Univerzitet Tsinghua posvećen je razvoju tehnika laserske proizvodnje za pripremu površinskih mikro/nanostruktura i istraživanje njihove funkcionalne primjene. Ustanovili smo sposobnost da pojedinačno i fino kontrolišemo karakteristike mikro i nanorazmera i kontrolišemo kako se kombinuju da bi se formirale različite vrste višeslojnih struktura.
Funkcionalizacija površine putem mikro/nanostruktura nije samo napredno istraživačko polje inspirisano bionikom, već je takođe važno za razne praktične primene. Ključ za realizaciju različitih površinskih funkcionalnosti je izrada površinskih mikro- i nanostruktura s kontroliranim veličinama, slojevima i sastavima, što pokreće kontinuirani napredak tehnologija mikro- i nanofabrikacije.
Kontrolirano nanošenje na licu mjesta otvara nove mogućnosti za ultrabrze laserske površinske mikro/nanostrukture
Istraživači u Istraživačkom centru za obradu laserskih materijala, Fakulteta za nauku o materijalima i inženjeringu, Univerziteta Tsinghua proveli su nekoliko godina razvijajući tehnike laserske proizvodnje za pripremu površinskih mikro/nanostruktura i istražujući njihove funkcionalne primjene. Ustanovili smo sposobnost da pojedinačno i fino kontrolišemo karakteristike mikrometara i nanosmera i kako se one kombinuju da bi formirale različite tipove višeslojnih struktura. Funkcionalnosti i primjene koje smo istražili uključuju ekstremnu sposobnost vlaženja, zaštitu od zaleđivanja, širokopojasnu apsorpciju svjetlosti, strukturnu boju, solarno isparavanje vode, upravljanje termičkim interfejsom, tribološka svojstva, površinski poboljšanu Raman spektroskopiju i fotoelektrokatalizu za energetske primjene.
Korištenje ultrabrzih lasera za bolju kontrolu izrade strukture i za razvoj fleksibilnijih metoda izrade jedan je od fokusa našeg istraživanja. Pored kontrole procesa ultrabrze laserske ablacije, nedavno smo pokazali da se taloženje čestica nakon in-situ ultrabrze laserske ablacije čvrstih površina može također kontrolirati i koristiti kao lokalizirani mikroaditivni proces za izgradnju slojevitih površinskih struktura. Formiranje plazma perja je uobičajena pojava u impulsnoj laserskoj ablaciji čvrstih materija.
Proizvodi iz oblaka plazme (npr. nanočestice) mogu se sakupljati za upotrebu u vanjskim tekućinama (npr. u slučaju laserske ablacije u tekućinama) ili supstratima (npr. u slučaju pulsnog laserskog taloženja). Nasuprot tome, tokom ultrabrzog laserskog površinskog strukturiranja, neke nanočestice u plamenu plazme se talože in situ nazad na ozračenu površinu.
Za specifične primene, strukturne karakteristike deponovane in situ igraju važnu ulogu u poboljšanju svojstava površine kao što su apsorpcija svetlosti, osetljivost i konverzija energije. Međutim, ostaje otvoreno pitanje da li i kako kontrolisati proces depozicije in situ.
Naše nedavne studije su pokazale sposobnost kontrole in situ procesa taloženja, npr. izgradnjom struktura nalik tvrđavi na vrhu mikrokonusnih nizova, umjesto da se samo proizvode nasumično raspoređene nanočestice. Otkriveni mehanizmi interakcija laser-materija mogli bi potaknuti budući istraživački interes za istraživanje novih mogućnosti korištenja ultrabrzih lasera za proizvodnju funkcionalnih površinskih mikro/nanostruktura.
