液相激光燒蝕法plus微流控提高納米結構製備效率

納米材料的出現令人類第一次從微觀層次主動設計、開發材料，從而向分子原子尺度控製材料性能跨越。例如，2016年科學家用納米材料研製出“超級鏡頭”，即比一張紙還要薄的透鏡，圖像質量還和當前世界上最先進的光學成像係統相當。

作為一種環保、低選擇性的新型納米材料製備技術，激光液相燒蝕法利用脈衝激光對浸沒在液體中的靶樣品進行燒蝕，直接在液相環境中製備出微納米結構，成為了納米材料製造業的“新寵兒”。但是，這項新技術存在製備效率低下等缺陷。

近日，吉林大學於顏豪博士課題組提出將液相激光燒蝕法與微流控技術相結合，實現了基於微流控芯片的液相激光燒蝕法。相關工作發表於《fun88官网平台》2017年第4期：基於微流控技術的高效液相脈衝激光燒蝕法。

該方法結合了二者優勢，在微流控芯片中精確控製液相環境，使其避免了湍流等不利現象，使得激光燒蝕形成的納米粒子隨著“微流體”迅速排出芯片，顯著提高了製備效率。實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置圖

右側為製備完成的微流控芯片（藍色箭頭為微流體流動方向），左側為實驗所用光路。激光經過物鏡聚焦在微通道矽基上，製備完成的納米材料會被微流體“帶離”微流體芯片。

實驗首先在矽基上利用PDMS和二氧化矽蓋玻片製備出含有一條為微流通道的微流控芯片。在保持微流控流速不變的情況下，通過控製激光燒蝕功率成功地燒蝕出晶格型(400 -800 nm)和圓球型（100 -300 nm）矽納米結構，並研究了微流控流速對矽納米材料製備效率之間的關係。

當微流控流速在9 mL/min以後製備效率趨於飽和，9 mL/min以下時微流控流速增加對納米材料的製備效率確實有促進作用，將最高製備效率提高了30%以上，達到87.5 mg/min。這為將來液相激光燒蝕法工業化生產提供了一種新的技術路線。

實驗中在不同激光功率下製備出了下述的矽納米結構。

圖2 矽納米結構掃描電鏡照片

(a)-(b)的激光燒蝕功率為3 mW；(c)-(d)的激光燒蝕功率為4 mW；(e)-(f)的激光燒蝕功率為5 mW。3 mW製備出的矽納米結構帶有明顯的晶格特征，並且結構尺寸較大； 4 mW製備出的矽納米結構便失去了晶格特性，呈現球型，並且結構尺寸較小。

研究人員表示後續將著重將此技術應用於各種金屬，介質等材料，並且嚐試使用不同溶液作為液相環境，試圖製備出具有特殊表麵活性的納米材料。

論文信息：

關凱瑉，劉晉橋，徐穎，於顏豪. 基於微流控技術的高效液相激光燒蝕法[J]. fun88官网平台, 2017, 44(4): 0402006

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