超快激光微纳米制造技术的蓬勃和多样化发展依赖于激光与物质相互作用过程中建立的相互耦合的多物理场和跨维度效应。在激光（尤其是超快激光）和物质之间的相互作用过程中，多物理耦合独特地实现了具有“自下而上”自组织特征的“自上而下”激光制造。典型的例子是激光诱导表面周期性结构，例如，激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、超波长周期性表面结构（SWPSS）等。然而，自组织效应通常不利于LIPSS或SWPSS的缺陷抑制和高可控性制造。为了提升它们的质量和均匀性，常用的一个重要原理是构建一对正/负反馈，通过直接利用激光与物质之间两种相互竞争的作用实现对微纳结构的精准调控。它已被应用于 “亚波长”方案（例如LIPSS）。然而，对于特征尺寸大于激光波长的“超波长”微纳结构化场景（例如SWPSS），目前的研究仍十分匮乏，其与复杂的热力学/流体动力学更相关，实际上更需要相互竞争的反馈机制来提高其可控性。
另一方面，对于难加工材料，例如难熔金属，超硬合金，尤其是受热易结晶化的金属玻璃，目前常规的表面改性技术难以满足其加工需求，限制了这些性能优异的材料的应用。因此，需要开发一种新的加工方案以实现低成本、高通量、可大范围加工、低附带损害等实用功能。此外，对于红外波段的光调制与降温散热的表面性能方面，传统的技术（例如，涂覆/电镀、多层膜结构等）都需要在母材料上附加新的材料，其大多工艺复杂且不利于环保。而直接在原材料上打印获得功能型微纳结构表面的超快激光技术，有望在轻质、坚固、易于扩展的表面制造方面具有优势。
最近，中国复旦大学Yun-Lu Sun课题组、上海工程技术大学Peilei Zhang课题组合作，开发了一种近场调控超快激光光刻技术，可以在超硬金属玻璃，难熔金属钨，铬等难加工金属上直接制造自阵列微/纳米孔，并作为中/远红外调制表面。高规整度的自阵列微/纳米孔具有可调的周期（1-5 μm）和几何形状（直径 500 nm~6 μm）。且这种表面具有优异的红外抗反射特性，在 2.5~6.5 μm 处的反射率从原来的~80% 下降到~5%。中国复旦大学Yun-Lu Sun、上海工程技术大学Peilei Zhang为论文共同通讯作者，复旦大学博士生Hanxuan Huang为论文的第一作者。
图 1.近场调控超快激光光刻的原理、加工策略、制备的自阵列微孔形貌与红外光调制效果图。
具体而言，我们首先在样品表面通过少量的激光扫描诱导出初始结构LIPSS以及随后的种子结构SWPSS。紧接着在种子结构SWPSS的基础上施加了一个错位扫描，利用种子结构沟槽尖端处形成的局部表面等离子体共振（LSPR）热点，选择性地增强近场光场和激光烧蚀，作为正反馈。同时，将特定飞秒激光波长和辐照能量下的光动力等离子体烧蚀和光热Marangoni抽运作为负反馈，最终不需逐一钻孔，即可实现微/纳米孔阵列的自发可控诱导。
此外，我们还发现了这种自阵列微纳孔表面优异的抗红外反射特性，2.5~6.5 μm 处的反射率从原来的~80% 下降到~5%，6.5~16μm处的反射率从~90%下降到了~15%。且这种抗反射性不易受到角度的影响。而低红外反射率所带来的在大气窗口(8~13μm)的高红外发射率，使得这种表面具有较好的散热降温效果。降温效果最多达到7℃。
论文信息：
Near-Field-Regulated Ultrafast Laser Supra-Wavelength Structuring Directly on Ultrahard Metallic Glasses
Hanxuan Huang, Shijie Song, Yun Liu, Zhenyu Liu, Zifeng Xiao, Yanyang Li, Yi Wang, Ruifan Li, Qianru Zhao, Xudong Wang, Yu Chen, Lei Wang, Zhishan Hou, Peilei Zhang*, Yun-Lu Sun*
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202405766
点击左下角「阅读原文」，查看该论文原文
Advanced Materials
期刊简介
《先进材料》（Advanced Materials）是一本超过30年历史，由Wiley出版发行的材料科学类知名权威期刊。期刊聚焦功能材料在化学、物理、生物等各项领域及相关交叉学科的前沿进展，影响力广泛。
WILEY
MaterialsViews
Wiley旗下材料科学类期刊官方微信平台
推送材料科研资讯｜访谈材料大咖新秀
分享撰稿投稿经验｜关注最新招聘信息
点击“分享”，给我们一点鼓励吧~
