Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of Materials Laser Processing and Modification, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 RIKEN Center for Advanced Photonics, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan
3 School of Aeronautics and Astronautics, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
4 State Key Lab of Metal Matrix Composites, School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
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Orientations of laser induced periodic surface structures (LIPSS) are usually considered to be governed by the laser polarization state. In this work, we unveil that fluid dynamics induced by femtosecond (fs) laser ablation in liquid (fs-LAL) can easily break this polarization restriction to produce irregular circular-LIPSS (CLIPPS) and crisscross-LIPSS (CCLIPSS). Fs laser ablation of silicon in water shows formation of diverse LIPSS depending on ablation conditions. At a high power of 700 mW (repetition rate of 100 kHz, pulse duration of 457 fs and wavelength of 1045 nm), single/twin CLIPSS are produced at the bottom of macropores of several microns in diameter due to the formation of strong liquid vortexes and occurrence of the vortex shedding effect. Theoretical simulations validate our speculation about the formation of liquid vortex with an ultrahigh static pressure, which can induce the microstructure trenches and cracks at the sidewalls for fs-LAL of Si and tungsten (W) in water, respectively. At a low power of 50 mW, weak liquid vortexes are produced, which only give birth to curved LIPSS in the valleys of grooves. Consequently, it is deduced that liquid vortex plays a crucial role in the formation of macropores. Mountain-like microstructures induce complex fluid dynamics which can cause the formation of CCLIPSS on them. It is believed that liquid vortexes and fluid dynamics presented in this work open up new possibilities to diversify the morphologies of LIPSS formed by fs-LAL.
circular LIPSS crisscross LIPSS laser ablation in liquid femtosecond laser ablation in water liquid vortex vortex shedding Opto-Electronic Advances
2022, 5(2): 210066
1 微纳含能器件工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学化工学院, 江苏 南京 210094
纳米材料具有特殊的化学特性,在光电子、催化、医药、**等领域展现出了广阔的应用前景。激光液相烧蚀法(PLAL)是当前纳米粒子制备领域的研究热点之一,其利用脉冲激光在液相中创造出超高温、超高压的环境,通过改变脉冲激光的波长、脉宽、频率以及溶剂、靶材的种类等,来达到控制纳米粒子形态和尺寸的目的。本文介绍了激光液相烧蚀法的基本原理,综述了激光液相烧蚀法制备金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子、合金纳米粒子以及非金属纳米粒子的最新研究进展,总结了纳米粒子制备过程的影响因素和产物的性能。基于国内外研究进展,提出了激光液相烧蚀法制备纳米粒子的改进方向。
材料 纳米粒子 激光液相烧蚀法 基本原理 研究进展
1 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室, 北京 100081
2 清华大学摩擦学国家重点实验室, 北京 100084
3 清华大学先进成形制造教育部重点实验室, 北京 100084
飞秒激光具有脉宽超短、瞬时功率密度超高、非线性加工的特点,对低维纳米材料的制备和加工有着独特的优势,且具有广泛的材料适应性,能够方便快捷地针对需要精确靶向定位和图案化加工的纳米材料做出加工策略。本文综述了飞秒激光对低维纳米材料的制备加工和改性的研究现状,介绍了时空整形飞秒脉冲激光方法下制备的功能性量子点、纳米线、二维薄膜材料,和这些材料在化学催化、生物化学检测、生物相容性及电子器件等领域的应用,分析讨论了激光液相烧蚀制备纳米材料和集成化器件加工当前所面临的挑战和今后的研究重点。
激光技术 飞秒激光 纳米材料 低维 液相烧蚀 微纳制造
红外与激光工程
2020, 49(8): 20190498
1 吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林 长春 130012
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
液相脉冲激光烧蚀法(PLAL)具有绿色环保、适用范围广及可制备复合材料等优点, 受到学术界的广泛关注, 但是较低的制备效率限制了它进一步发展。将微流控技术与液相脉冲激光烧蚀法相结合, 在硅基微流控芯片中实现了快速高效制备晶格型(400~800 nm)和球型(100~300 nm)硅纳米结构。通过扫描电子显微镜和光谱仪对其形貌结构及分布情况进行了测试表征, 获得了微流控流速、激光烧蚀功率与纳米粒子制备效率之间的关系。该方法将液相脉冲激光烧蚀法的最高制备效率提高了30%以上, 达到87.5 mg/min, 为将来液相脉冲激光烧蚀法工业化生产提供一种新的技术路线。
激光制造 液相脉冲激光烧蚀法 制备效率 微流体 硅纳米结构
采用波长为248 nm的KrF准分子激光烧蚀制备纯净的金核银壳复合纳米结构，通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及电子能谱(EDS)对其形貌结构和成分进行了表征。实验发现，控制银壳的厚度能够调节该纳米结构的表面等离共振吸收曲线峰位，采用Mie理论对金核银壳纳米结构在形成过程中的表面等离共振吸收曲线进行了模拟，模拟结果与实验结果一致。探讨了激光烧蚀法制备金核银壳纳米结构的机制。此外，实验结果表明准分子激光烧蚀法制备的金核银壳纳米结构具有优异的表面增强拉曼光谱(SERS)活性，可用于物质痕量检测领域。
材料 核壳结构 激光液相烧蚀法 表面等离子体共振
