究了制备疏水性表面的变化规律。通过观测SEM图像、接触角实验等手段，确认了飞秒激光能够使PMMA表面发生微观和纳米级别的改变，达到反应出更好的疏水效果，对于让PMMA材料能在工程性领域得到更好的应用发挥具有现实意义。
关键词：飞秒激光，PMMA，疏水性表面，微观和纳米级别，SEM图像，接触角实验
引言
由于PMMA材料的特殊柔韧、明亮的颜色和高活性，近些年来得到了广泛的应用。然而，由于其表面能较低，PMMA材料的表面常常会形成液体扩展的状况，给生产和应用都带来了很多不便。疏水化表面，改善表面性质，是一种能否改进物质特性的方法。因此，目前许多研究利用化学改性、物理改性等手段来改善PMMA材料的表面性质。但是，改性过程中必须避免使用有毒有害的物质，否则会对健康和环境造成危害。飞秒激光作为一种非常理想的方法，可以用于表面物理加工，并且不会使物质受到污染。因此，利用飞秒激光制备PMMA材料表面的疏水性表面，具有重要的实际应用价值。
实验方法
实验中使用的主要仪器和试剂有：飞秒激光，高纳米材料切割仪，金属坩埚，苯和石油醚等。
1、试验制备
在开始实验前，将PMMA材料样品进行了预处理。选取样品大小为2.5cmx2.5cmx0.3cm，将其置于高温金属坩埚中，经过170℃的温控加热14h后进行干燥。当实验开始时，将样品放置于高纳米材料切割仪控制的加工台上，启动加工程序。飞秒激光器的输出功率为10-22mW，脉冲宽度为100fs，频率为100~1000kHz，波长为1030nm。通过调整加工参数，确定激光发射的时频，采用窄脉冲飞秒激光对样品表面进行加工处理。
2、SEM图像的观测
样品在飞秒激光作用下，表现出不同的微观和纳米级别的特征。使用扫描电子显微镜(SEM)对样品表面进行了观测。SEM的工作原理是用高能电子束从表面不断扫描生成像。观察到激光加工处理后，PMMA表面出现许多均匀的小孔，孔洞总直径范围为100nm~1μm。这意味着飞秒激光器能使PMMA表面的微观形态发生明显改变。
3、接触角实验
通过接触角实验，确定液体与样品表面之间的表面张力。实验前，我们先在两个面上浸润不同的溶液。将1μL的液滴分别滴到处理前后复制的两个实验片上。我们在水滴与样品表面接触的那部分画出一个圆，称之为水滴的前沿。多次实验后，可以看到接触角值从70°降到了25°。在多重实验后，能够看出，在飞秒激光作用下，PMMA表面的润湿性能得到了显著的提高。
结果与分析
通过实验后，我们观测到SEM图像、接触角实验等结果表明，飞秒激光可以使PMMA表面发生明显的微观和纳米级别的改变，因此具有反应出更好的疏水性能的功能。在实际应用中，使用飞秒激光制备PMMA表面更易于增加液体与物质表面的接触面积，从而使得液体更加容易流动，进而能在工程性领域得到更好的应用发挥。
结论
本文以PMMA材料的表面改性为研究对象，利用飞秒激光进行表面处理，并研究了制备疏水性表面的微观和纳米级别的变化规律。该实验证明了飞秒激光能够改善PMMA材料的表面性质，获得更好的工程应用价值，具有实际应用前景。未来相关研究可以在加工参数、实验方案和表面形貌等方面进一步完善，让其表现出更好的应用性能。