將傳(chuan) 統的飛秒激光液相加工、飛秒激光液相衝(chong) 擊和碎裂工藝相結合，本團隊首次實現了基於(yu) 飛秒激光液相衝(chong) 擊碎裂微納加工易碎矽材料【Int. J. Extrem. Manuf. 2020, 2, 045001】。在激光功率為(wei) 700 mW超強衝(chong) 擊波作用下，平行溝槽碎裂生成如圖1a所示結構，隻有部分溝槽沒有被破壞。溝槽上有典型的垂直於(yu) 激光偏振方向的高頻周期LIPSS結構，周期在100-200 nm之間（圖1b）；在溝槽底部的孔洞呈現如圖1c-f所示的圓形和雙圓形LIPSS結構，是由流體(ti) 的漩渦和渦流屏蔽（雙漩渦）效應導致的。在小功率（50 mW）情況下，衝(chong) 擊波能量比較小，平行溝槽未被破壞；溝槽底部有一係列孔洞（圖1g-h），部分呈現漩渦所致螺旋狀結構（圖1i）。在溝槽的邊緣發現了弧狀結構（圖1j），展現漩渦長度從(cong) 溝槽的上部一直到達其底部，影響所有其覆蓋LIPSS的發展方向。此外，漩渦還會(hui) 誘導LIPSS方向傾(qing) 斜（圖1k），使其不再垂直於(yu) 激光極化方向。僅(jin) 在溝槽結構的頂部，存在垂直於(yu) 激光極化方向的LIPSS結構（圖1l）。在量綱分析的基礎上，對單孔洞在垂直和水平交疊的高速流體(ti) 作用下的微納流動、衝(chong) 擊行為(wei) 進行了仿真，驗證漩渦的生成（圖1m）。

      新型加工工藝加的壓強可達到MPa級，圖2a-b所示為(wei) 仿真獲得的漩渦靜態壓強側(ce) 視圖和俯視圖。超高的壓強作用於(yu) 側(ce) 壁會(hui) 導致平行溝槽碎裂（圖1a），還會(hui) 導致脆性金屬鎢側(ce) 壁沿水平方向碎裂（圖2c），在垂直方向留下漩渦的刻蝕痕跡（圖2c）。700 mW功率飛秒激光加工矽的結構側(ce) 壁也發現了漩渦刻蝕的溝槽（圖2d-f），側(ce) 壁溝槽結構在頂部和底部有明顯的偏移（圖2d），表明漩渦不是靜態的，而是動態移動的。

      改變掃描方向可以獲得不同方向偏移的弧狀側(ce) 壁溝槽（圖2e），表明改變掃描方向可以改變漩渦的移動方向。改變掃描速度可以調節漩渦的密度，從(cong) 而改變漩渦刻蝕溝槽的間距（圖2f）。本係列研究表明，漩渦對側(ce) 壁施加的壓強都會(hui) 導致嚴(yan) 重的結構碎裂。

      圖3a展示了激光功率為(wei) 700 mW、掃描間隔為(wei) 5 μm條件下高密度碎裂生成的類似山狀結構（圖3a），碎裂表麵覆蓋著方向交錯的LIPSS結構（圖3b綠色箭頭所示）。圖3c仿真了類似結構上的流體(ti) 方向，可以看到結構曲率會(hui) 引起流體(ti) 方向改變，從(cong) 而導致了方向交錯LIPSS結構的形成。實驗結果表明了激光在與(yu) 物質的作用過程中，在所生成結構的輔助下，會(hui) 產(chan) 生超高壓強的漩渦流場和方向不斷變化的流場導致結構碎裂，並能影響LIPSS結構的方向和形貌。

    論文原文：Zhang DS, Li XZ, Fu Y, Yao QH, Li ZG et al. Liquid vortexes and flows induced by femtosecond laser ablation in liquid governing formation of circular and crisscross LIPSS. Opto-Electron Adv 5, 210066 (2022).