激光诱导空化微制造新技术及应用基础研究

本项目提出了一种激光诱导空化微制造新技术，利用激光及激光产生的空化效应对工件进行加工、处理和操作。首次提出通过光学分焦技术，实现激光与空化复合加工，提出利用激光诱导的空化微射流代替实体冲头进行微型零件的成形加工，实现"软"冲压成形；提出利用空化的流体力学作用，实现微细零件的精密装配；从理论和实验方面分别对激光诱导空化、空化微射流加工、激光-空化复合效应、微射流冲压成型、空化微体推动以及相关科学问题进行研究；利用耗散颗粒动力学结合分子动力学、有限元、边界元以及晶体弹塑性模型，对加工过程的介观、微观层面进行数值仿真。通过该项目的研究，有望获得一种全新的微制造工艺，并在液、汽、固多相微流体动力学方面有所突破，具有重要的理论和现实意义。

本项目首先对激光诱导空化水下加工进行了基础性的研究，分别对激光能量、焦点位置等参数对水下激光加工的效果进行了实验研究，对铝箔、ITO薄膜和导热硅胶的激光水下加工进行了系统性的实验研究，为后续的研究提供了基础性实验数据，设计和搭建了激光空化实验平台，自主设计激光光路系统，在线成像系统等；同时采用格子Boltzmann方法对空泡的动力学特性进行数值计算，得到不同焦点位置的空泡流场特性，利用Fluent仿真软件VOF方法对管道内空泡的特点进行仿真研究。. 本项目首次提出利用激光空泡溃灭阶段产生的射流作为推动力，推送磨粒对微孔进行抛光，对激光空泡微孔抛光进行了实验研究。同时利用空泡射流成功的对纯铝薄膜进行了微冲压成型，得到了表面质量较好的圆形和方形微冲压成型效果。项目同时对单脉冲激光转移碳化硅进行了系统的研究，研究了1064nm激光下单线结构和大面积涂层的制作，研究了激光诱导转移铜箔。. 最后对激光诱导空化在生物科技上的应用进行了研究，对单细胞传送光路与控制系统进行开发，进行细胞性能检测芯片设计与制作，研究细胞热作用和力作用，对激光诱导单细胞进行传送实验。提出了一种新的激光诱导单细胞传送技术，利用牺牲层吸收激光能量，作用于表面培养基，形成空化效应，实现对游离细胞和贴壁细胞的传送。利用激光诱导单细胞传送技术对酵母细胞和海拉细胞进行传送，研究分析该技术中各参数对传送细胞的数量、尺寸、存活率以及后期培养恢复的影响，验证其在游离细胞和贴壁细胞中的应用。该项目的开展实现同时满足游离细胞和贴壁细胞的传送，同时实现细胞单个传送，对疾病病理和诊疗具有重要意义。