超快激光在精細加工及微納製造範疇的普遍應用

激光是20世紀以（yǐ）來繼（jì）核能、電腦、半（bàn）導體之後，人類的又一嚴重創造，被稱為“最快的（de）刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。往常激光在日常生活中曾經有諸多（duō）應用，例如激光切割、激光測距、激光雷達、激光矯視、激光美容（róng）等（děng）等。特別是在加（jiā）工製造範疇，相（xiàng）比於傳統加工方式，激光快速（sù）和精密的優勢更為顯著。

飛秒（miǎo）激光（guāng）能夠高效完成微（wēi）米（mǐ）級尺寸、特（tè）殊外形、極致精度的加工，資料外表無凝結痕跡，邊（biān）緣（yuán）潤（rùn）滑、清潔，無飛濺物。

應用舉例（lì）

1）鋰離子電池電極資料精細切割；

2）鋰離子電池焊具資料的精細刻蝕；

3）血管支架的精細切割；

4）飛機發起機（jī）葉片（piàn）精細打孔；

5）手機麵屏的精細切（qiē）割；

6）陶瓷麵板的精（jīng）細切割與刻蝕（shí）；

超快激光：將來精密（mì）加工新趨向

超快激光與傳統激光還是有所區別。傳統激光是應用光的熱（rè）效應對（duì）資料停止加工，而超快激光采用的超短脈衝激光是應用場效應停止加工，不（bú）隻能夠到達（dá）更高的精（jīng）度（dù），並且不會對資料外表形（xíng）成損傷，超短脈衝激光的整個加工過程（chéng）中（zhōng）理論上不產生熱，因（yīn）而稱為“冷加（jiā）工”。超短脈衝激光另一（yī）個特性是瞬時功率十分高，高到能夠直接使資（zī）料電離，打斷資料的分子鍵。這種瞬時功率能夠到達（dá）以至超越全世界電網的均勻功率。

由（yóu）於上述特性，賦予（yǔ）了超快激光在（zài）精密（mì）加工方麵（miàn）的突出優勢。不隻能夠完成極致的加工精度，並且由於無（wú）損加工，能夠到達很高的外表精度和質量。對超硬、耐高溫（wēn）等眾多傳統方式難以加工的資料（liào）也具有極好的適用性，同時能夠加工一些極端複雜的微構造。

超快激光微納加工是一種特種超精密（mì）加工技術，由於具有極大瞬（shùn）態功率的超短脈衝光與物質激烈的非線性（xìng）互相作（zuò）用，使加工技術適用於各種資料，關於透明介質，能夠在其內部製備三維構造。其“特”就表如今（jīn）能（néng）夠加工特種資料、能夠完（wán）成特殊構造和特定的光（guāng）、電、機（jī）械（xiè）等性能。精細（xì）微細、低損低熱、三（sān）維選擇，這些無獨有偶的優勢，使得超快激（jī）光微加工在航（háng）空航天、生物醫（yī）療（liáo）、信息（xī）技術、新能源、新資料等產（chǎn）業日益得到應用。

我國製（zhì）造業整體呈現出（chū）由低端走向高端的（de）趨（qū）向，因而超快激光每年增長率要比傳統激光更高，它代表著將來的一個開展方向（xiàng）。

配備製造業是國民經濟開展的根底性產業，製造業的將來趨向必將是智能化、自動化，而以激光、機器（qì）人、3D打印、大數據、雲計算等新興技術為中心的智能製造將是（shì）將來製造業開展的必然趨向，並將在傳統產業的（de）轉型晉（jìn）級和構造性調整中扮演非常（cháng）重要的角色。超快激光作（zuò）為激光微加工2.0的標配利器，在近幾年工業界越來越受注（zhù）重。其特殊的冷加工和（hé）非線性吸收機理使得（dé）激光加工對資（zī）料的適用（yòng）性大大加（jiā）強。

超（chāo）快激光產業化（huà）應用（yòng）曾經越來越普遍，比方半（bàn）導體行業，電子（zǐ）消費範疇等。多種激光技術曾經整合（hé）進入許多重要的半導體工藝（yì）中，受母版推（tuī）進的包括激光切（qiē）割、通孔、焊接/接合、剝離、標誌、案構成、丈（zhàng）量、堆積。它們普遍用於加（jiā）工（gōng）半導（dǎo）體器件，高密度互聯（HDI）印刷電路板（PCB），以及（jí）集成電路（IC）封裝應用等（děng）。當前智能（néng）手機設計潮（cháo）流向著全麵屏的方向不時演進，屏占比數值（zhí）明顯提升，但是由於前置攝像頭、聽筒、間隔傳感器等（děng）部件的存在，呈現了“劉海屏”、“挖孔屏”等多種異形屏，如何對藍寶（bǎo）石等硬度高且熱脆性的麵（miàn）板材質停止加工，成為（wéi）考驗加（jiā）工工藝的難題，而超快激光加工（gōng）則能夠提供良好的（de）處理計劃。

包括在食品加工設備、船艦水下局部以（yǐ）及醫療植入物等範疇，超快激光也被（bèi）普遍應用於抗菌抑菌外表。微生物粘附在資料外表並生（shēng）長構（gòu）成生物被膜（biofilm）的（de）現象，會對人們的生命和財富平安形成要挾。例（lì）如，在醫療植入物中，細菌傾向於附（fù）著在植（zhí）入資料上，不隻會招致感染、排擠，嚴重時以至會直接招致患者死亡。即便（biàn）能夠經過二次手術對（duì）植入資料停止交換，但這不隻會形成醫療資源（yuán）的（de）糜（mí）費，也會給患者的身體和經（jīng）濟上帶來壓力。

生物被膜（mó）一旦構成就難以鏟除，因而，避（bì）免細菌（jun1）的初始粘附才是處理（lǐ）生物被（bèi）膜的基本辦法。細菌粘附的影響要素有很多，包括細菌和資料的品種、外界環境等，但更重要的是資料外表的（de）化學成分、潤濕性、粗（cū）糙度和外表形貌等，因而，能夠經過對資料外表停止化學改（gǎi）性和物理改性來得到抗菌外表。化學改性有（yǒu）著實質缺陷，例如（rú）存（cún）在潛（qián）在毒性和使細菌產生耐藥性等。相比（bǐ）而言，對資料外表形貌的物理改性愈加基本、持久、環保、生物相容性好。

自然界中一些生物外（wài）表（biǎo）具（jù）有（yǒu）共同的、有著抗菌效果的微納構造，例如蟬翅外表的納米錐構造、蜻蜓翅膀（bǎng）的納（nà）米團簇構造、蛾眼的納米（mǐ）主構造等，如1所示。

1 自然界中的抗菌外表（biǎo）

人們應用仿生學手腕，基於上述構造，構建了多種具有良（liáng）好抗菌性能的微納構造外表，例（lì）如納米管、納米線、納米尖刺（cì）等。隨著超快激光製備技術的開展，其（qí）強大的微米構造製備才能和能夠同時誘導出多（duō）種（zhǒng）納米構（gòu）造（zào）的才能，使（shǐ）其在眾多物理改性辦法（fǎ）中脫穎而出，成為製備抗菌外表最有效的手腕之一。例如，激光誘（yòu）導周期性外表構造(LIPSS)以及LIPSS與（yǔ）微米溝槽的複合構造等均具有良好的抗菌性能（néng），如2所示。而這主要是由於細菌粘附在微納構造（zào）外表時（shí），細菌膜（mó）由於拉伸（shēn）作用（yòng）決裂，招致細菌死亡，從而抑止（zhǐ）生物被膜的構（gòu）成，如3所示（shì）。

2 超快激（jī）光製備的抗菌外（wài）表

3 微（wēi）納構造（zào）抗菌的物理機製（zhì）

激光在各個行業有很多較強的應用場景，研討（tǎo）發現，物質的外表成分和微觀構造可（kě）以明顯影響（xiǎng）界麵分離狀況。界麵處成分（fèn）相容性好，能夠發作化學反響生成界麵產物時，界（jiè）麵經過化學鍵力相分離，可以取得極大的分離強度；相容性不佳時，界麵隻能依托粗糙界（jiè）麵的機械咬協作用和分子間（jiān）作用力分離，分離相對較弱。在物（wù）質外（wài）表引入微（wēi）觀構造（zào），在兩種資料可以充沛接觸時，可以（yǐ）在加（jiā）強機械咬合的同時明顯增大（dà）物質間實踐接觸麵積，從（cóng）而（ér）加強界麵分離；而在資料不能接觸充沛時，將極大地減小實踐接觸麵（miàn）積，對界麵分離起到削弱效果。

二 外表（biǎo）構造對界麵分離的影響

(1)潤滑外表物質接觸狀況；(2)外表構造存在，物質微觀充沛接觸時，實踐接觸麵積（jī）更大，界麵分（fèn）離較強；(3)外（wài）表構造存在，物質微觀接（jiē）觸不良時，實踐接觸麵積更小，存在單薄部位，界麵分離較弱

超快激光是（shì）一種（zhǒng）高效強大的外表製備改性手腕（wàn），簡直能夠作用於一切固體，在微納構（gòu）造（zào）製（zhì）備上具有明顯優（yōu）勢。它具有可控（kòng）改動物質外表成分（fèn）並同時製備案化微構造外表的才能，對界麵（miàn）分離可以起到顯（xiǎn）著的調理效（xiào）果，是調整界麵分離強有力的（de）手腕。應用（yòng）超快激光外表改性調控界麵間的分離已在焊接、減（jiǎn）阻、傳熱、脫模等多（duō）個範疇得到充（chōng）沛（pèi）的研討與應用，具有宏大的潛力，有望得到大（dà）範圍的普遍應（yīng）用。

三 超快激光處置加強（qiáng）界麵分離的實例

銅與鎢之間因超快激光製備得到的外表構造增大了實踐接觸麵積，而有了更強的機械分離（lí）強度和更（gèng）高的導熱才能，界麵（miàn）分離強（qiáng）度（dù）超越銅基體的拉伸強度

四 激光製（zhì）備微構造（zào）外表減少界麵處（chù）資料間的實踐接觸麵積，從而削（xuē）弱界麵分離粘附作用的實例

在（zài）目（mù）前（qián）眾多資（zī）料製備手腕中，超快激光作為一種能夠快速、可調控地製備精密微納構（gòu）造的工具，成為了目前微納構造的主（zhǔ）流辦法和熱點之一。經超快激光刻蝕後（hòu），資（zī）料外表具有豐厚的微米-納米分級構造。其中微米構造經過“幾何陷光（guāng）”和屢次（cì）內反射來進步（bù）光的吸（xī）收，而納米構造則經（jīng）過加強等離激元共振來進一（yī）步促進吸光。這種微納複合構造極大地加強（qiáng）了光吸收率，經過將（jiāng）吸收（shōu）的光轉變為電能或熱能，能夠大幅度地提升資料（liào）的光電和光熱（rè）轉變率。

經過一種基於（yú）超（chāo）快激光脈衝注入調控（kòng）的（de）金屬外表微米-納米雙尺度複合構造雙（shuāng）級調控製備新辦法（fǎ），經過對超快激光加工過程中脈（mò）衝注入數量和注（zhù）入方（fāng）式的乖巧控製（zhì），完成了（le）對微米尺度構造（zào）和納米尺度構造（zào）的分別有效調控，從而能夠同時發揮微米尺度（dù）構造的幾（jǐ）何陷光效應和納米尺度構造的等效介質效應（yīng），最終到達（dá）優良的高效抗反射性能。該（gāi）辦法關於Cu、Ti、W等多種金屬均有（yǒu）效，可在其外表分別取得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金屬外表反射率，是（shì）一種在金屬（shǔ）外表（biǎo）可控構建微納米複合功用構造的通用（yòng）辦法。

外表微納米複合構（gòu）造在抗反射、自清潔、高效催化等範疇具有重要應用，而外表微納米（mǐ）構造的可控製備是其中（zhōng）的（de）中（zhōng）心問題。超快激（jī）光加（jiā）工作（zuò）為一種（zhǒng）微納米製造辦法，已為（wéi）人們所熟知，並在微（wēi）米尺度構造的高效靈敏可控加工方麵具有突（tū）出優勢，但其所構成的納米構造多為微米構造加工過程中（zhōng）誘導而成，無法對其停止有效（xiào）的控製。其他納米製造手腕，如電子束光刻、化學合成等，固然能夠構成可控的納米構造，但無法有效構建出微納米複合的構造特征。本應用辦法，突破了之前超快激（jī）光隻能可控加工微米尺度構造的限製，在微米-納米雙尺（chǐ）度構造的（de）雙級分別可控製備方麵邁出紮（zhā）實一步（bù），為外表微納米複合功用構造的有效構建提供了新的思緒和辦法。

鐳納激光：搶先的超快激光加工及超疏（shū）水應用的技術

“鐳納激光”是基於國內知（zhī）名高（gāo）校的國際知名教授領銜的研發團隊近20年的研討成果而成立的，專注於超快激光、納米技術的產業化。

“鐳納激光”團隊打破衍射極限限製，創（chuàng）新（xīn）開（kāi）展出超快激光製備（bèi）納米波紋、納米顆粒、納米菜花（huā）、納米線、納米絨毛、納米絨、納米管、納米草、納米（mǐ）花等一係列全（quán）新納米構造製備新辦法，以及微米構造加納米構造雙級準確調控辦法，構成國際搶先的納米、微納米構造超快（kuài）激光製備與調控技術。“鐳納激（jī）光”完成了超疏水、自清潔（jié）、抗結冰、抗（kàng）反射、高催化、減阻、防鏽、抑菌、防腐蝕、高銜接等納（nà）米特殊功用，全球率先攻克了納米構造工業級應用中穩定性、耐久（jiǔ）性、高效製備（bèi）三（sān）大難題。

“鐳納激光（guāng）”以高科技技術為驅動力，在超快激光與納米（mǐ）新資（zī）料（liào）應（yīng）用範（fàn）疇深耕發掘（jué），將發明良好的社會效益和經（jīng）濟價值（zhí），願（yuàn）為中國向高端製造轉型提供技術支持和保證。

“鐳（léi）納（nà）激光”具（jù）有自行研發的國際（jì）搶先的專利（lì）技術，已獲批與申（shēn）請18項目創造專利（lì），構成50多項特（tè）地竅門，構成（chéng）係統自主學問產權，產生重要國際影響，構成了強（qiáng）大的技術儲（chǔ）藏（cáng）、學問產權儲藏和綜合實力。“鐳納激（jī）光”基於一係列中心技術（shù），開辟消費電子、檢測、航天航（háng）空（kōng）、醫療、新能源、安（ān）防、汽車等眾多行業（yè）的（de）產業（yè）應用。

“鐳納激光”首席（xí）科學家為國際知名的激光加工專家，具（jù）有國際和國內（nèi）行業資（zī）源，目前已與（yǔ）國際國內知名協作機構樹立了12個超快（kuài）激光結合（hé）實驗室，完成軟（ruǎn）硬件（jiàn）的強強結合（hé），共同努力於超（chāo）快激光的（de）工業（yè）化前沿發明應用與市場開展。