近期，合肥工業(ye) 大學儀(yi) 器科學與(yu) 光電工程學院吳思竹教授、勞召欣教授課題組在超快激光加工領域取得多項研究成果，相關(guan) 論文分別發表於(yu) 國際知名期刊《Advanced Functional Materials》、《Small》和《Corrosion Science》。

研究團隊將飛秒激光加工引導的雙向對稱毛細力自組裝用於(yu) 手性光學結構加工。提出了一種基於(yu) 角度補償(chang) 和pH調控策略的雙向對稱手性微結構原位製備方法。該方法采用飛秒激光直寫(xie) 構建pH智能響應性水凝膠微柱陣列，巧妙利用溶液蒸發產(chan) 生的動態毛細力驅動自組裝過程，通過將智能材料動態響應特性與(yu) 激光微加工精準操控相結合，突破了傳(chuan) 統手性結構調諧困難的瓶頸。為(wei) 了克服傳(chuan) 統智能材料變形不對稱的問題，團隊引入了結構角度補償(chang) 與(yu) pH協同調控策略，並建立了手性結構參數化設計模型。通過渦旋光探測技術，驗證了所製備手性微結構的對稱渦旋二色光譜特性。該進展以“Bidirectionally Symmetric Self-Assembly of Switchable Chiral Microstructures based on Angle Compensation and pH Regulation Strategy for Chiroptical metamaterials”為(wei) 題於(yu) 2025年2月11日發表在《Advanced Functional Materials》。

圖1. 飛秒激光加工引導的對稱調諧手性自組裝

研究團隊設計了一種電熱-磁複合驅動的形狀記憶微夾持器（EM-SMP）。該微夾持器通過飛秒激光加工技術實現高精度製造，並在形狀記憶聚合物基體(ti) 中嵌入Fe₃O₄顆粒和電阻絲(si) ，從(cong) 而能在電流和磁場作用下實現快速響應（響應時間約為(wei) 0.9s）。該設計在操作過程中僅(jin) 在夾持器張開時施加磁場，閉合則通過電熱觸發的形狀記憶效應完成，使其能夠在無磁幹擾的情況下安全夾持磁性物體(ti) ，並在冷卻後實現無需能耗的穩定鎖定狀態。此外，其獨特的爪形結構有效提升了負載能力，自重負載比高達2380，顯著增強了夾持性能。該進展以“High-Load Shape Memory Microgripper with Embedded Resistive Heating and Magnetic Actuation”為(wei) 題於(yu) 2025年2月3日發表在《Advanced Functional Materials》。

圖2. EM-SMP夾持器工作機理示意圖

研究團隊設計了一種磁/光雙響應形狀記憶夾持器。通過將Fe₃O₄納米顆粒嵌入形狀記憶聚合物（SMP）基體(ti) ，賦予材料光熱轉換與(yu) 磁響應特性。基於(yu) 飛秒激光加工與(yu) 模板複刻技術，製備了可精確調控的微結構夾爪。在近紅外光（NIR）與(yu) 環形磁場協同作用下，夾爪通過光熱效應軟化並受磁力驅動展開至臨(lin) 時開合態；撤去磁場後，其形狀可固定，而再次施加NIR則觸發形狀記憶效應恢複閉合態。實驗表明，該夾持器可操控跨尺度物體(ti) （微米級液滴至厘米級金屬件），最大負載達自身重量的1730倍，並能在密閉空間內(nei) 精準轉移固體(ti) 與(yu) 液體(ti) 。此外，其成功應用於(yu) 多種微液滴操控及液態金屬電路控製，為(wei) 微創手術器械與(yu) 工業(ye) 精密操作提供了創新解決(jue) 方案。該進展以“A Versatile Dual-Responsive Shape-Memory Gripper via Additive Manufacturing Toward High-Performance Cross-Scale Objects Maneuvering”為(wei) 題於(yu) 2025年1月24日發表於(yu) 《Small》。

圖3. 磁/光雙響應形狀記憶微爪磁熱協同驅動與(yu) 跨尺度操控

研究團隊提出飛秒激光表麵處理（FLSP）新策略。通過調控激光功率（100–400 mW）在LPBF鈦合金表麵構建周期性納米波紋與(yu) 微納分級結構，結合空氣暴露加速Ti²⁺氧化為(wei) Ti⁴⁺，形成致密TiO₂鈍化膜。實驗表明，FLSP處理後的樣品在3.5% NaCl溶液中腐蝕電流密度（icorr）由2.05 μA/cm²降至0.044 μA/cm²（降幅97.8%），鈍化電流密度（ip）降低70.8%，且呈現多層鈍化行為(wei) 。XPS分析證實，空氣暴露30天後，表麵Ti⁴⁺占比提升，氧化膜厚度與(yu) 致密度顯著增加，有效阻隔Cl⁻侵蝕。經過45天浸泡實驗，FLSP處理樣品未出現明顯局部腐蝕，驗證了其長效防護能力。該進展以“Femtosecond laser-induced micro/nanostructures facilitated multiple passivation and long-term anti-corrosion property of laser powder bed fused Ti-6Al-4V alloy”為(wei) 題於(yu) 2025年1月30日發表於(yu) 《Corrosion Science》。

圖4.飛秒激光誘導微納米結構促進合金的多重鈍化和長期防腐性能

課題組與(yu) 中國科學技術大學吳東(dong) 教授、香港中文大學張立教授課題組等分別開展合作，相關(guan) 研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、合肥工業(ye) 大學優(you) 秀青年人才培育計劃等項目的支持，係列進展可以為(wei) 先進製造、集成傳(chuan) 感器、智能機器人、生物醫療等領域提供重要技術支撐。