为了研究266 nm纳秒固体激光在聚苯乙烯（PS）上打孔的材料去除机理、工艺规律和优化工艺参数,采用了单因素实验法和正交实验法进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究。分析了材料的去除机理,得到了脉冲数量、脉冲能量以及离焦量对微孔直径和深度的影响规律,获得了满足要求的工艺参数的优化组合。结果表明,单脉冲打孔条件下,脉冲能量为0.110 mJ时加工出的微孔形状规则、圆度较好以及重铸层宽度较小,脉冲能量为0.500 mJ时,加工出的微孔形状和圆度质量变差,重铸层宽度增大; 多脉冲打孔条件下,脉冲能量为0.040 mJ时,加工出的通孔入口处无重铸层,去除机理以光化学作用为主,脉冲能量为0.390 mJ时,加工出的通孔入口处重铸层较为明显,且入口边缘出现过烧蚀现象,去除机理以光热作用为主; 脉冲能量和离焦量对孔径影响较大,脉冲数量和正离焦量对孔深影响较大; 正交实验得到的优化参数组合为脉冲数量50、脉冲能量0.021 mJ、离焦量0 μm时,可以加工出质量较好的微孔。本研究为266 nm纳秒激光加工聚苯乙烯靶球提供了参考依据。

具有通孔结构的金刚石在高精度引线成形及高功率微波器件散热领域具有广阔的应用前景。使用激光技术对自支撑多晶金刚石膜进行微孔加工，并采用场发射环境扫描电子显微镜对微孔进行形貌分析。当激光功率达到17.6 W时，微孔表面发生破坏和断裂，断裂位置有明显的条纹结构，这可能是热应力引起的裂纹扩展、互连形成的。采用激光共聚焦扫描显微镜测量微孔剖面，进一步分析微孔锥度的变化，结果表明：微孔上端内表面粗糙，微孔锥度随着激光功率的增大而增大。使用激光拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪进行表面成分表征，以分析激光功率对微孔外表面及内表面的影响，以及缺陷产生的原因。结果显示：沉积物的主要成分为石墨，且石墨化程度随着激光功率的增加而增大。能量在向下传递过程中被金刚石吸收，并使金刚石石墨化；微孔下端接收的能量减少，因此微孔最终呈现为锥形。通过引入金刚石烧蚀阈值进行分析，揭示了激光微孔加工过程中的材料去除机理及微孔成形过程。在高激光功率下，微孔外表面出现破损，内表面出现明显的条纹状结构。微孔外表面及内表面的石墨化程度均随着激光功率的增加而增大。随着激光功率的增加，微孔锥度减小，微孔垂直度变好。激光在加工过程中对微孔内表面应力的影响大于对微孔边缘位置应力的影响。

石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求，开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳(R-HC)，并在NH3/Ar气氛中退火，得到了氮掺杂的多孔硬碳(N-HC)。N-HC具有丰富的超微孔结构(孔径< 0.75 nm)和较大的层间距(约为0.39 nm)，使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10?傆b8 cm2·s?傆b1。在0.27 C 和2.7 C (1 C=370 mA·g?傆b1)条件下，N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 mA·h·g?傆b1和269.2 mA·h·g?傆b1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高，N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。

在电子产业、航空航天、医药、汽车、微机电器件等领域，精密微孔是器件、功能部件上的重要结构单元。当前超短脉冲激光精密微孔制备缺乏高稳定、体积小、低成本的旋切加工系统。针对一百到几百微米尺寸的精密微孔加工需求，设计了一种基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，并对系统的反射像和公差进行了分析。通过采用摄远结构设计和对称设计，大幅缩短了系统镜头总长，设计结果为加工孔径范围100~400 μm，最大加工深径比10∶1。搭建了基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统，对制孔效果进行了实验验证，制孔结果显示，基于扫描振镜的超短脉冲激光旋切制孔光学系统能实现高精度的微孔制备。

为实现孔径和锥度可调的微孔加工，设计研制了一种基于双振镜组联动与Z轴上下移动的五轴四联动激光旋切系统。建立了微孔激光旋切物理模型，首先利用边缘轮廓确定微孔形状，再通过分层回型填充方法确定每个激光作用点的位置；然后基于聚焦光束不被遮挡和振镜偏转整体运动量少的原则，确定四个振镜的偏转角度；通过改变边缘轮廓端点数据，可分别实现方孔尺寸和锥度的灵活可控。采用15 W紫外皮秒激光器、两套相同的振镜和焦距为32 mm的远心透镜，配合三维平移工作台，搭建了激光旋切硬件系统，自主开发了多边形激光旋切控制软件。实验采用分层降焦打孔的方式，在厚度为250 μm的氮化硅材料上实现了55 μm×55 μm规格的正锥、零锥、负锥方形微孔的加工，并且还实现了不同孔径（30~80 μm）零锥方形微孔和三角形、五边形、六边形等其他形状微孔的加工。

聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7~2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm²。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为“光化学蚀除”。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。

为解决具有MFI拓扑结构的沸石类分子筛(TS-1)孔道适用性窄的问题, 以原位晶化法合成核壳型介微孔复合分子筛xMCM-41@TS-1。结果表明: xMCM-41@S-1具有结晶完整的微孔核相和孔道规整的介孔壳层, 可以有效提高反应传质效率、降低扩散阻力, 促使活性钛中心的有效利用, 同时介孔复合结构有利于缩短物质的扩散路径, 使微孔中的积碳前驱体能及时扩散到表面。催化性能结果表明, xMCM-41-41@TS-1在丁二烯环氧化和环己烷氧化反应中的催化活性分别可以达到TS-1的3倍和2倍, 且循环稳定性远高于TS-1。