激光冲击波机理及其在皮肤给药中的应用综述(7)
(2)约束层的性能
由2.3.1反射加强可知约束层的性质可影响冲击波压力的大小。激光冲击时如采用的约束层厚度太薄，则在激光冲击波作用下，约束层会过早破裂；而约束层太厚，则由于约束层对激光的吸收和散射，导致激光能量的利用率降低，这都不利于激光冲击波峰压的提高。因此，采用适当厚度的约束层，可在有效利用激光能量的同时，获得较佳的冲击效果。故在利用激光能量进行动高压加载的实际应用中，需对约束层的厚度进行优化。另外，约束层材料的弹性对激光冲击强化效果有很大的影响。由于约束层材料的性能不同，导致在激光作用期间约束层与靶材之间的等离子体的体积不同，因而所产生的冲击波峰压也不同。玻璃具有相当高的强度和刚度，其整体的自由膨胀量很小，因而所获得的冲击效果最好。
激光冲击诱导的高压冲击波一部分以强应力波的形式传入靶内，引起材料的塑性变形及显微组织和机械性能的改变；另一部分则传入约束层中，当它传播至约束层的自由表面时，被依次反射为拉伸波。拉伸波在往回传播的过程中与入射波相互作用后，在约束层介质中产生拉应力，当拉应力大于材料的抗拉强度极限时，即在应力集中处产生裂纹和层裂，严重时引起约束层材料的破裂分离。防止约束层材料在冲击过程中发生破裂的方法，一是选取适当的约束层厚度，使得反射后拉伸波有较大的衰减量，所产生的拉应力达不到约束介质的抗拉强度极限；二是提高约束层材料的抗拉强度[13]。
国内激光冲击技术多使用玻璃来保证约束效果。但玻璃约束层适应性差，特别是适合激光冲击的微孔、弯角等局部区域、非平面区域都无法应用，且成本很高。国外普遍使用水作为约束层，但水对激光参数有一定要求，对冲击效果也有一定影响。国内外均普遍采用涂覆简单、能量吸收显著的黑漆作吸收层，但现有黑漆涂层在冲击一次以后，普遍遭到破坏，无法多次冲击；而且黑漆的固化需要一定的时间，影响生产效率。采用有机硅凝胶配合86-I型黑漆吸收层，形成集能量吸收层和约束层于一体的柔性贴膜。优点在于可粘贴在工件表面的任意部位，无需装夹且残留容易清除。该技术使用硅胶作约束层，冲击效果很不理想[14]。K9光学玻璃具有高声阻抗、高强度的特点，所以有好的约束效果，得到最高的硬度升幅和残余压应力水平；丙烯酸树脂与ＰＶＣ胶固化后的强度虽然比玻璃小，但具有很强的粘合作用，与吸收层紧密结合，限制了等离子体的横向膨胀，不会出现类似硅胶的泄压现象，其破碎形式也与玻璃类似。同时这二者均有较高的透光率和声阻抗，所以约束效果要远优于硅胶，可以制作更实用的柔性贴膜。
（3）约束层的形状
由2.3.2碰撞加强可知，约束层的形状也对冲击波压力的大小产生影响。圆柱形的约束层可以增加冲击波的压力。
（4）减缓衰减
由2.4.2条件衰减可知不含空隙或空隙很少的样品可以减缓冲击波的衰减，也在时间上增强了冲击波的压力。
（5）冲击波的实际作用面积
不同的约束层改变了冲击波的实际作用面积。约束层的厚度、柔性、刚性、激光功率、激光光束截面积，甚至吸收层材料与装夹方式等都对等离子体的产生与膨胀产生很大的影响。
玻璃约束层通常为光学面，对激光束的透过影响较小。而柔性约束层一般为非光学面，特别是水约束层本身存在一定的非均匀性。将使激光束波面产生畸变，与靶而的作用光斑将会增大。但不管是由于等离子体的横向膨胀影响，还是约束层的光学性质影响，在柔性约束层作用下，激光束作用面积的增加是直观可见的。在使用柔性约束层进行激光冲击时，等离子体会产生膨胀效应，从而造成冲击波的实际作用面积增大。使用不同的约束层时，等离子体的横向膨胀效应有较大的差别：玻璃约束层膨胀很小，PVC膨胀较大，而水约束的横向膨胀效应最明显[15]。
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