图19 激光清洗去除铝合金表面海洋微生物污垢的物理过程 。
这表明 ， 几乎所有类型的微生物污垢 ， 即使是对固体表面粘附力最强的微生物污垢 ， 都可以被烧蚀 。 此外 ， 利用高速摄像机拍摄到大量飞溅的微小颗粒状微生物污垢 。 这表明 ， 激光清洗也可以在表面施加力 ， 将微生物污垢粉碎成微小颗粒 。
遗憾的是 ， 测量微型生物膜吸收系数的技术目前还不成熟 ， 要获得微型生物污垢的准确物理参数也不现实 。 对于输出的1.06?μm波长激光 ， 由于微生物污垢的吸收能力较弱 ， 可以认为大部分激光通过表面微生物被Al衬底吸收 。 以下为本次分析中所做的具体假设 ， 并据此计算出衬底表面温度:
（a）激光脉冲形状为矩形 。
（b）铝合金基体具有足够的厚度 。
（c）1.06?μm波长激光被铝合金基体完全吸收 。
得注意的是 ， 热量仅由单个激光光斑内五个脉冲中的一个产生 。 实际上 ， 表面温度将远远超过微生物污垢的沸点 。 脉冲序列所累积的热量产生非常高的温度 ， 导致表面微生物污垢和材料瞬间蒸发 。
根据上述分析和讨论 ， 激光清洗为去除海洋工程材料表面的海洋微生物污垢提供了一种很有前景的替代方法 。 在未来的研究中 ， 可以对藤壶和贻贝等大型生物污垢以及激光清洗表面的功能进行研究 ， 以进一步扩大应用领域 。
5、结论
在这项工作中 ， 创新性地利用高效环保的高功率纳秒光纤激光清洗技术 ， 直接去除铝合金表面自然生长的化学复杂微生物污垢 。 对未清洁和清洁的样品表面的形貌和化学成分进行了检测和分析 。 主要研究结果有助于海洋除油和防污 。
（1）这项工作是利用环境友好的纳秒脉冲光纤激光清洗技术去除金属基底上海洋微生物污垢的一次尝试 。 可以成功去除复杂多样的微生物污染物 。
（2）主要有用激光注量在2.76?J/cm2和5.52?J/cm2之间 。 它可以实现优异的表面质量 。
（3）由于温度升高 ， 海洋微生物污垢的主要去除机制似乎是快速蒸发和烧蚀 。
（4）在清除微生物污垢后 ， 激光清洗也会导致金属表面熔化和微加工 ， 但这些都会对基底造成最小的损坏 。
（5）在特定激光通量下（5.52?J/cm2） ， 表面甚至具有额外的超疏水性 ， 这为定期使用防污提供了可行性 。
（6）激光清洗表面的抗菌粘附性和耐腐蚀性等功能需要进一步研究 。 由于平均功率的气候变化 ， 激光清洗目前不适合快速去除宏观生物污垢 。
（7）这项研究表明 ， 纳秒激光清洗技术在未来可用于清除关键轻型海洋结构物表面的海洋微生物污垢 ， 如海洋核动力装置、航空母舰、高速炮艇、战略石油储存装置和海上航天器 。
来源：Nanosecond pulsed fiber laser cleaning of natural marinemicro-biofoulings from the surface of aluminum alloy ， Journal of Cleaner Production ， doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118724
参考文献：A.W. Adamson A.P. Gast Physical Chemistry of Surfaces (sixthed.) John Wiley & Sons Inc. New York (1967)
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