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系統識別號 U0026-1302201803481800
論文名稱(中文) 飛秒雷射誘發316L不銹鋼表面微奈米結構之研究
論文名稱(英文) Study of Femtosecond Laser Micro-nano-structural Surface Inducing on 316L Stainless Steel
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Engineering Science (on the job class)
學年度 106
學期 1
出版年 107
研究生(中文) 朱靜宜
研究生(英文) Ching-I Chu
學號 N97031222
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-趙隆山
口試委員-周榮華
口試委員-黃登淵
中文關鍵字 飛秒光纖雷射  316L不鏽鋼  微奈米結構  田口方法  雷射誘發週期表面微結構 
英文關鍵字 Femtosecond Laser  316L stainless steel  Micro-nano structure  Taguchi method  LIPSS 
學科別分類
中文摘要 心血管疾病若嚴重到無法用藥物控制,需要進行血管繞道手術或放入血管支架,在血管阻塞的部位進行血管的擴張。目前市售血管支架主要有三種,一般金屬支架、塗藥金屬支架、全吸收式生物血管支架,各有其優缺點。本論文期望以飛秒光纖雷射誘發週期表面微結構技術,在316L不鏽鋼金屬表面製作微結構,目標為親水結構達到血清接觸角<20°,解決市售支架的缺點。
本研究利用田口實驗設計方法設計L18直交表作實驗設計,分別選擇八個控制因子,包含雷射重複頻率(MHz)、雷射功率(W)、Overlapping(mm)、掃描速度(mm/sec)、聚焦高度(mm)、掃描路徑、氮氣(L/min)、抽氣(L/min),並定義品質特性因子,以望小為理想指標,了解各種實驗設計對接觸角的影響,發現接觸角最小的最佳化參數為氮氣20(L/min) 、雷射功率1.2W、雷射重複頻率1MHz、Overlapping為0.009m、掃描路徑為直線掃描、掃瞄速度1200 mm/sec,此研究結果可以做為未來設計親水性結構的參考。
英文摘要 In the research, it is expected to make microstructures on 316L stainless steel surface by the surface treatment technology of femtosecond laser. The goal is that the resulting hydrophilic structure can reaches the serum contact angle smaller than 20 degrees. The produced structure could help to solve the shortcomings of the commercially available stents.
In the work, the Taguchi method is utilized to design the experimental study with the L18 orthogonal table. Eight control factors are chosen, including laser repetition frequency (MHz), laser power (W), overlapping (mm), scan speed (mm/sec), focus height (mm), scan path, nitrogen flow rate (L/min) and suction flow rate (L/min). The quality characteristic is the contact angle and the smaller-the-better (STB) is selected.

From the experimental data, it can be understood that the influences of the control factors on the contact angle. The optimal combination of the control factors is that the nitrogen flow rate is 20 L/min, the laser power is 1.2 W, the laser repetition frequency is 1 MHz, the overlapping is 0.009 mm, the scanning path is linear scan, the scanning speed is 1200 mm/sec. The resulting contact angle can reach 13.03 degrees. It is expected that the study results can be used as a reference for the future design of hydrophilic structure.
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 XII
目錄 XIV
表目錄 XVIII
圖目錄 XIX
符號表 XXII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 4
1.3文獻回顧 4
1.4 論文架構 10
第二章 飛秒雷射 11
2.1雷射物理基礎 11
2.1.1雷射產生的機制 11
2.1.1.1原子的能階 12
2.1.1.2受激輻射與自發輻射 12
2.1.1.3能階的壽命 13
2.1.1.4雷射產生的機制-光的受激輻射放大 13
2.2雷射產生條件—雷射工作物質 14
2.3雷射產生條件 - 外界激發的方式 16
2.3.1光汞式雷射 16
2.3.2電激式發雷射 16
2.3.3化學反應式激發雷射 16
2.3.4熱激發式雷射 16
2.3.5核能激發式輻射 16
2.4雷射產生條件 - 光學共振腔 17
2.5雷射光束特性 18
2.6輸出能量和功率 18
2.7空間分佈特性 19
2.7.1高斯光束及其聚焦 19
2.7.2發散角 19
2.8時間分佈特性 19
2.8.1連續式雷射 19
2.8.2普通脈衝雷射 20
2.8.3調Q脈衝雷射 20
2.8.4超短脈衝雷射 20
2.9偏振特性 20
2.10雷射與物質的相互作用 21
2.11飛秒雷射加工技術 21
2.12飛秒雷射加工機制 22
2.13多光子吸收的閾值 23
2.14飛秒雷射誘發週期表面微結構加工原理 23
2.15飛秒雷射誘發週期表面微結構加工機制 26
2.15.1因材料缺陷所引起的干涉[14] [15] 26
2.15.2表面電漿波(surface plasmon polariton, SPP )引起的干涉[14] 28
2.15.3次波長結構(sub-wavelength periodis structure) [16]。 28
第三章 實驗設計法 30
3.1實驗設計法 30
3.1.1田口方法簡介 30
3.1.2因子種類 31
3.1.3直交表 31
3.1.4訊號與雜訊比 31
3.1.5因子反應分析 33
3.1.6雷射加工設計參數 34
第四章 實驗儀器介紹 36
4.1試片Marking流程 37
4.2試片清潔流程 38
4.3超音波震盪機 40
4.4 DB DIC金相顯微鏡 41
4.5 自動接觸角分析儀 43
4.5.1設備型號:FTA125 44
4.5.2檢測原理 45
4.5.3使用前針筒裝入蒸餾水步驟: 46
4.5.4接觸角量測機台操作步驟: 46
4.5.5標準校正球校正步驟: 46
4.5.6量測Contact Angle(樣品的部分) 51
4.6高解析熱場發射掃描式電子顯微鏡 52
4.6.1設備主要結構 53
4.6.2二次電子的成像原理 53
4.6.3背向散射電子的成像原理 54
4.6.4鍍金機 54
4.6.5 SEM試片製備要求條件 55
4.7高重複頻率飛秒光纖雷射 55
4.8田口方法 56
第五章 實驗結果與討論 59
5.1飛秒雷射加工結果探討 65
5.1.1 田口方法初步結果:S/N比因子計算及分析 65
5.1.2田口方法初步結果:品質特性計算及分析 68
5.1.3控制因子的分類 70
5.2確認 71
5.3預測 72
5.4確認實驗 74
Reference 82
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