Университет Цинхуа занимается разработкой методов лазерного изготовления для подготовки поверхностных микро/наноструктур и изучения их функционального применения. Мы создали возможность индивидуально и точно контролировать микро- и наномасштабные особенности, а также контролировать, как они объединяются для формирования различных типов многослойных структур.
Функционализация поверхности с помощью микро/наноструктур — это не только бурно развивающаяся область исследований, вдохновленная бионикой, но и важная для множества практических приложений. Ключом к реализации различных функций поверхности является изготовление поверхностных микро- и наноструктур с контролируемыми размерами, слоями и составом, что стимулирует постоянное развитие технологий микро- и нанопроизводства.
Контролируемое осаждение in-situ открывает новые возможности для сверхбыстрых лазерных поверхностных микро/наноструктур.
Исследователи из Научно-исследовательского центра лазерной обработки материалов Школы материаловедения и инженерии Университета Цинхуа потратили несколько лет на разработку методов лазерного изготовления для подготовки поверхностных микро/наноструктур и изучение их функционального применения. Мы установили способность индивидуально и точно контролировать микрометровые и наномасштабные особенности, а также то, как они объединяются, образуя различные типы многослойных структур. Функциональные возможности и области применения, которые мы исследовали, включают чрезвычайную смачиваемость, защиту от обледенения, широкополосное поглощение света, структурный цвет, испарение солнечной воды, управление тепловыми границами, трибологические свойства, рамановскую спектроскопию с улучшенной поверхностью и фотоэлектрокатализ для энергетических применений.
Использование сверхбыстрых лазеров для лучшего контроля изготовления структур и разработки более гибких методов изготовления является одним из направлений наших текущих исследований. Помимо управления процессом сверхбыстрой лазерной абляции, мы недавно продемонстрировали, что осаждение частиц после сверхбыстрой лазерной абляции твердых поверхностей in-situ также можно контролировать и использовать в качестве локализованного микроаддитивного процесса для создания слоистых поверхностных структур. Образование плазменных факелов — обычное явление при импульсной лазерной абляции твердых тел.
Продукты плазменного факела (например, наночастицы) можно собирать для использования во внешних жидкостях (например, в случае лазерной абляции в жидкостях) или подложках (например, в случае импульсного лазерного осаждения). Напротив, во время сверхбыстрого лазерного структурирования поверхности некоторые наночастицы плазменного факела осаждаются in situ обратно на облученную поверхность.
В конкретных применениях структурные особенности, нанесенные на месте, играют важную роль в улучшении свойств поверхности, таких как поглощение света, чувствительность и преобразование энергии. Однако остается открытым вопрос, можно ли и как контролировать процесс осаждения на месте.
Наши недавние исследования показали возможность контролировать процесс осаждения на месте, например, путем создания крепостных структур поверх массивов микроконусов, а не просто производить случайно распределенные наночастицы. Выявленные механизмы взаимодействия лазера с веществом могут стимулировать будущий исследовательский интерес к изучению новых возможностей использования сверхбыстрых лазеров для изготовления функциональных поверхностных микро/наноструктур.
