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普渡大学程佳瑞教授主讲光电论坛第163期:大规模激光纳米制造

发布:opticseditor    |    2019-12-03 16:19    阅读:216
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2019年11月27日,受武汉光电国家研究中能源光子学功能实验室朱明强教授邀请,普渡大学程佳瑞教授来访武汉光电国家研究中心,做客武汉光电论坛,并做了题为“大规模激光纳米制造”的主题报告。


首先主持人陈炜教授对程佳瑞教授做了简短的介绍,包括其研究方向及学术贡献,武汉光电国家研究中心副主任周军教授进行授牌仪式后,报告正式开始。

程佳瑞教授首先介绍了其实验室的整体规划,然后根据四个大的方面介绍了近年来其团队的研究成果,包括纳米材料在结构材料中的集成、功能材料的相关研究、3D打印在纳米材料的大规模集成以及功能材料方面的应用、激光在下一代芯片的设计及制造方面的应用。程佳瑞教授强调,材料工程目前仍然面临许多科学性的问题,包括大规模的材料制备,材料机械性能及物理性能的精准预测,器件结构的功能化设计以及结构间相互作用的控制,材料缺陷的控制等方面,而采用现有的制造方法对于解决这些问题存在较大的挑战。为了解决这些问题,采用激光处理是程佳瑞教授进行研究的主要手段。

程佳瑞教授首先介绍其传统金属材料加工的相关工作。传统金属材料在某些性能指标比如强度、位错密度等方面无法满足应用要求,为了解决这些问题,下一代的金属化合物需要关注材料中纳米晶粒的结构及相互作用对材料性能的影响,通过激光处理控制纳米晶粒的尺寸及密度、晶粒之间的位错,为材料的表面加工强化提供了有效的手段。其次,将纳米材料加入金属材料进行3D打印,残余应力会导致材料开裂,通过加入石墨烯,激光和石墨烯的相互作用会使得材料硬度和疲劳强度大幅提高、残余应力下降。第三,相比于传统的结构制造工艺,例如光刻、模具压印等手段,超快激光可以产生非常强的力场,能够实现硬材料的纳米压印,达到常规方法达不到的效果,实现金属材料更好的结构功能化。

在第二个方面,程佳瑞教授介绍了激光压印的手段在材料性能方面的研究,特别是在新型二维材料领域的研究。激光可以实现结构以及材料压印角度、深度的控制,对量子点、纳米线结构的控制。利用激光局域应力场能够研究材料相变、预拉伸等方面。另外,利用激光处理可以实现许多新颖的特性,包括二维材料纽结结构的形成以及机械性能的分析,在石墨烯中打开超大带隙,超疏水结构的激光压印等。通过激光处理,可以降低零维、一维、二维材料之间的间隔,实现更强的耦合,有利于实现器件的大规模制造。激光处理还可以实现材料生长的控制,例如钙钛矿材料晶界、缺陷、稳定性的控制,能带结构的调控。通过激光对金属有机框架材料进行处理,可以在更小的尺寸下还原金属颗粒,并构建优良的黑体特性。总之,通过激光压印产生的纳米结构可以实现良好的功能,具有重要的应用价值。

另外,程佳瑞教授简要介绍了激光在3D打印上的应用、利用激光产生的超强冲击力实现纳米结构的制造、利用激光实现磁性材料的合成。最后一个方面,激光在下一代芯片的设计及制造方面具有广泛的应用前景,有望直接构建大规模、小尺寸、三维结构的芯片。利用激光实现切割、焊接等加工方法,有利于突破传统工艺的限制。

程佳瑞教授的报告内容丰富、研究学科广泛交叉、应用前景广阔,在程佳瑞教授讲述完报告之后,老师与同学们热情地与程佳瑞教授进行了学术交流,解答了老师与同学们对激光在大规模制造领域的疑惑。最后,在老师与同学们的热烈掌声中,报告结束。

来源:武汉光电研究中心

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