通過微納結(jié)構(gòu)進行表面功能化，不僅是一個受仿生學(xué)啟發(fā)蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域，而且對各種實際應(yīng)用也具有重要意義。實現(xiàn)各種表面功能的關(guān)鍵是制造具有可控尺寸、層次和成分的表面微納結(jié)構(gòu)，這推動了微納制造技術(shù)的不斷進步。

中國清華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院激光材料加工研究中心的研究人員花了數(shù)年時間開發(fā)激光制造技術(shù)，用于制備表面微納結(jié)構(gòu)并探索其功能應(yīng)用。

題為“Localized in-situ deposition： a new dimension to control in fabricating surface micro/nano structures via ultrafast laser ablation”的研究成果發(fā)表在《Frontiers of Optoelectronics》上。

受控原位沉積為超快激光表面微納結(jié)構(gòu)制造成為新的可能。

研究人員說，研究人員已經(jīng)建立了單獨和精細控制微米和納米尺度特征的能力，以及控制它們?nèi)绾谓M合以形成不同類型的多級結(jié)構(gòu)。他們研究的功能和應(yīng)用包括極端潤濕性、防冰、寬帶光吸收、結(jié)構(gòu)顏色、太陽能水蒸發(fā)、熱界面管理、摩擦學(xué)特性、表面增強拉曼光譜和光電催化在能源應(yīng)用中等。

使用超快激光器更好地控制結(jié)構(gòu)制造并開發(fā)更靈活的制造方法是他們持續(xù)研究的重點之一。除了控制超快激光燒蝕過程外，他們最近還證明了超快激光燒蝕固體表面后顆粒的原位沉積也可以被控制并用作局部微加法過程，以堆積分層表面結(jié)構(gòu)。

等離子體羽流的形成是一種普遍現(xiàn)象，發(fā)生在固體的脈沖激光燒蝕過程中。等離子體羽流中的產(chǎn)物（納米顆粒）可以被收集起來供外部液體（在液體中激光燒蝕的情況下）或基材（在脈沖激光沉積的情況下）使用。

相比之下，在超快激光表面結(jié)構(gòu)過程中，等離子體羽流中的一些納米顆粒原位沉積回照射表面。對于特定應(yīng)用，原位沉積的結(jié)構(gòu)特征在增強光吸收、敏感性和能量轉(zhuǎn)換等表面特性方面發(fā)揮著重要作用。

然而，是否以及如何控制原位沉積過程仍然是一個懸而未決的問題。他們最近的研究表明，他們能夠控制原位沉積過程，例如，在微錐陣列的頂部構(gòu)建堡壘狀結(jié)構(gòu)，而不僅僅是產(chǎn)生隨機分布的納米顆粒。所揭示的激光-物質(zhì)相互作用機制可以激發(fā)未來的研究興趣，探索使用超快激光制造功能表面微納結(jié)構(gòu)的新可能性。

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