Tsinghua University er forpligtet til at udvikle laserfremstillingsteknikker til at forberede overflademikro/nanostrukturer og udforske deres funktionelle applikationer. Vi har etableret evnen til individuelt og fint at kontrollere mikro- og nanoskalafunktioner og kontrollere, hvordan de kombineres til at danne forskellige typer flerlagsstrukturer.
Overfladefunktionalisering via mikro/nanostrukturer er ikke kun et blomstrende forskningsfelt inspireret af bionik, men også vigtigt for en række praktiske anvendelser. Nøglen til at realisere forskellige overfladefunktioner er fremstillingen af overflademikro- og nanostrukturer med kontrollerbare størrelser, lag og sammensætninger, som driver den kontinuerlige udvikling af mikro- og nanofabrikationsteknologier.
Kontrolleret in-situ aflejring åbner nye muligheder for ultrahurtige laseroverflademikro/nanostrukturer
Forskere ved Laser Materials Processing Research Center, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University har brugt flere år på at udvikle laserfremstillingsteknikker til at forberede overflademikro/nanostrukturer og udforske deres funktionelle applikationer. Vi har etableret evnen til individuelt og fint at kontrollere mikrometer- og nanoskalafunktioner, og hvordan de kombineres for at danne forskellige typer flerlagsstrukturer. Funktionaliteter og anvendelser, vi har undersøgt, omfatter ekstrem befugtning, anti-isning, bredbåndslysabsorption, strukturel farve, solvandsfordampning, termisk grænsefladestyring, tribologiske egenskaber, overfladeforbedret Raman-spektroskopi og fotoelektrokatalyse til energianvendelser.
Brug af ultrahurtige lasere til bedre at kontrollere strukturfabrikation og til at udvikle mere fleksible fremstillingsmetoder er et af fokuspunkterne i vores igangværende forskning. Ud over at kontrollere den ultrahurtige laserablationsprocessen har vi for nylig demonstreret, at partikelaflejring efter in-situ ultrahurtig laserablation af faste overflader også kan kontrolleres og bruges som en lokaliseret mikroadditiv proces til at opbygge lagdelte overfladestrukturer. Dannelsen af plasmafaner er et almindeligt fænomen ved pulseret laserablation af faste stoffer.
Produkter fra plasmafanen (f.eks. nanopartikler) kan opsamles til brug i eksterne væsker (f.eks. i tilfælde af laserablation i væsker) eller substrater (f.eks. i tilfælde af pulserende laseraflejring). I modsætning hertil, under ultrahurtig laseroverfladestrukturering, aflejres nogle nanopartikler i plasmafanen in situ tilbage på den bestrålede overflade.
Til specifikke applikationer spiller de strukturelle egenskaber aflejret in situ en vigtig rolle i at forbedre overfladeegenskaber såsom lysabsorption, følsomhed og energiomdannelse. Hvorvidt og hvordan man kontrollerer in situ-aflejringsprocessen, er dog stadig et åbent spørgsmål.
Vores seneste undersøgelser har vist evnen til at kontrollere in situ aflejringsprocessen, fx ved at bygge fæstningslignende strukturer oven på mikrokeglearrays, i stedet for blot at producere tilfældigt fordelte nanopartikler. De afslørede mekanismer for laser-stof-interaktioner kan stimulere fremtidig forskningsinteresse i at udforske nye muligheder for at bruge ultrahurtige lasere til at fremstille funktionelle overflademikro/nanostrukturer.
