超快雷射方法製備大面積多功能表面的基礎研究

《超快雷射方法製備大面積多功能表面的基礎研究》是依託中國科學技術大學，由胡衍雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超快雷射方法製備大面積多功能表面的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡衍雷
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

多尺度的表面微納米結構可以產生多樣化的功能。目前對單一功能表面的仿生理論研究已比較廣泛，但是對同一表面集成多種功能的表面機理研究和最佳化設計還很少。在製備方面，雷射加工方法不涉及複雜的化學工藝過程，具有高精密和高可控性的優點。然而，雷射單點直寫耗時長、效率低，難於實現大面積批量化製造；雷射干涉方法加工面積大，但僅能加工特定形貌的周期性結構，可調諧性差。針對這些問題，本項目提出利用超快雷射直寫和干涉加工相結合的方法製備多功能表面，主要內容包括：研究微納米表面結構與相應功能的映射關係，在此基礎上進行多功能表面的最佳化設計；分析多種功能結構的幾何特徵，選擇合適的雷射加工工藝；研究脈衝雷射光電場對材料的作用機制，建立加工過程的動力學方程，實現大面積多功能表面的高效率製備。本項目提出的多功能表面設計和多樣化超快雷射加工方法在理論和技術上均有新意，具有較重要的學術價值和良好的產業化前景。

結題摘要

在自然界中這種微納米結構形成的功能表面無處不在。以仿生工程的眼光對自然界中各種各樣的表面進行結構和功能研究製造是目前重要的研究手段之一。功能表面的設計和加工對於醫療、能源等領域的發展都有著重要的意義。本項目以超快雷射為主要技術手段研究多尺度的表面微納米結構形成機理和製備工藝。主要研究內容包括：研究微納米表面結構與相應功能的映射關係，進行多功能表面的最佳化設計；分析多種功能結構的幾何特徵，根據脈衝雷射光電場對材料的作用機制研究和最佳化雷射加工工藝；實現大面積多功能表面的高效率製備。在項目開展期間，搭建了大面積飛秒雷射直寫加工系統，利用放大級飛秒雷射和掃描振鏡可實現材料的高速掃描加工；搭建了納米雷射干涉加工系統，可實現材料的大面積干涉加工。對多種金屬（不鏽鋼、鎳、鋁）表面進行雷射加工，實現了大面積的仿生結構色表面；研究了表面周期性微納結構與雷射波長、偏振等參數的依賴關係；探索了結構與顏色的功能映射關係；製備了既具有自清潔功能又具有表面陷光功能的多功能表面；實現了從雷射工藝，到表面結構，再到巨觀功能的逐級調控；在聚合物（PDMS、聚苯乙烯）和金屬（鋁、鈦）表面進行雷射結構化，研究了表面結構對潤濕性影響；實現了可調諧的潤濕特性表面（從超疏水到超親水）；通過改變雷射加工照射方向，實現了各向異性的表面潤濕功能和液滴定向運輸；結合雷射加工和化學修飾，實現了高效率油水分離功能鋁膜；利用飛秒雷射全息直寫技術，完善了結構光場生成和調控的機理；實現了微管陣列結構和大面積手性結構的高效製備；探索了其在生物醫學、微納驅動和微納光學等方面的套用。本項目為多功能表面設計和多樣化超快雷射加工在理論和技術上奠定了基礎，具有較重要的學術價值和良好的產業化前景。