Сверхбыстрые лазеры улучшают контролируемое изготовление микро/наноструктур

Функционализация поверхности посредством микро/наноструктурирования — это не только бурно развивающаяся область исследований, вдохновленная бионикой, но и представляющая большой интерес для различных практических приложений. Ключом к достижению различных функциональных возможностей поверхности является изготовление микро/нано поверхностных структур с контролируемыми размерами, иерархией и составом, что способствует постоянному совершенствованию методов микро/нано изготовления. Исследователи из Исследовательского центра лазерной обработки материалов Школы материаловедения и инженерии Университета Цинхуа в Китае потратили годы на разработку технологий лазерного производства для подготовки микро/нано поверхностных структур и изучения их функционального применения. Мы создали возможности для отдельного и точного управления микро- и наноразмерными элементами, а также того, как они объединяются, образуя различные типы многоуровневых структур. Функции и области применения, которые мы изучили, включают чрезвычайную смачиваемость, морозостойкость, широкополосное поглощение света, структурные цвета, испарение солнечной воды, управление тепловыми границами, трибологические свойства, рамановскую спектроскопию с улучшенной поверхностью, фотоэлектрокатализ для энергетических применений и т. д.

Получение большего контроля над изготовлением конструкций с использованием сверхбыстрых лазеров и разработка более гибких методов производства — одно из направлений наших текущих исследований. Помимо управления процессом сверхбыстрой лазерной абляции, мы недавно показали, что осаждение частиц in situ после сверхбыстрой лазерной абляции твердых поверхностей также можно контролировать и использовать в качестве локального микроаддитивного процесса для накопления иерархических поверхностных структур. Образование плазменного факела — универсальное явление при импульсной лазерной абляции твердых материалов. Продукты (например, наночастицы) можно собирать из плазменных столбов для использования внешними жидкостями (например, в случае лазерной абляции в жидкостях) или подложками (например, в случае импульсного лазерного осаждения). Напротив, некоторые наночастицы из плазменных шлейфов in situ осаждаются обратно на облученные поверхности во время сверхбыстрого лазерного структурирования поверхности. В конкретных приложениях структурные особенности, нанесенные на месте, играют важную роль в улучшении свойств поверхности, таких как поглощение света, чувствительность и преобразование энергии. Однако вопрос о том, можно ли и каким образом контролировать процесс седиментации на месте, остается открытым вопросом. Наши недавние исследования продемонстрировали возможность контролировать процесс осаждения на месте, например, создавая крепостные структуры на небольших конических массивах, а не просто производя случайно распределенные наночастицы. Обнаруженный механизм взаимодействия материи и лазера может стимулировать будущие исследовательские интересы по изучению новых возможностей в изготовлении микро/наноструктур с поверхностной функциональностью с использованием сверхбыстрых лазеров. Работа называется «Осаждение in situ: новое измерение контролируемого изготовления поверхностных микро/наноструктур посредством сверхбыстрой лазерной абляции«Опубликован в Границы оптоэлектроники (Опубликовано 17 ноября 2023 г.).