Университетът Цинхуа се ангажира с разработването на техники за лазерно производство за подготовка на повърхностни микро/наноструктури и изследване на техните функционални приложения. Установихме способността да контролираме индивидуално и фино микро- и наномащабни характеристики и да контролираме как те се комбинират, за да образуват различни типове многослойни структури.
Повърхностната функционализация чрез микро/наноструктури е не само процъфтяваща изследователска област, вдъхновена от биониката, но и важна за различни практически приложения. Ключът към реализирането на различни повърхностни функционалности е производството на повърхностни микро- и наноструктури с контролируеми размери, слоеве и композиции, което движи непрекъснатото развитие на микро- и нанотехнологиите за производство.
Контролираното отлагане на място отваря нови възможности за свръхбързи лазерни повърхностни микро/наноструктури
Изследователи от Изследователския център за лазерна обработка на материали, Училище по материалознание и инженерство, Университет Цинхуа са прекарали няколко години в разработване на техники за лазерно производство за подготовка на повърхностни микро/наноструктури и изследване на техните функционални приложения. Установихме способността индивидуално и фино да контролираме микрометрични и наномащабни характеристики и как те се комбинират, за да образуват различни видове многослойни структури. Функционалностите и приложенията, които сме изследвали, включват екстремна омокряемост, анти-обледеняване, широколентова абсорбция на светлина, структурен цвят, слънчево изпаряване на вода, управление на термичния интерфейс, трибологични свойства, повърхностно подобрена Раманова спектроскопия и фотоелектрокатализа за енергийни приложения.
Използването на свръхбързи лазери за по-добър контрол на производството на структура и за разработване на по-гъвкави методи за производство е един от фокусите на нашите текущи изследвания. В допълнение към контролирането на процеса на ултрабърза лазерна аблация, наскоро демонстрирахме, че отлагането на частици след in situ ултрабърза лазерна аблация на твърди повърхности също може да бъде контролирано и използвано като локализиран микро-добавъчен процес за изграждане на слоести повърхностни структури. Образуването на плазмени струи е често срещано явление при импулсна лазерна аблация на твърди тела.
Продукти от плазмения поток (напр. наночастици) могат да бъдат събрани за използване във външни течности (напр. в случай на лазерна аблация в течности) или субстрати (напр. в случай на импулсно лазерно отлагане). Обратно, по време на ултрабързо лазерно структуриране на повърхността, някои наночастици в плазмената струя се отлагат in situ обратно върху облъчената повърхност.
За специфични приложения структурните характеристики, депозирани на място, играят важна роля за подобряване на повърхностните свойства като абсорбция на светлина, чувствителност и преобразуване на енергия. Въпреки това, дали и как да се контролира процесът на отлагане in situ остава открит въпрос.
Нашите скорошни проучвания показаха способността да контролираме процеса на отлагане in situ, например чрез изграждане на подобни на крепости структури върху микроконусни масиви, вместо просто да произвеждаме произволно разпределени наночастици. Разкритите механизми на взаимодействия лазер-материя биха могли да стимулират бъдещ изследователски интерес към изследване на нови възможности за използване на свръхбързи лазери за производство на функционални повърхностни микро/наноструктури.
