铜表面微纳多孔结构的形貌表征方法
结构成形以后，实验没有结束。铜表面微纳结构经过激光加工，二维图像辨不出孔深和表面形貌，得换三维口径。
同一块铜样品就是另一种表面。二维图看得清孔的位置，给不出结构高度和深度，更给不出3D形貌。参数记得细，表面却没有量化结果，测出孔深和结构轮廓才算对上。
接触式有适用范围。碰上微小凸起和深槽，探针几何尺寸和接触状态会影响读数，要保持原貌得选非接触式。光子湾3D共聚焦显微镜支持Z轴测量精度为±1.5%，Z轴测量重复性小于0.5%，对于激光纹理、微槽和表面微结构，这类功能比笼统强调“高分辨率”更能对应实际检测任务。
论文中的微纳结构制备用的是纳秒激光。样品为T2紫铜板。加工端为1064 nm近红外光纤激光器，光斑直径35 μm，脉宽20 ns。这是纳秒激光微纳结构制备中固定的参数，只变动能量密度和扫描间距。
纳秒激光的能量密度取16.9、29.7和42.5 J/cm²三档，都长出微纳多孔结构。能量越高，微纳多孔结构形貌的柱状突起越粗，因为烧蚀增强、熔融物增多，堆积量上升。
扫描间距是纳秒激光微纳结构制备的关键变量。间距压到17.5 μm以下，边缘熔融物会被光斑中心再次烧蚀，累积成微纳多孔结构形貌；放到30 μm就是沟槽。
纳秒激光加工多孔结构的成形示意（a 形成金属熔池，b 边缘熔融堆积，c 孔内继续堆积，d 无规则多孔结构）
扫描间距 30 μm 时的沟槽结构形貌（a 电镜图，b 局部放大，c 对应的 3D 共聚焦形貌）
表征铜表面微结构用激光共聚焦显微镜。它可分辨到微米和亚微米级，一次扫描给出3D形貌，能测高度和表面形貌。
激光共聚焦显微镜取的是Z向高度信息。它把铜表面微结构逐点扫成三维数据场，孔深和3D形貌从数据里算出来。
孔深从结构轮廓上读。能量密度16.9 J/cm²时突起平均高度约15 μm，孔深也在15 μm上下；29.7 J/cm²时约30 μm；42.5 J/cm²时约40 μm。
激光加工铜表面这组数字，把表面差异换成了可比对的3D形貌参数。
三种能量密度微纳多孔结构的 3D 形貌（a1–c1）与对应截面轮廓（a2–c2）
三维表面形貌建好以后，沿指定位置取一条结构轮廓，就能读出峰谷高度和孔深。相同平均高度的样品，轮廓可能不同。
用3D共聚焦显微镜测表面形貌，复杂凹槽的深度和宽度能直接读出来。轮廓重建给出的是可比对的3D形貌数据。
铜表面微结构做完之后，要看表面形貌和功能有没有变。论文第二章接着测孔隙率、润湿性和水下疏气性。这三组是后面沸腾实验的底子。
扫描间距10 μm时，能量密度最高的样品孔隙率最大，为38.4%，算法是ImageJ统计孔的面积占比。微纳多孔结构越疏松，成核点位越多。
孔隙率不是激光共聚焦显微镜直接输出的参数，要靠图像或三维数据另做统计。检测前得定下计算口径，样品之间才可比。
微纳多孔结构与沟槽结构的孔隙率（a 34.7%，b 36.6%，c 38.4%，d 沟槽 31.4%）
三种密度下的多孔表面都超亲水。论文改用液滴完全浸润表面的时间衡量：29.7 J/cm²的样品最快3.566 s；密度最低的最慢5.383 s。
三种能量密度微纳多孔结构表面的液滴浸润时间（a 16.9，b 29.7，c 42.5 Jcm²）
两组数据一放，问题就能看清楚。结构高度、孔深和孔隙状态怎么影响铺展和再润湿？激光加工铜表面的超亲水层靠毛细作用，气泡脱离后回流。
水下气泡测试中，最高能量密度样品的静态气泡接触角最大，为149.3°，表面形貌上的疏气差异由此显现。每件重复测3次，误差不超1°。
孔隙率、润湿性和疏气性各说一件事。底子都是铜表面微纳结构3D形貌测量，往上走就是加工参数、表面形貌、表面性质到传热。
科研实验能围绕一个样品反复调条件，激光加工铜表面面对的是批量样品和标准输出。结构高度、表面粗糙度、测量面积和分析效率都要看。
激光加工后表面粗糙度检测方法不止一种，典型需求是3D形貌重建、微槽深度和结构高度统计。结构复杂时还要看系统能否完成提取。
三维表面纹理分析可以参照ISO 25178-2:2021。规定了面法3D形貌的术语、定义和参数。
铜表面微纳结构的检测不是要更清楚的显微照片，而是要能反复用的表面形貌数据。能量密度从16.9升到42.5 J/cm²，孔深从约15 μm到约40 μm，氧化层从约40 μm到约80 μm。激光共聚焦显微镜的价值在三维测量链条。结构高度、孔深、结构轮廓和表面粗糙度成为量化指标，检测时先定参数，再选物镜和量程。
光子湾3D共聚焦显微镜是一款用于对各种精密器件及材料表面，可应对多样化测量场景，符合ISO25178标准测量，能够快速高效完成亚微米级形貌和表面粗糙度的精准测量任务，提供值得信赖的高质量数据。
技术支持：199-6293-0018
l 超宽视野范围，高精细彩色图像观察
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l 采用针孔共聚焦光学系统，高稳定性结构设计
l 提供调整位置、纠正、滤波、提取四大模块的数据处理功能
光子湾共聚焦显微镜以原位观察与三维成像能力，为精密测量提供表征技术支撑，助力从表面粗糙度与性能分析的精准把控，成为推动多领域技术升级的重要光学测量工具。
原文参考：严焕贵. 铜表面微纳结构的制备及其传热性能研究[D]. 广州：广东工业大学，2020.
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