Großflächige Herstellung von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen mit niedriger und hoher Ortsfrequenz auf Kohlenstofffasern

Die Bildung und Eigenschaften von laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturen (LIPSS) wurden an Kohlenstofffasern unter Bestrahlung von fs-Laserpulsen untersucht, die durch eine Pulsdauer τ = 300 fs und eine Laserwellenlänge λ = 1025 nm gekennzeichnet sind. Die LIPSS wurden in einer Luftumgebung bei normalem Einfall mit unterschiedlichen Werten der Laserpeakfluenz und der Anzahl der Impulse pro Punkt hergestellt. Die Morphologie der erzeugten Strukturen wurde unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Fast-Fourier-Transformationsanalysen charakterisiert. Darüber hinaus wurden die Materialstruktur und die Oberflächenchemie der Kohlenstofffasern vor und nach der Laserbestrahlung durch Mikro-Raman-Spektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie analysiert. Große Flächen im cm²-Bereich von Kohlefaseranordnungen wurden erfolgreich mit homogen verteilten LIPSS mit hoher und niedriger Ortsfrequenz verarbeitet. Über diese unterschiedlichen Nanostrukturen hinaus wurden Hybridstrukturen zum ersten Mal durch Überlagerung beider Arten von LIPSS in einem zweistufigen Prozess realisiert. Die Ergebnisse erleichtern die Herstellung maßgeschneiderter Oberflächenstrukturen auf LIPSS-Basis auf Kohlenstofffasern, z. B. für faserverstärkte Polymere und Betone.