Sveučilište Tsinghua predano je razvoju tehnika laserske izrade za pripremu površinskih mikro/nanostruktura i istraživanju njihove funkcionalne primjene. Uspostavili smo sposobnost pojedinačnog i finog upravljanja značajkama na mikro i nanomjernom nivou i upravljanja načinom na koji se one kombiniraju da bi se formirale različite vrste višeslojnih struktura.
Površinska funkcionalizacija putem mikro/nanostruktura nije samo napredno istraživačko polje nadahnuto bionikom, već je važno i za razne praktične primjene. 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 taloženje na licu mjesta otvara nove mogućnosti za ultrabrze laserske površinske mikro/nanostrukture
Istraživači u Istraživačkom centru za lasersku obradu materijala, Fakultet za znanost i inženjerstvo materijala, Sveučilište Tsinghua proveli su nekoliko godina razvijajući tehnike laserske izrade za pripremu površinskih mikro/nanostruktura i istražujući njihovu funkcionalnu primjenu. Uspostavili smo sposobnost pojedinačnog i finog upravljanja mikrometarskim i nanomjernim značajkama i načinom na koji se one kombiniraju u obliku različitih vrsta višeslojnih struktura. Funkcionalnosti i primjene koje smo istražili uključuju ekstremnu sposobnost vlaženja, zaštitu od zaleđivanja, širokopojasnu apsorpciju svjetla, strukturnu boju, solarno isparavanje vode, upravljanje toplinskim sučeljem, tribološka svojstva, površinski poboljšanu Ramanovu spektroskopiju i fotoelektrokatalizu za energetske primjene.
Korištenje ultrabrzih lasera za bolju kontrolu izrade strukture i razvoj fleksibilnijih metoda izrade jedan je od fokusa našeg istraživanja koje je u tijeku. Uz kontrolu procesa ultrabrze laserske ablacije, nedavno smo pokazali da se taloženje čestica nakon in-situ ultrabrze laserske ablacije čvrstih površina također može kontrolirati i koristiti kao lokalizirani proces mikroaditiva za izgradnju slojevitih površinskih struktura. Stvaranje pramenova plazme uobičajena je pojava u pulsirajućoj laserskoj ablaciji čvrstih tijela.
Produkti iz oblaka plazme (npr. nanočestice) mogu se prikupiti za upotrebu u vanjskim tekućinama (npr. u slučaju laserske ablacije u tekućinama) ili supstratima (npr. u slučaju pulsirajućeg laserskog taloženja). Nasuprot tome, tijekom ultrabrzog laserskog strukturiranja površine, neke nanočestice u oblaku plazme talože se in situ natrag na ozračenu površinu.
Za posebne primjene, strukturne značajke pohranjene in situ igraju važnu ulogu u poboljšanju površinskih svojstava kao što su apsorpcija svjetla, osjetljivost i pretvorba energije. Međutim, hoće li i kako kontrolirati proces taloženja in situ ostaje otvoreno pitanje.
Naše nedavne studije pokazale su mogućnost kontrole procesa taloženja in situ, npr. izgradnjom struktura nalik tvrđavama na vrhu nizova mikrokonusa, umjesto samo proizvodnjom nasumično raspoređenih nanočestica. Otkriveni mehanizmi interakcija laser-materija mogli bi potaknuti budući istraživački interes za istraživanje novih mogućnosti korištenja ultrabrzih lasera za izradu funkcionalnih površinskih mikro/nanostruktura.
