Tsinghua University har åtagit sig att utveckla lasertillverkningstekniker för att förbereda ytmikro/nanostrukturer och utforska deras funktionella tillämpningar. Vi har etablerat förmågan att individuellt och fint kontrollera mikro- och nanoskala egenskaper och kontrollera hur de kombineras för att bilda olika typer av flerskiktsstrukturer.
Ytfunktionalisering via mikro/nanostrukturer är inte bara ett blomstrande forskningsfält inspirerat av bionik, utan också viktigt för en mängd praktiska tillämpningar. Nyckeln till att förverkliga olika ytfunktioner är tillverkningen av ytmikro- och nanostrukturer med kontrollerbara storlekar, lager och sammansättningar, vilket driver den kontinuerliga utvecklingen av mikro- och nanotillverkningsteknologier.
Kontrollerad in-situ deponering öppnar nya möjligheter för ultrasnabba laserytmikro/nanostrukturer
Forskare vid Laser Materials Processing Research Center, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University har ägnat flera år åt att utveckla lasertillverkningstekniker för att förbereda ytmikro/nanostrukturer och utforska deras funktionella tillämpningar. Vi har etablerat förmågan att individuellt och fint kontrollera mikrometer- och nanoskala egenskaper och hur de kombineras för att bilda olika typer av flerskiktsstrukturer. Funktioner och tillämpningar som vi har undersökt inkluderar extrem vätbarhet, anti-isning, bredbandsljusabsorption, strukturell färg, solvattenavdunstning, termisk gränssnittshantering, tribologiska egenskaper, ytförstärkt Raman-spektroskopi och fotoelektrokatalys för energitillämpningar.
Att använda ultrasnabba lasrar för att bättre kontrollera strukturtillverkning och för att utveckla mer flexibla tillverkningsmetoder är ett av fokusområdena i vår pågående forskning. Förutom att kontrollera den ultrasnabba laserablationsprocessen har vi nyligen visat att partikelavsättning efter in-situ ultrasnabb laserablation av fasta ytor också kan kontrolleras och användas som en lokaliserad mikroadditiv process för att bygga upp skiktade ytstrukturer. Bildandet av plasmaplymer är ett vanligt fenomen vid pulsad laserablation av fasta ämnen.
Produkter från plasmaplymen (t.ex. nanopartiklar) kan samlas in för användning i externa vätskor (t.ex. vid laserablation i vätskor) eller substrat (t.ex. vid pulsad laseravsättning). Däremot, under ultrasnabb laserytestrukturering, avsätts vissa nanopartiklar i plasmaplymen in situ tillbaka på den bestrålade ytan.
För specifika tillämpningar spelar de strukturella egenskaper som deponeras in situ en viktig roll för att förbättra ytegenskaper såsom ljusabsorption, känslighet och energiomvandling. Huruvida och hur man kontrollerar deponeringsprocessen på plats förblir dock en öppen fråga.
Våra senaste studier har visat förmågan att kontrollera in situ-avsättningsprocessen, t.ex. genom att bygga fästningsliknande strukturer ovanpå mikrokonarrayer, snarare än att bara producera slumpmässigt fördelade nanopartiklar. De avslöjade mekanismerna för interaktioner mellan laser och materia kan stimulera framtida forskningsintresse för att utforska nya möjligheter att använda ultrasnabba lasrar för att tillverka funktionella ytmikro/nanostrukturer.
