新型激光刻蝕技術(shù)將普通金屬變成超級材料
2018-6-7 14:25:27??????點(diǎn)擊：
紐約羅切斯特大學(xué)的研究者們通過(guò)用飛秒激光脈沖轟擊普通金屬而研發(fā)出了一種非同尋常的新型表面材料，它可以有效地吸收光能，防水以及自我凈化。 這種多功能材料可用來(lái)制造高耐用、低保養的太陽(yáng)能集熱器和太陽(yáng)能傳感器?！斑@是首次使用激光制造出的多功能金屬表面材料，該材料具有超疏水(防水)，自我凈化以及高吸收等多重功能?！?/span>
羅切斯特大學(xué)光學(xué)院的教授郭春雷研制出了一種用激光讓材料具有疏水性的技術(shù)，他與同為羅切斯特大學(xué)同事的研究者Anatoliy Vorobyev共同研發(fā)出了該新型材料。研究者們在美國物理聯(lián)合會(huì )出版的《應用物理雜志》中詳述了用了激光刻蝕技術(shù)制作出該材料的過(guò)程。
“提升材料的光吸收能力會(huì )受益于那些需要收集光能的科技，比如太陽(yáng)能傳感器和太陽(yáng)能器件，而超疏水性則會(huì )使材料的表面防銹，防冰和防生物污損，所有這些特點(diǎn)都會(huì )提高器件的耐用性，使之更容易保養”，郭春雷說(shuō)。超疏水性還有利于材料表面自我凈化，因為無(wú)法滲透的水滴可以有效地帶走表面的灰塵顆粒。
研究者們用持續時(shí)間為一千萬(wàn)億分之一秒量級的超短飛秒脈沖轟擊鉑、鈦和銅三種樣品，從而獲得這種新型的表面材料?！霸诙虝旱霓Z擊中，激光脈沖的峰值能量相當于北美整個(gè)電力網(wǎng)的能量總和”，郭春雷說(shuō)。
這些超能激光脈沖會(huì )在金屬表面刻蝕出大量的細紋，在這些紋路上密集分布且高低不平的納米微結構就這樣形成了。微結構從根本上改變了這三種金屬表面的光學(xué)性質(zhì)和潤濕性質(zhì)，將通常情況下反光的金屬表面轉變成對光高吸收的表面，并使它們具有防水的性質(zhì)。
“大多數商業(yè)使用的具有疏水性和高光學(xué)吸收性的材料依賴(lài)于化學(xué)涂層，這些涂層會(huì )隨著(zhù)時(shí)間降解或者脫落”，郭春雷說(shuō)。但對于這種新型材料來(lái)說(shuō)，由激光蝕刻的納微米結構已經(jīng)變成了金屬表面的固有性質(zhì)，因此不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間變化。
該新型材料的疏水性還可與眾所周知的不粘鍍層相媲美?！霸S多人都知道聚四氟乙烯(不粘鍋的鍍層)是一種具有疏水性的表面材料，但是如果你想要讓水滴從不粘鍍層上滑落，就得使表面傾斜近70度的角”，郭春雷說(shuō)，“而我們研發(fā)的這種表面材料具有更強的疏水性，只需傾斜幾度，水珠就能滑落?！?/span>
郭春雷和他的同事?lián)碛卸嗄暧眉す廪D變材料性質(zhì)的經(jīng)驗。幾年前，他們用激光研發(fā)出了一種超親水性材料，在其表面，水珠甚至會(huì )克服重力往上坡處流?！霸谀侵?，我們就想制造出一種與之相反的技術(shù)，即，使材料的表面防水?！?/span>
研究組下一步計劃在其他的如超導材料和介電材料上研發(fā)出更多的功能。這些多功能特性應該會(huì )有更為廣泛的應用，比如制作更好的太陽(yáng)能集熱器。
文章“MultifunctionalSurfaces produced by femtosecond laser pulses,”的作者是A.Y. Vorobyev and Chunlei Guo. 文章于2015年1月20號發(fā)表在《應用物理雜志》上(DOI: 10.1063/1.4905616)。過(guò)此日期，可通過(guò)如下鏈接閱覽：
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/117/3/10.1063/1.4905616
文章的作者們來(lái)自羅切斯特大學(xué)。
本文由美國物理聯(lián)合會(huì )授權轉載。
來(lái)源：新浪科技
飛秒激光在金屬表面刻蝕出的層次結構
如鉑表面在掃描電子顯微鏡(SEM)下的圖片所示
圖片來(lái)源：郭春雷的實(shí)驗室 / 羅切斯特大學(xué)
如鉑表面在掃描電子顯微鏡(SEM)下的圖片所示
圖片來(lái)源：郭春雷的實(shí)驗室 / 羅切斯特大學(xué)
水珠從被該技術(shù)處理過(guò)的樣品表面上滑落
圖片來(lái)源：J. Adam Fenster / 羅切斯特大學(xué)
圖片來(lái)源：J. Adam Fenster / 羅切斯特大學(xué)
羅切斯特大學(xué)光學(xué)院的教授郭春雷研制出了一種用激光讓材料具有疏水性的技術(shù)，他與同為羅切斯特大學(xué)同事的研究者Anatoliy Vorobyev共同研發(fā)出了該新型材料。研究者們在美國物理聯(lián)合會(huì )出版的《應用物理雜志》中詳述了用了激光刻蝕技術(shù)制作出該材料的過(guò)程。
“提升材料的光吸收能力會(huì )受益于那些需要收集光能的科技，比如太陽(yáng)能傳感器和太陽(yáng)能器件，而超疏水性則會(huì )使材料的表面防銹，防冰和防生物污損，所有這些特點(diǎn)都會(huì )提高器件的耐用性，使之更容易保養”，郭春雷說(shuō)。超疏水性還有利于材料表面自我凈化，因為無(wú)法滲透的水滴可以有效地帶走表面的灰塵顆粒。
研究者們用持續時(shí)間為一千萬(wàn)億分之一秒量級的超短飛秒脈沖轟擊鉑、鈦和銅三種樣品，從而獲得這種新型的表面材料?！霸诙虝旱霓Z擊中，激光脈沖的峰值能量相當于北美整個(gè)電力網(wǎng)的能量總和”，郭春雷說(shuō)。
這些超能激光脈沖會(huì )在金屬表面刻蝕出大量的細紋，在這些紋路上密集分布且高低不平的納米微結構就這樣形成了。微結構從根本上改變了這三種金屬表面的光學(xué)性質(zhì)和潤濕性質(zhì)，將通常情況下反光的金屬表面轉變成對光高吸收的表面，并使它們具有防水的性質(zhì)。
“大多數商業(yè)使用的具有疏水性和高光學(xué)吸收性的材料依賴(lài)于化學(xué)涂層，這些涂層會(huì )隨著(zhù)時(shí)間降解或者脫落”，郭春雷說(shuō)。但對于這種新型材料來(lái)說(shuō)，由激光蝕刻的納微米結構已經(jīng)變成了金屬表面的固有性質(zhì)，因此不會(huì )隨著(zhù)時(shí)間變化。
該新型材料的疏水性還可與眾所周知的不粘鍍層相媲美?！霸S多人都知道聚四氟乙烯(不粘鍋的鍍層)是一種具有疏水性的表面材料，但是如果你想要讓水滴從不粘鍍層上滑落，就得使表面傾斜近70度的角”，郭春雷說(shuō)，“而我們研發(fā)的這種表面材料具有更強的疏水性，只需傾斜幾度，水珠就能滑落?！?/span>
郭春雷和他的同事?lián)碛卸嗄暧眉す廪D變材料性質(zhì)的經(jīng)驗。幾年前，他們用激光研發(fā)出了一種超親水性材料，在其表面，水珠甚至會(huì )克服重力往上坡處流?！霸谀侵?，我們就想制造出一種與之相反的技術(shù)，即，使材料的表面防水?！?/span>
研究組下一步計劃在其他的如超導材料和介電材料上研發(fā)出更多的功能。這些多功能特性應該會(huì )有更為廣泛的應用，比如制作更好的太陽(yáng)能集熱器。
文章“MultifunctionalSurfaces produced by femtosecond laser pulses,”的作者是A.Y. Vorobyev and Chunlei Guo. 文章于2015年1月20號發(fā)表在《應用物理雜志》上(DOI: 10.1063/1.4905616)。過(guò)此日期，可通過(guò)如下鏈接閱覽：
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/117/3/10.1063/1.4905616
文章的作者們來(lái)自羅切斯特大學(xué)。
本文由美國物理聯(lián)合會(huì )授權轉載。
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