To enhance biocompatibility between the orthopedic implant stem and obsteoblast cells, bone-forming cells, micro-size holes are patterned in Ti plate surface. Initially, the house built laser power stabilization system is applied to the laser micro patterning machine to convince repeatable result. Various pulse widths are irradiated Ti plate and relationship between diameters of patterned holes and pulsed width is derived. Effect of multi pulse is observed and optimal pulse number is considered to avoid heat affected zone. After MG-63 osbeoblast cells are cultured, micro patterned Ti plates are compared with control plates. In SEM image, cells are well aligned and aggregation is observed in both 60, and $100{\mu}m$ patterned plates. Finally, free form surface stem model is prepared to test micro hole patterning.
Laser zone texture technology is widely used to enhance the tribological performance of high areal density media. This work investigates the transient process of melting and microscale surface deformation upon pulsed laser heating of Ni-P hard disk substrates by PLIC(Piecewise Linear Interface Calculation) method. The present results are compared with both the experimental and the Donor-Acceptor method results. It is found that the results from PLIC method are better than those of Donor-Acceptor method and they are in good agreements with the experimental results.
The laser surface modification has been reported for its functional applications for improving tribological performance, wear resistance, hardness, and corrosion property. In most of these applications, continuous wave lasers and pulsed lasers were used for surface melting, cladding, alloying. Since flexibility in processing, refinement of microstructure and controlling the surface properties, technology utilizing lasers has been used in a number of fields. Especially, femtosecond laser has great benefits compared with other lasers because its pulsed width is much shorter than characteristic time of thermal diffusion, which leads to diminish heat affected zone. Moreover, laser surface engineering has been highlighted as an effective tool for micro/nano structuring of materials in the bio application field. In this study, we applied femtosecond and nanosecond pulsed laser to treat biometals, such as Mg, Mg alloy, and NiTi alloy, by heating to improve corrosion properties and functionalize their surface controlling cell response as implantable biomedical devices.
Notably, laser surface patterning facilitates tribological applications under lubricated sliding contacts. Consequently, a special pattern that can reduce the coefficient of friction under contact is considered necessary for improved machine efficiency. However, inappropriate pattern designs produce higher friction coefficients and cannot reduce friction. In this study, we use cast iron pins as specimens to investigate their friction and wear characteristics. Moreover, we experimentally investigate the correlation between the friction reduction effect and the design of groove crosshatch patterns fabricated with various angles and widths. We conduct a friction test using a pin-on-disc type tribometer under grease lubrication to study the friction reduction effect of the specimens, and we observe that the average coefficient of friction changes with the crosshatch angle and width. The experiment reveals that grooved crosshatch specimens with a crosshatch angle of 135°maximize friction reduction. The coefficient of friction of the groove specimens with a width of 120 ㎛ is lower than that of the specimens with a width of 200?. The friction reduction effect of the width of the groove is attributed to the density of the groove pattern. Thus, grooved crosshatch patterns can be designed to maximize friction reduction, and the friction property of a grooved crosshatch pattern is found to be related to its width and angle.
In this paper, double texturization of multi crystalline silicon solar cells was studied with laser and reactive ion etching (RIE). In the case of multi crystalline silicon wafers, chemical etching has problems in producing a uniform surface texture. Thus various etching methods such as laser and dry texturization have been studied for multi crystalline silicon wafers. In this study, laser texturization with an Nd:$YVO_4$ green laser was performed first to get the proper hole spacing and $300{\mu}m$ was found to be the most proper value. Laser texturization on crystalline silicon wafers was followed by damage removal in acid solution and RIE to achieve double texturization. This study showed that double texturization on multi crystalline silicon wafers with laser firing and RIE resulted in lower reflectance, higher quantum yield and better efficiency than that process without RIE. However, RIE formed sharp structures on the silicon wafer surfaces, which resulted in 0.8% decrease of fill factor at solar cell characterization. While chemical etching makes it difficult to obtain a uniform surface texture for multi crystalline silicon solar cells, the process of double texturization with laser and RIE yields a uniform surface structure, diminished reflectance, and improved efficiency. This finding lays the foundation for the study of low-cost, high efficiency multi crystalline silicon solar cells.
There are several studies on reducing the friction that occurs on the relative sliding contact surface of moving parts under extreme environments. In particular, a solid lubricated bearing is studied to solve the tribological problem with friction reduction and durability parts using solid lubricants (lead or silver) in a vacuum atmosphere. Galinstan is mainly used as a liquid metal lubricant, but it is inevitable to have limited tribological applications owing to its high coefficient of friction. Many researchers work on surface texturing for surface modification and precision processing methods. To increase durability and low friction, DLC coating with hydrophobicity is applied on the contact surface texture. Therefore, using an untextured specimen, a dimple specimen, and a DLC-coated dimple specimen under liquid metal lubrication, this paper presents the following experimental sliding friction characteristics in the sliding friction test. 1) The average coefficient of friction of the DLC-coated dimple specimen and dimple specimen are lower compared to that of a non-patterned specimen. 2) In the DLC-coated dimple specimens, the average coefficient of friction changes according to the change in the dimple density. 3) DLC-coated dimple specimens with a density of 12.5 have the lowest average coefficient of friction under 41.6 N of normal load and 143.3 RPM.
The friction force of patterned needle in elastomer have been investigated to verify the application for bio and plastic industry. The micro pattern on the needle surface were prepared by 266 nm, 20 ns laser and 800 nm, 220 fs laser, which were able to generate the different surface roughness. The friction force was measured by the load cell of 10 N capacity. As the results, the friction force of no patterned needle is almost constant during the needle penetrates the silicone rubber sample. However, the needle having asperities shows the variation of the friction force. The higher the surface roughness is, the smaller the friction force is until the surface roughness is very high. In our experiment conditions, the reduction of the friction force by 20 % compared to no pattern needle was achieved with straight and $50{\mu}m$ discrete line generated by 266 nm, 20 ns laser.
Recently, the manufacturing of micro-cavity by means of laser surface texturing (LST) technique and low friction study by the LST have been in great progress. Most of current works have been dealing with the effect of cavity on friction and wear. The main objective of the present study was to investigate numerically two-dimensional lubrication characteristics of micro-dimple shapes fabricated on solid surfaces, and this study utilized the commercial CFD code (Fluent V.6.3). For the evaluation, preliminary simulation was conducted and numerical predictions were compared with the analytic solution obtained from the Reynolds's equation. Mainly, the present study investigated the influence of dimple depth, pattern shapes, and film thickness on lubrication characteristics related to the reduction of friction. It is found that the existence of micro-dimpled surface makes it possible to substantially reduce the friction forces exerted on the surfaces. In particular, substantial decrease in shear stresses was observed as the lubricant film thickness decreases. For instance, in the case of the film thickness of 0.01 mm, the estimated shear stress decreases up to about 40%. It indicates that the film thickness would be important factor in designing the micro-dimpled surfaces. Furthermore, it was observed that such a optimum dimple depth would be present because the dimple depth larger than the optimum value did no longer affect the reduction in shear stresses.
Reactive Ion Etching (RIE) and wet etching are employed in existing texturing processes to fabricate solar cells. Laser etching is used for particular purposes such as selective etching for grooves. However, such processes require a higher level of cost and longer processing time and those factors affect the unit cost of each process of fabricating solar cells. As a way to reduce the unit cost of this process of making solar cells, an atmospheric plasma source will be employed in this study for the texturing of crystalline silicon wafers. In this study, we produced the atmospheric plasma source and examined its basic properties. Then, using the prepared atmospheric plasma source, we performed the texturing process of crystalline silicon wafers. The results obtained from texturing processes employing the atmospheric plasma source and employing RIE were examined and compared with each other. The average reflectance of the specimens obtained from the atmospheric plasma texturing process was 7.88 %, while that of specimens obtained from the texturing process employing RIE was 8.04 %. Surface morphologies of textured wafers were examined and measured through Scanning Electron Microscopy (SEM) and similar shapes of reactive ion etched wafers were found. The Power Conversion Efficiencies (PCE) of the solar cells manufactured through each process were 16.97 % (atmospheric plasma texturing) and 16.29 % (RIE texturing).
An experimental study was conducted on the wear and friction responses in sliding tests of a micro-textured surface on laser pattern (LP) steel as reduction gear material in electric guided vehicle. In this research, the friction characteristics of laser pattern steel under different micro texture density conditions were investigated. The friction tests were carried out at sliding speeds of 0.06 m/s to 0.34 m/s and at normal loads of 2 to 10 N. Photolithography method was used to create the dimples for surface texturing purpose. Four different specimens having different dimple densities of 10%, 12.5%, 15%, and 20% were observed respectively. In this research, friction conditions as shown in Stribeck curve were investigated. Furthermore, the microscopic surface was observed using scanning electron microscope. It was found that the dimple density had a significant role on the friction characteristics of laser pattern steel conditioned as reduction gear material in an agricultural vehicle. The duty number showed that the friction condition was hydrodynamic regime. The best performance was obtained from 12.5% dimple density with lowest friction coefficient achieved at 0.018771 under the velocity of 0.34 m/s and 10N load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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