通过改变飞秒激光的能量密度和扫描次数，分别采用90°和60°两种激光交叉线扫描方式，在钛合金表面制备了一系列方形和菱形微结构，系统地研究了飞秒激光参数对表面形貌和润湿性的影响。利用 X射线光电子能谱测量分析了激光织构前后的表面化学成分变化。结果表明：表面结构的轮廓形貌更加依赖于激光的能量密度，而扫描次数主要影响结构的特征尺寸。不同的飞秒激光参数下获得的织构钛合金表面表现出不同程度的亲水性提升。较高的激光能量密度和扫描次数有利于增大钛合金表面的粗糙度，同时导致大量的金属氧化物富集，从而促进了液滴的浸润。

以壳寡糖(COS)为碳前驱体, 三嵌段共聚物(F127)和正硅酸乙酯(TEOs)为模板剂, 通过溶胶-凝胶法制备了一种用于超级电容器的原位氮掺杂介孔碳材料(COS-NMC-x)。借助质谱仪、TG-DTG、XRD、Raman光谱、N2吸附/脱附、XPS、FT-IR、亲水性以及电化学评价等手段对材料进行了表征, 以研究材料的物化性质和电化学性能。结果表明, COS-NMC-x材料的比表面积、孔容、氮原子数分数随超声时间的增加呈先增后减的趋势, 当超声时间为15 min时, 样品的比表面积、孔容、氮原子数分数到最大, 接触角最小, 分别为144.94 m2·g-1、0.19 cm3·g-1、7.59%和23.16°。同时对COS-NMC-x进行了电化学性能评价, 在电流密度为0.5 A·g-1时, 样品的比电容为189 F·g-1, 远高于同组其他材料, 说明较大的孔隙结构和氮原子数分数等有利于材料的电化学性能提升。在10 A·g-1下经过5 000次循环之后, 该材料的电容保持率达到114%, 表现出良好的电化学性能, 在超级电容器应用方面展现出巨大的应用潜力。

利用飞秒激光扫描医用锆基块体非晶合金表面制备直线结构,通过扫描电镜观察分析试样表面微观形貌变化,使用接触角测量仪测量加工前后及放置3个月后试样的接触角,并同时使用X射线光电子能谱仪对表面化学成分进行测量分析,最后利用电化学工作站测试其耐腐蚀性。从测试结果可以看出:加工前的锆基块体非晶合金表面表现出一定的亲水性,通过飞秒激光处理后,变为超亲水;在室内用密封袋封装3个月后,飞秒激光加工后的表面的接触角显著增大;测量加工前后样品腐蚀时的开路电压分别为-0.96 V、-0.93 V。经飞秒加工后的非晶合金开路电压更高,与未加工样品相比耐腐蚀性更强。实验结果表明:经飞秒激光表面处理后的非晶合金具有更好的亲水性和耐腐蚀性,增强了作为医用植入体在人体内的适用性。

通过248 nm KrF准分子激光辐照,可以快速地制备PA2200材料三维(3D)打印件亲水性表面,打印件表面接触角从120°减小至70°,且辐照后打印件相结构未发生变化。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段,进行打印件的表面形貌、微观结构、极性官能团种类和数量的变化分析及Cassie-Baxter模型分析,结果表明KrF准分子激光辐照PA2200材料3D打印件可以使打印件表面变得光滑,同时可以产生C=O双键亲水性基团,改善并调控打印件表面浸润性。

在聚酰亚胺材料上加工用于喷墨打印头的喷孔时, 广泛采用激光打孔后填充亲水聚合物使喷孔内壁具有一定的亲水性, 从而有利于提升打印头的工作频率。为了简化喷孔的制备工艺, 本文提出一种使用氧气与氩气混合等离子体处理的方法, 在引入亲水基团的同时增大表面粗糙度, 克服通常等离子体处理中聚酰亚胺表面亲水性随着时间增加而逐渐丧失的局限, 以期能够长时间维持亲水性。实验结果表明, 经过长时间放置后, 聚酰亚胺表面能够维持一定的亲水性, 表面的接触角能够保持在50°~60°。最后, 通过仿真分析验证了亲水性提升对于喷墨打印中墨滴填充的有利影响, 墨滴填充时间由140 μs缩短至70 μs。

自修整能力是评价亲水性固结磨料研磨垫加工性能的重要指标。本文选择不同浓度的乙醇水溶液作为研磨介质, 表征了亲水性固结磨料垫基体在研磨介质中的溶胀率与砂浆磨损速率, 探索了亲水性固结磨料垫在不同研磨介质条件下研磨石英玻璃的加工性能, 采用亲水性固结磨料垫在不同阶段的材料去除速率变化(Material Removal Rate Variation, MRRV)衡量固结磨料垫的自修整能力。结果表明: 随着研磨介质中乙醇浓度的增加, 溶胀率与砂浆磨损速率均增大, 分别达到了1.05%与5.5 mg/h, 不仅研磨垫的材料去除率与表面质量得到了提高, 同时, 不同阶段的MRRV大幅减小, 体现了更优的自修整能力。当乙醇浓度为25%时, 平均材料去除率达到11.82 μm/min, 表面粗糙度Ra为75 nm, 磨料垫具备了良好的加工性能。研磨介质中引入乙醇能有效提高固结磨料垫的加工性能。

利用等离子体处理单层石墨烯, 并制成pH传感器, 通过接触角仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜表征石墨烯处理前后微观结构, 探究等离子体处理对石墨烯pH传感器灵敏度的影响。随等离子体处理时间增加接触角逐渐减小,亲水性提高。在拉曼光谱中, 处理后的石墨烯出现了D和D′两个明显的缺陷峰, 同时2D峰宽化。分析X射线光电子能谱, 确定了缺陷的类型和引入的含氧官能基团类型。运用原子力显微镜研究了处理前后石墨烯的微观形貌, 发现处理后石墨烯的面粗糙度增加。在最佳条件下, 等离子体处理的石墨烯pH传感器灵敏度较未处理之前提升了约300%。

紫外/臭氧改性法是一种操作简单、 成本低廉的PDMS表面亲水改性方法。 采用该方法对PDMS表面进行亲水改性, 利用接触角测量仪对改性效果进行评价, 并与PDMS无臭氧紫外法进行了比较。 测试表明PDMS表面经紫外/臭氧法处理12小时后, 表面接触角达到60°左右, 在空气中放置两周后仍保持较好的亲水性。 其改性机理可以通过多种表征手段进行分析。 红外光谱测试可以看出, PDMS在经过紫外/臭氧改性后, 其表面官能团变化明显, 随改性时间延长, 疏水基团—CH3逐渐减少, 亲水基团Si—OH和—OH逐步增加, 二氧化硅典型红外光谱峰也同时出现。 通过扫描电镜和能谱测试可以看出, PDMS表面经过改性产生了二氧化硅为主的硅的氧化物。 综合上述结果, 紫外/臭氧处理法能够使PDMS表面亲水基团增多, 同时生成类玻璃态SiOx薄层, 既改善了PDMS表面的亲水性, 又阻止了PDMS表面疏水性的完全恢复, 亲水性可以长时间保持。

主要分析了黑矩阵残留程度与SiNx、SiON、SiOx等基底表面亲水特性的关系，研究了等离子体处理对基底表面亲水特性以及黑矩阵残留的影响。首先，通过原子力显微镜和扫描电子显微镜对黑矩阵在不同基底表面的残留颗粒大小、表面粗糙度进行了测试。然后，使用接触角测试仪对不同基底表面的亲水特性进行了表征，分析了表面亲水特性和黑矩阵残留程度的关系。最后，研究了等离子体处理条件对基底表面亲水特性的影响，提出了采用O2/He等离子体对基底表面进行改性来解决黑矩阵的残留问题。实验结果表明：基底表面的水接触角越小、亲水性越强，黑矩阵在基底表面的残留越少；O2/He等离子体表面处理使基底表面的水接触角从17°降低到3°，增强了基底表面的亲水特性，并且黑矩阵工艺之后基底表面的粗糙度从3.06 nm降低到0.69 nm，消除了黑矩阵的残留。

为增强聚苯乙烯(PS)与聚乙烯醇(PVA)之间的结合力，进而提高PS-PVA双层空心微球存活率。利用臭氧化改性法在酸性介质中对聚苯乙烯薄膜进行表面改性，用红外光谱对处理后的表面进行了半定量的分析。结果表明：改性过后聚苯乙烯表面产生羟基、羰基等极性基团；接触角测试证明，处理后的表面由憎水变为亲水，并通过纳米压痕划痕法得到了处理前后PS与PVA薄膜之间的相互作用强度，臭氧化改性后PS与PVA膜间作用强度增大了40%。