利用超快激光进一步控制表面微纳结构的制造
发布时间：2023-11-30 06:52:59.000Z
受控原位沉积为超快激光表面微纳结构化开辟了新的可能性。资料来源：Peixun Fan, Guochen Jiang, Xinyu Hu, Lizhong Wang, Hongjun Zhang, Minlin Zhong
通过微纳结构实现表面功能化不仅是受仿生学启发而蓬勃发展的研究领域，而且对各种实际应用也具有重要意义。实现各种表面功能的关键是制造尺寸、层次和成分可控的表面微纳结构，这是推动微纳制造技术不断进步的关键。
中国清华大学材料科学与工程学院激光材料加工研究中心的研究人员花了数年时间开发激光制造技术，用于制备表面微纳结构并探索其功能应用。这项题为 《局部原位沉积：通过超快激光烧蚀制造表面微纳结构的新控制维度 》的研究成果发表在《Frontiers of Optoelectronics》上。研究人员表示，他们已经建立了分别精细控制微米级和纳米级特征的能力，以及控制它们如何组合以形成不同类型的多层次结构的能力。他们研究的功能和应用包括极端润湿性、防结冰、宽带光吸收、结构色彩、太阳能水蒸发、热界面管理、摩擦学特性、表面增强拉曼光谱以及能源应用中的光电催化等。
利用超快激光获得对结构制造的更多控制以及开发更灵活的制造方法是他们持续研究的重点之一。除了控制超快激光烧蚀过程，他们最近还证明，固体表面超快激光烧蚀后的颗粒原位沉积也可以控制，并可作为局部微添加过程用于堆积分层表面结构。等离子体羽流的形成是脉冲激光烧蚀固体过程中出现的一种普遍现象。等离子体羽流中的产物（纳米颗粒）可被外部液体（在液体中进行激光烧蚀时）或基底（在脉冲激光沉积时）收集使用。相反，在超快激光表面结构化过程中，等离子体羽流中的一些纳米颗粒会在原位沉积回照射表面。在特定应用中，原位沉积的结构特征在增强光吸收、感光性和能量转换等表面特性方面发挥着重要作用。
然而，是否以及如何控制原位沉积过程仍是一个未决问题。他们最近的研究表明，原位沉积过程是可以控制的，例如，可以在微锥阵列上建立堡垒状结构，而不仅仅是产生随机分布的纳米粒子。所揭示的激光与物质的相互作用机理可以激发未来的研究兴趣，探索利用超快激光制造功能性表面微纳结构的新可能性。
