Tsinghua University er forpliktet til å utvikle laserfabrikasjonsteknikker for å forberede overflatemikro/nanostrukturer og utforske deres funksjonelle applikasjoner. Vi har etablert evnen til å individuelt og finkontrollere mikro- og nanoskalafunksjoner og kontrollere hvordan de kombineres for å danne ulike typer flerlagsstrukturer.
Overflatefunksjonalisering via mikro/nanostrukturer er ikke bare et blomstrende forskningsfelt inspirert av bionikk, men også viktig for en rekke praktiske anvendelser. Nøkkelen til å realisere ulike overflatefunksjoner er fabrikasjon av overflatemikro- og nanostrukturer med kontrollerbare størrelser, lag og sammensetninger, som driver den kontinuerlige utviklingen av mikro- og nanofabrikasjonsteknologier.
Kontrollert in-situ avsetning åpner nye muligheter for ultraraske laseroverflatemikro/nanostrukturer
Forskere ved Laser Materials Processing Research Center, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University har brukt flere år på å utvikle laserfabrikasjonsteknikker for å forberede overflatemikro/nanostrukturer og utforske deres funksjonelle applikasjoner. Vi har etablert evnen til å individuelt og finkontrollere mikrometer- og nanoskalafunksjoner og hvordan de kombineres for å danne ulike typer flerlagsstrukturer. Funksjoner og bruksområder vi har undersøkt inkluderer ekstrem fuktbarhet, anti-ising, bredbåndslysabsorpsjon, strukturell farge, fordampning av solvann, styring av termisk grensesnitt, tribologiske egenskaper, overflateforbedret Raman-spektroskopi og fotoelektrokatalyse for energiapplikasjoner.
Å bruke ultraraske lasere for å bedre kontrollere strukturfabrikasjon og utvikle mer fleksible fremstillingsmetoder er et av fokusene i vår pågående forskning. I tillegg til å kontrollere den ultraraske laserablasjonsprosessen, har vi nylig demonstrert at partikkelavsetning etter in-situ ultrarask laserablasjon av faste overflater også kan kontrolleres og brukes som en lokalisert mikroadditiv prosess for å bygge opp lagdelte overflatestrukturer. Dannelsen av plasmaplumer er et vanlig fenomen ved pulserende laserablasjon av faste stoffer.
Produkter fra plasmaplommen (f.eks. nanopartikler) kan samles for bruk i eksterne væsker (f.eks. ved laserablasjon i væsker) eller substrater (f.eks. ved pulserende laseravsetning). I motsetning til dette, under ultrarask laseroverflatestrukturering, blir noen nanopartikler i plasmaplommen avsatt in situ tilbake på den bestrålte overflaten.
For spesifikke bruksområder spiller de strukturelle egenskapene avsatt in situ en viktig rolle i å forbedre overflateegenskaper som lysabsorpsjon, følsomhet og energiomdannelse. Hvorvidt og hvordan man skal kontrollere in situ deponeringsprosessen er imidlertid fortsatt et åpent spørsmål.
Våre nylige studier har vist evnen til å kontrollere in situ-avsetningsprosessen, for eksempel ved å bygge festningslignende strukturer på toppen av mikrokjeglearrayer, i stedet for bare å produsere tilfeldig fordelte nanopartikler. De avslørte mekanismene for laser-materie-interaksjoner kan stimulere fremtidig forskningsinteresse for å utforske nye muligheter for å bruke ultraraske lasere for å fremstille funksjonelle overflatemikro-/nanostrukturer.
