Ytfunktionalisering via mikro/nano-strukturering är inte bara ett blomstrande forskningsområde inspirerat av bionik utan också av stor betydelse för olika praktiska tillämpningar. Nyckeln till att uppnå olika ytfunktioner är tillverkningen av ytmikro/nanostrukturer med kontrollerade dimensioner, hierarkier och sammansättningar, vilket driver den kontinuerliga utvecklingen av mikro/nanotillverkningstekniker.
Forskare från Laser Materials Processing Research Center vid School of Materials Science and Engineering vid Tsinghua University, Kina, har ägnat flera år åt att utveckla laseraktiverade tillverkningstekniker för att förbereda ytmikro/nanostrukturer och utforska deras funktionella tillämpningar.
Verket med titeln "Localized in-situ deposition:a new dimension to control in fabricating ytmikro/nano-strukturer via ultrasnabb laserablation" publicerades i Frontiers of Optoelectronics .
Forskarna har etablerat förmågan att separat och finkontrollera funktionerna i mikro- och nanoskala samt kontrollera hur de kombineras för att bilda olika typer av flernivåstrukturer, säger forskarna. De funktioner och tillämpningar som de har studerat inkluderar extrem vätbarhet, anti-isning, bredbandsljusabsorption, strukturella färger, solvattenavdunstning, termisk gränssnittshantering, tribologiska egenskaper, ytförstärkt Raman-spektroskopi och fotoelektrokatalys för energitillämpningar, etc.
Att få mer kontroll över strukturtillverkningen med hjälp av ultrasnabba lasrar och utveckla mer flexibla tillverkningsmetoder är ett av deras kontinuerliga forskningsfokus. Förutom att kontrollera den ultrasnabba laserablationsprocessen, visade de nyligen att in-situ avsättning av partiklar efter ultrasnabb laserablation av fasta ytor också kunde kontrolleras och användas som en lokaliserad mikroadditiv process för att stapla upp hierarkiska ytstrukturer.
Plasmaplymbildningen är ett universellt fenomen som uppstår under pulsad laserablation av fasta ämnen. Produkterna (nanopartiklar) från plasmaplymerna kan samlas upp för användning av externa vätskor (vid laserablation i vätskor) eller substrat (vid pulsad laseravsättning).
Däremot deponerar några av nanopartiklarna från plasmaplymerna in situ tillbaka till de bestrålade ytorna under ultrasnabb laserytestrukturering. För specifika applikationer spelar de in-situ avsatta strukturella egenskaperna en betydande roll för att förbättra ytegenskaper som ljusabsorption, känslighet och energiomvandling.
Huruvida och hur deponeringsprocessen på plats kan kontrolleras förblir dock en öppen fråga. Deras senaste studier visade en förmåga att kontrollera in-situ avsättningsprocessen, t.ex. att bygga fortliknande strukturer ovanpå mikrokonarrayer snarare än att bara producera slumpmässigt fördelade nanopartiklar. Den avslöjade interaktionsmekanismen mellan laser och materia kan motivera framtida forskningsintressen att utforska nya möjligheter i tillverkningen av funktionella ytmikro/nanostrukturer med hjälp av ultrasnabba lasrar.
Mer information: Peixun Fan et al, Localized in-situ deposition:en ny dimension att kontrollera vid tillverkning av ytmikro/nanostrukturer via ultrasnabb laserablation, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00092-1
Tillhandahålls av Higher Education Press
