飞秒激光制备可控微纳米结构表面及应用研究

发布时间：2022-01-21 22:13

　　飞秒激光直写技术相比于传统加工方式以及其他先进的微纳米加工手段在可控微纳米结构加工方面具有一定的优势,如无需掩模、适合任意材料、热效应小等,因此被用来制备多样化的仿生微纳米结构表面,开发各种领域的应用,如自清洁、油水分离、水雾收集等。分析了利用飞秒激光在不同材料上制备多样微纳米结构的形成机理和设计思路,总结了国内外有关通过飞秒激光制备仿生微纳米表面的最新研究进展,并从表面润湿性的相关概念及理论模型、飞秒激光可控制备多样微纳米结构以及相关工业生活应用等方面进行了探索研究。最后分析了目前飞秒激光加工技术在微纳米制造领域存在的困难和挑战,并对未来其在相关领域的发展进行了展望。 

【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(11)北大核心CSCD

【文章页数】：22 页

【部分图文】：

利用飞秒激光诱导表面条纹结构并实现润湿性调控。（a)(b）通过调控激光偏振方向改变条纹方向并调控表面润湿性[65];(c)～(f）不锈钢网上扫描获得周期条纹结构[66];(g)～(j）加工表面获得超亲水性和水下超疏油性

通过液体辅助飞秒激光加工是另一种常用的加工微纳米复合结构的策略，在液体环境中的激光烧蚀与在空气中的最大区别在于液体极大地限制了等离子体羽流的运动，激光烧蚀固体表面的等离子羽流的产生、转化等都是在液体的束缚中进行的[72]。另外研究者发现液体环境中的飞秒激光加工会在固液表面产生气泡，气泡的蒸发、离解会带走热能，使表面迅速冷却，被烧蚀熔化的区域会向冷却区流动，产生变形，从而引起一种毛细力波，在多个激光脉冲下，波纹结构相互叠加，再通过激光辅助形成较为尖锐的阵列结构[73]。Li等[74]通过蔗糖和酒精溶液辅助飞秒激光在硅片上进行来回扫描加工[图4(a）]。如图4(b)～(d）所示，激光在空气中加工的结构主要为纳米颗粒包覆的杂云结构，尺寸相对较为随机。而激光在酒精中加工硅表面诱导出纳米颗粒随机覆盖的微锥阵列结构，在蔗糖溶液中诱导出类似臼齿的微齿阵列结构。3.3 各向异性结构

通过飞秒激光的单向扫描策略[81-83]可以简捷快速地制备仿水稻叶或者芦苇叶面的沟槽结构。Long等[84]模仿水稻叶以及芦苇叶沟槽结构，通过飞秒激光加工技术并采用分组等距扫描策略，实现了铜片表面宽沟槽结构的制备，并根据扫描间距、扫描次数以及激光脉冲能量分别调控沟槽结构的宽度（100～400μm）、高度（20～40μm）和粗糙度，实现可控加工。通过润湿性对比，证明了当固体表面上的液滴处于部分润湿状态，才会产生额外的垂直方向的黏滞阻力，实现较大的各向异性。另外纳米结构的引入会增加表面的疏水性，降低滚动的各向异性。图5 自然界中各向异性结构的生物体表面。（a)(b）水稻叶表面微观结构[76];(c)(d）芦苇叶表面微观结构[75];(e)(f）蝴蝶翅膀表面鳞片结构[7];(g)(h）猪笼草表面微腔结构[77]

【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光诱导仿生超疏水材料表面的研究进展[J]. 张径舟,陈烽,雍佳乐,杨青,侯洵.  激光与光电子学进展. 2018(11)
[2]飞秒激光在钨表面制备二维周期复合结构的研究[J]. 乔红贞,王飞,张楠,杨建军.  中国激光. 2017(01)
[3]飞秒激光超精细“冷”加工技术及其应用（续）[J]. 杨建军.  激光与光电子学进展. 2004(04)



本文编号：3601050