一维纳米材料具有众多优异的特性,是构建微纳米功能性器件的基石。实现一维纳米材料在二维和三维空间的高精度和高定向组装是充分发挥其应用潜力的关键,同时也是制造难点。在众多纳米材料组装技术中,飞秒激光直写诱导组装技术具有独特优势,可实现一维纳米材料在任意三维结构中的可设计、高定向及高精度的组装。首先简要介绍了一维纳米材料组装研究的背景,并总结了非激光直写组装技术的研究现状和存在的挑战,然后较详细介绍了飞秒激光直写技术在一维纳米材料组装研究中的进展,重点回顾了金属(包括Au和Ag纳米线)、半导体(包括CNTs和ZnO)一维纳米材料的飞秒激光直写组装及微纳光电子功能器件的制造。并讨论了诱导一维纳米材料定向排布的光学力和非光学力(包括剪切力、体积收缩应力和空间限制)的作用机理,理论计算和实验研究结果验证了飞秒激光诱导的非光学力作用是导致一维纳米材料定向排布的主要原因。最后探讨了目前飞秒激光组装技术面临的一些问题和未来在高精度纳米材料组装和三维功能器件集成方面的发展趋势。

介绍了碳纳米管(CNTs)/聚合物复合材料分散性、定向排布和组装方面的研究进展, 并利用双光子聚合(TPP)激光直写技术, 实现了多壁碳纳米管(MWNTs)在三维空间的定向排布和分子组装。通过加入硫醇分子, 提升了MWNTs/聚合物复合材料中CNTs的分散性和掺杂浓度, 增强了CNTs/聚合物复合材料在电学、光学、力学方面的性能, 并成功实现了三维CNTs功能器件的制造。研究结果表明, 通过将TPP激光直写技术与热退火工艺相结合, 可以实现对CNTs簇排列方向和位置的精确控制。