A Universidade de Tsinghua está comprometida em desenvolver técnicas de fabricação a laser para preparar micro/nanoestruturas de superfície e explorar suas aplicações funcionais. Estabelecemos a capacidade de controlar individual e detalhadamente recursos em micro e nanoescala e controlar como eles são combinados para formar diferentes tipos de estruturas multicamadas.
A funcionalização de superfícies através de micro/nanoestruturas não é apenas um campo de pesquisa próspero inspirado na biônica, mas também importante para uma variedade de aplicações práticas. A chave para realizar várias funcionalidades de superfície é a fabricação de micro e nanoestruturas de superfície com tamanhos, camadas e composições controláveis, o que impulsiona o avanço contínuo das tecnologias de micro e nanofabricação.
A deposição in-situ controlada abre novas possibilidades para micro/nanoestruturas de superfície de laser ultrarrápidas
Pesquisadores do Centro de Pesquisa de Processamento de Materiais a Laser da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Tsinghua passaram vários anos desenvolvendo técnicas de fabricação a laser para preparar micro/nanoestruturas de superfície e explorar suas aplicações funcionais. Estabelecemos a capacidade de controlar individual e detalhadamente características micrométricas e em nanoescala e como elas se combinam para formar diferentes tipos de estruturas multicamadas. As funcionalidades e aplicações que investigamos incluem molhabilidade extrema, anticongelante, absorção de luz de banda larga, cor estrutural, evaporação solar de água, gerenciamento de interface térmica, propriedades tribológicas, espectroscopia Raman de superfície aprimorada e fotoeletrocatálise para aplicações de energia.
O uso de lasers ultrarrápidos para controlar melhor a fabricação de estruturas e desenvolver métodos de fabricação mais flexíveis é um dos focos de nossa pesquisa contínua. Além de controlar o processo de ablação a laser ultrarrápido, demonstramos recentemente que a deposição de partículas após a ablação a laser ultrarrápida in-situ de superfícies sólidas também pode ser controlada e usada como um processo de microaditivo localizado para construir estruturas superficiais em camadas. A formação de plumas de plasma é um fenômeno comum na ablação de sólidos por laser pulsado.
Os produtos da pluma de plasma (por exemplo, nanopartículas) podem ser coletados para uso em líquidos externos (por exemplo, no caso de ablação a laser em líquidos) ou substratos (por exemplo, no caso de deposição de laser pulsado). Em contraste, durante a estruturação ultrarrápida da superfície do laser, algumas nanopartículas na pluma de plasma são depositadas in situ de volta na superfície irradiada.
Para aplicações específicas, as características estruturais depositadas in situ desempenham um papel importante na melhoria das propriedades da superfície, como absorção de luz, sensibilidade e conversão de energia. No entanto, se e como controlar o processo de deposição in situ permanece uma questão em aberto.
Nossos estudos recentes mostraram a capacidade de controlar o processo de deposição in situ, por exemplo, construindo estruturas semelhantes a fortalezas no topo de matrizes de microcones, em vez de apenas produzir nanopartículas distribuídas aleatoriamente. Os mecanismos revelados de interações laser-matéria poderiam estimular o interesse de pesquisas futuras na exploração de novas possibilidades de uso de lasers ultrarrápidos para fabricar micro/nanoestruturas de superfície funcionais.
