La Universitat de Tsinghua es compromet a desenvolupar tècniques de fabricació làser per preparar micro/nanoestructures superficials i explorar les seves aplicacions funcionals. Hem establert la capacitat de controlar individualment i finament les característiques de micro i nanoescala i controlar com es combinen per formar diferents tipus d'estructures multicapa.
La funcionalització de superfícies mitjançant micro/nanoestructures no només és un camp de recerca pròsper inspirat en la biònica, sinó que també és important per a una varietat d'aplicacions pràctiques. La clau per aconseguir diverses funcionalitats superficials és la fabricació de micro i nanoestructures superficials amb mides, capes i composicions controlables, que impulsen l'avenç continu de les tecnologies de micro i nanofabricació.
La deposició controlada in situ obre noves possibilitats per a micro/nanoestructures de superfície làser ultra ràpida
Els investigadors del Centre de Recerca de Processament de Materials Làser, Escola de Ciència i Enginyeria de Materials de la Universitat de Tsinghua han passat diversos anys desenvolupant tècniques de fabricació làser per preparar micro/nanoestructures de superfície i explorar les seves aplicacions funcionals. Hem establert la capacitat de controlar individualment i finament les característiques a escala micromètrica i nanomètrica i com es combinen per formar diferents tipus d'estructures multicapa. Les funcionalitats i aplicacions que hem investigat inclouen humectabilitat extrema, antigel, absorció de llum de banda ampla, color estructural, evaporació de l'aigua solar, gestió de la interfície tèrmica, propietats tribològiques, espectroscòpia Raman millorada en superfície i fotoelectrocatàlisi per a aplicacions energètiques.
L'ús de làsers ultraràpids per controlar millor la fabricació d'estructures i desenvolupar mètodes de fabricació més flexibles és un dels focus de la nostra investigació en curs. A més de controlar el procés d'ablació làser ultraràpida, recentment hem demostrat que la deposició de partícules després de l'ablació làser ultraràpida in situ de superfícies sòlides també es pot controlar i utilitzar com a procés microadditiu localitzat per construir estructures de superfície en capes. La formació de plomalls de plasma és un fenomen comú en l'ablació làser polsada de sòlids.
Els productes del plomall de plasma (p. ex., nanopartícules) es poden recollir per utilitzar-los en líquids externs (p. ex., en el cas d'ablació làser en líquids) o substrats (p. ex., en el cas de deposició làser polsada). En canvi, durant l'estructuració de la superfície làser ultraràpida, algunes nanopartícules del plomall de plasma es dipositen in situ de nou a la superfície irradiada.
Per a aplicacions específiques, les característiques estructurals dipositades in situ tenen un paper important en la millora de les propietats de la superfície, com ara l'absorció de la llum, la sensibilitat i la conversió d'energia. Tanmateix, si i com controlar el procés de deposició in situ segueix sent una qüestió oberta.
Els nostres estudis recents han demostrat la capacitat de controlar el procés de deposició in situ, per exemple, construint estructures semblants a una fortalesa a la part superior de matrius de microcons, en lloc de produir nanopartícules distribuïdes aleatòriament. Els mecanismes revelats d'interaccions làser-matèria podrien estimular l'interès futur de la investigació per explorar noves possibilitats d'utilitzar làsers ultraràpids per fabricar micro/nanoestructures de superfície funcional.
