Đại học Thanh Hoa cam kết phát triển các kỹ thuật chế tạo bằng laser để chuẩn bị các cấu trúc vi mô/nano bề mặt và khám phá các ứng dụng chức năng của chúng. Chúng tôi đã thiết lập khả năng kiểm soát riêng lẻ và tinh tế các tính năng ở cấp độ vi mô và nano cũng như kiểm soát cách chúng được kết hợp để tạo thành các loại cấu trúc đa lớp khác nhau.
Chức năng hóa bề mặt thông qua cấu trúc vi mô/nano không chỉ là một lĩnh vực nghiên cứu phát triển mạnh lấy cảm hứng từ sinh học mà còn quan trọng đối với nhiều ứng dụng thực tế. Chìa khóa để hiện thực hóa các chức năng bề mặt khác nhau là chế tạo các cấu trúc vi mô và nano bề mặt với kích thước, lớp và thành phần có thể kiểm soát được, thúc đẩy sự tiến bộ không ngừng của công nghệ chế tạo vi mô và nano.
Sự lắng đọng tại chỗ có kiểm soát mở ra những khả năng mới cho các cấu trúc nano/vi mô bề mặt laser cực nhanh
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Xử lý Vật liệu Laser, Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Thanh Hoa đã dành nhiều năm phát triển các kỹ thuật chế tạo laser để chuẩn bị các cấu trúc vi mô/nano bề mặt và khám phá các ứng dụng chức năng của chúng. Chúng tôi đã thiết lập khả năng kiểm soát riêng lẻ và tinh tế các tính năng ở cấp độ micromet và nano cũng như cách chúng kết hợp để tạo thành các loại cấu trúc đa lớp khác nhau. Các chức năng và ứng dụng mà chúng tôi đã nghiên cứu bao gồm khả năng thấm ướt cực cao, chống đóng băng, hấp thụ ánh sáng băng thông rộng, màu sắc cấu trúc, bay hơi nước bằng năng lượng mặt trời, quản lý giao diện nhiệt, đặc tính ma sát, quang phổ Raman tăng cường bề mặt và xúc tác quang điện cho các ứng dụng năng lượng.
Sử dụng tia laser cực nhanh để kiểm soát tốt hơn việc chế tạo cấu trúc và phát triển các phương pháp chế tạo linh hoạt hơn là một trong những trọng tâm nghiên cứu đang diễn ra của chúng tôi. Ngoài việc kiểm soát quá trình cắt bỏ bằng laser cực nhanh, gần đây chúng tôi đã chứng minh rằng sự lắng đọng hạt sau khi cắt bỏ bằng laser cực nhanh tại chỗ trên các bề mặt rắn cũng có thể được kiểm soát và sử dụng như một quy trình phụ gia vi mô cục bộ để xây dựng các cấu trúc bề mặt phân lớp. Sự hình thành các chùm plasma là hiện tượng phổ biến trong quá trình cắt bỏ chất rắn bằng xung laser.
Các sản phẩm từ chùm plasma (ví dụ: hạt nano) có thể được thu thập để sử dụng trong chất lỏng bên ngoài (ví dụ: trong trường hợp cắt bỏ bằng laser trong chất lỏng) hoặc chất nền (ví dụ: trong trường hợp lắng đọng xung laser). Ngược lại, trong quá trình cấu trúc bề mặt bằng laser cực nhanh, một số hạt nano trong chùm plasma được lắng đọng tại chỗ trở lại bề mặt được chiếu xạ.
Đối với các ứng dụng cụ thể, các đặc điểm cấu trúc được lắng đọng tại chỗ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường các đặc tính bề mặt như khả năng hấp thụ ánh sáng, độ nhạy và chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, liệu và làm thế nào để kiểm soát quá trình lắng đọng tại chỗ vẫn là một câu hỏi mở.
Các nghiên cứu gần đây của chúng tôi đã cho thấy khả năng kiểm soát quá trình lắng đọng tại chỗ, ví dụ, bằng cách xây dựng các cấu trúc giống như pháo đài trên mảng microcone, thay vì chỉ tạo ra các hạt nano phân bố ngẫu nhiên. Các cơ chế được tiết lộ về tương tác laser-vật chất có thể kích thích mối quan tâm nghiên cứu trong tương lai trong việc khám phá các khả năng mới của việc sử dụng laser cực nhanh để chế tạo các cấu trúc vi mô/nano bề mặt chức năng.
