武漢工程大學的研究人員綜述了飛秒激光製備表麵微/納米結構及其應用。相關(guan) 論文以“Fabrication and applications of surface micro/nanostructures by femtosecond laser”為(wei) 題發表在《Colloid and Interface Science Communications》上。

隨著加工技術的不斷進步，製造具有獨特表麵微/納米結構的材料成為(wei) 研究的熱點之一。其中，飛秒激光加工作為(wei) 一種高精度、高效率的製造技術已被廣泛采用。與(yu) 其他傳(chuan) 統加工方法相比，飛秒激光加工在可控微/納米結構加工方麵具有一定的優(you) 勢，可製造出多種結構，包括周期結構、微孔陣列結構、三維結構、複合結構等。它們(men) 具有光學防偽(wei) 、防反射、超疏水性能和超親(qin) 水性能等。本文綜述了飛秒激光加工材料的簡化機理、飛秒激光製備的典型表麵微/納米結構以及飛秒激光製備表麵微/納米結構的典型應用。證明了飛秒激光製造表麵微/納米結構的技術前景和應用潛力。

重點：

1.介紹利用飛秒激光加工製備表麵微/納米結構的類型。

2.介紹飛秒激光製備表麵微/納米結構的應用。

3.簡述飛秒激光與(yu) 材料相互作用的機理。

圖1.（a）飛秒激光加工鎳薄膜示意圖。不同激光通量、脈衝(chong) 和掃描速度下的激光誘導周期性表麵結構(LIPSS)：（b）0.17J/cm²，513nm，0.3mm/s；（c）0.25J/cm²，1026 nm，0.5mm/s。(d)飛秒激光輻照Bi₂Te₃的SEM圖像，脈衝(chong) 能量為(wei) 3.5μJ至43μJ，脈衝(chong) 數為(wei) 100。

圖2.(a)飛秒激光燒蝕PDMS表麵的SEM圖像。(b)飛秒激光輻照鋁表麵的SEM圖像。(c)飛秒激光燒蝕電極材料製備的微孔陣列的SEM圖像（石墨烯-40的上下表麵）。

圖3.(a)飛秒激光輻照鈦表麵產(chan) 生的柱狀陣列。通過（b）化學處理和（c）退火獲得的三維結構。通過飛秒激光微加工和退火，在PMMA表麵生成了三種三維圖案：(d)由矩形凹槽連接的兩(liang) 個(ge) 凹槽；(e)同心圓；(f)一端部分連接的周期性矩形凹槽。

圖4.(a)飛秒激光處理後PDMS表麵的SEM圖像。(b)不同形狀的液態金屬圖案，如樹葉圖案、星形圖案和螺旋圖案。(c)通過飛秒激光燒蝕鈦表麵獲得的方形矩陣圖案結構的SEM圖像。

圖5.(a)飛秒激光誘導在鐵基金屬玻璃表麵形成光柵孔結構的SEM圖像。(b-c)飛秒激光誘導在鐵基金屬玻璃表麵形成的光柵孔結構的AFM圖像。(d)飛秒激光輻照PDMS製備的超疏水表麵的SEM圖像。(e）通過飛秒激光去除部分PDMS並燒蝕矽表麵而得到的超疏水-超親(qin) 水混合表麵的SEM圖像（黑色箭頭表示超親(qin) 水，紅色箭頭表示超疏水）。(f）e的局部放大圖。

圖6.(a)從(cong) 不同方位角（垂直和水平）拍攝的飛秒激光處理過的銅表麵的照片和局部放大圖。 (b)變色龍的圖像。(c)變色龍皮膚的高倍放大圖像（與(yu) B中的圓圈部分相對應）。(d)仿生變色龍皮膚的全色熒光圖像。

圖7.(a)飛秒激光加工AZO薄膜以形成可提高反射率的納米孔陣列示意圖。(b)原始AZO薄膜的透射率和相對透射率與(yu) 波長的函數關(guan) 係，以及飛秒激光加工後AZO薄膜的透射率和相對透射率。(c)飛秒激光誘導和熱氧化黃銅片示意圖。(d)飛秒激光誘導和熱氧化黃銅片表麵的照片和相應的SEM圖像。(e)用不同方法加工黃銅片後反射率的變化示意圖。

圖8.(a)利用飛秒激光在硫係玻璃As₂Se₃上製作微透鏡陣列的過程示意圖。(b)簡化的紅外光學成像裝置。(c)利用飛秒激光輻照As₂Se₃製備的微透鏡陣列的光學顯微鏡圖像。(d)利用飛秒激光輻照As₂Se₃製備的微透鏡陣列的SEM圖像。(e)利用飛秒激光輻照As₂Se₃製備的微透鏡陣列的三維輪廓圖像。

圖9.(a)飛秒激光在PI薄膜上製備的超疏水和超親(qin) 水表麵示意圖。(b)飛秒激光製備MSR的示意圖和MSR的理論表麵形貌。(c)MSR的工作原理示意圖，其中MSR可在磁場作用下進行液滴轉移。

圖10.(a)實驗裝置中的MDS示意圖。(b)傳(chuan) 統傳(chuan) 感器與(yu) 超多孔基質MDS的溶解氧信號對比。(c)未加工的泡沫銅和(d)激光處理過的泡沫銅的SEM圖像。

圖11.(a)柔性襯底上不同連接類型的集成石墨烯超級電容器(GNSC)示意圖。(b)GNSC在電壓掃描速率為(wei)  25 mV/s時的CV結果。(c)電流密度為(wei) 0.5mA/cm²時GNSC的GCD結果。(d)CuO/Cu超級電容器的製備工藝示意圖。

飛秒激光表麵微/納米結構製備技術是一種利用飛秒激光的超快時間和高能量密度在材料表麵製備微/納米級結構的前沿製造技術。由於(yu) 其精度高、效率高、適應性強，該技術在許多領域都有廣泛的應用前景。本文討論了微/納米結構在日常生活中的應用，包括防偽(wei) 、防反射、透鏡陣列、超疏水/超親(qin) 水、化學傳(chuan) 感和電容儲(chu) 能等。盡管已有大量的科學研究和應用，但利用飛秒激光加工製備微納結構仍需要科學家對其未開發區域進行研究，例如，如何“疊加”利用飛秒激光製備的微/納結構的功能特性。可以預見，隨著科學技術的不斷發展和進步，這項技術在未來幾年將得到更廣泛的應用和推廣，並取得更大的突破，為(wei) 各領域的創新和發展提供新的機遇和挑戰。