新型时空调制干涉激光束制备复杂的分层仿生结构

       作为自然进化的结果，大自然使某些生物体具备了丰富的功能表面。凭借这些功能表面出色的性能，它们能够适应周围的环境。而在当代技术中，通过增强微米和纳米结构复杂性的制造模式，可以模拟生命科学领域中的各种仿生功能，且制造的微纳米结构拥有令人瞩目的性能。直接激光干涉图案化 (DLIP) 是最近开发的一种基于激光的制造方法，这种方法能够对结构的表面形貌特征进行整形，从而形成各式各样的表面结构。

      希腊FORTH-Hellas电子结构与激光研究所（IESL）超快激光微纳米加工实验室（Stratakis实验室）的Fotis Fraggelakis博士、George D . Tsibidis博士和Emmanuel Stratakis博士提出了一种通过调制飞秒( fs )脉冲激光辐照并结合DLIP技术对激光诱导的表面结构形貌进行整形的新方法。他们利用空间可控的相干飞秒激光脉冲来调控高强度激光产生的熔融材料的微流体运动，以达到对表面结构形貌整形的目的。实验结果（通过严格的物理建模方法解释）表明，微流体现象的贡献对于确定诱导形貌的特征极其重要。通过适当调整激光特性和辐照方案，能够实现各类复杂高分辨表面形貌。这一技术可以为面向应用的仿生结构的制造提供一种新方法。

图1 空间可控的超短激光脉冲束制造的复杂仿生结构形貌

       该项研究中的实验和模拟结果证实了通过控制外加温度梯度的时间分布来主动调控仿生结构形成过程中熔融材料微流体运动的能力。在双脉冲序列中将高斯光束与DLIP相结合，可以产生独特的亚微米表面形貌，并增加结构复杂度。其所研究的独特辐照方案以及在多个尺度上产生新的复杂形貌的能力，将为激发光子产业创新潜力和开发新技术提供巨大助力。这表明了该技术在调制激光诱导结构形貌以及制造复杂仿真结构上具有无与伦比的能力。

       该工作以“Ultrashort pulsed laser induced complex surface structures generated by tailoring the melt hydrodynamics”为题作为封面文章发表在Opto-Electronic Advances 2022年第3期。

研究团队简介

       IESL-FORTH研究所的超快激光微纳加工实验室（ULMNP，Stratakis实验室），研究重点是开发新型超快脉冲激光加工方案，在各种材料（包括生物聚合物）上实现微纳米尺寸的可控仿生结构。利用超快激光脉冲制造具有亚微米尺寸特征的新型表面结构，同时显著改善半导体、介质和金属表面的物理性能。所制备的仿生表面具有可控的双尺度形貌，模拟了具有激励性的自然表面分层结构（如荷叶、鲨鱼皮、蝴蝶翅等）。因此，所获得的仿生形貌具有显著的多功能特性，包括防水、自清洁、抗菌、防粘、防雾、防反射和智能功能组合，即能够针对不同的外界刺激而改变其功能。这种技术对结构形态和化学特性具有很强的调制能力，在利用仿生结构作为模型来研究细胞生长、分裂和分化对培养基质表面能的依赖关系，以及用于组织再生的三维支架研究中具有重要优势。还可以利用新型的超快非线性成像工具对组织发育成三维支架过程中发生的生物学过程进行表征。同时，ULMNP重点研究了基于超快激光的各类纳米材料、纳米层和工艺，并将其应用于光伏、气体传感和储能等领域中。此外，实验室还开展了利用超短激光脉冲对石墨烯及其他二维材料进行掺杂、功能化、光谱诊断和质量控制等方面的研究，旨在了解这些材料的基本物理性质。

Stratakis实验室网址：http://stratakislab.iesl.forth.gr/

信息来源：https://mp.weixin.qq.com/s/q3XRLAjSVLOISYnBn-efnw