仿生激光诱导的层次结构纹理：提升碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料的界面粘附性能

《Polymer Composites》：Bioinspired Laser-Induced Hierarchical Textures for Enhanced Interfacial Adhesion in CFRP Composites

CFRP通过双阶段激光处理形成仿生微纳结构，提升表面亲水性和机械互锁，剪切强度提高至28.5 MPa，同时实现环保可控的界面增强。

　　

摘要

碳纤维增强聚合物（CFRP）因其出色的强度重量比和耐用性而在先进工程应用中至关重要。然而，传统的表面处理方法往往无法精确控制表面形态，从而导致纤维损伤、表面污染和粗糙度不均，这些都会影响界面粘附性和机械性能。在这里，我们提出了一种两阶段、多模式的激光处理策略来提升CFRP接头的性能。在第一阶段，通过优化激光参数选择性地去除疏水树脂层，并在树脂表面构建仿生微/纳米结构（如玫瑰花瓣状的柱状阵列），从而提高表面的亲水性并实现可调节的润湿行为。进一步的激光处理会在暴露的碳纤维上形成规则分布的周期性表面结构（LIPSS），增强机械互锁效果并引入反应活性位点，为材料赋予额外的功能。在第二阶段，模仿树蛙脚垫和鱼鳞的层次结构被刻印在纤维表面，进一步增加粗糙度并实现超亲水性。这种双重处理显著提高了材料的抗拉剪切强度（从5.9 MPa提高到28.5 MPa），而TOF-SIMS分析结果证实了表面氧化和化学改性的效果。这种方法为先进CFRP复合材料提供了可控且环保的界面粘附性增强方案。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。