超快激光在精细加工及微纳制造范畴的普遍应用

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一严重创造，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。往常激光在日常生活中曾经有诸多应用，例如激光切割、激光测距、激光雷达、激光矫视、激光美容等等。特别是在加工制造范畴，相比于传统加工方式，激光快速和精密的优势更为显著。

飞秒激光能够高效完成微米级尺寸、特殊外形、极致精度的加工，资料外表无凝结痕迹，边缘润滑、清洁，无飞溅物。

应用举例

1）锂离子电池电极资料精细切割；

2）锂离子电池焊具资料的精细刻蚀；

3）血管支架的精细切割；

4）飞机发起机叶片精细打孔；

5）手机面屏的精细切割；

6）陶瓷面板的精细切割与刻蚀；

超快激光：将来精密加工新趋向

超快激光与传统激光还是有所区别。传统激光是应用光的热效应对资料停止加工，而超快激光采用的超短脉冲激光是应用场效应停止加工，不只能够到达更高的精度，并且不会对资料外表形成损伤，超短脉冲激光的整个加工过程中理论上不产生热，因而称为“冷加工”。超短脉冲激光另一个特性是瞬时功率十分高，高到能够直接使资料电离，打断资料的分子键。这种瞬时功率能够到达以至超越全世界电网的均匀功率。

由于上述特性，赋予了超快激光在精密加工方面的突出优势。不只能够完成极致的加工精度，并且由于无损加工，能够到达很高的外表精度和质量。对超硬、耐高温等众多传统方式难以加工的资料也具有极好的适用性，同时能够加工一些极端复杂的微构造。

超快激光微纳加工是一种特种超精密加工技术，由于具有极大瞬态功率的超短脉冲光与物质激烈的非线性互相作用，使加工技术适用于各种资料，关于透明介质，能够在其内部制备三维构造。其“特”就表如今能够加工特种资料、能够完成特殊构造和特定的光、电、机械等性能。精细微细、低损低热、三维选择，这些无独有偶的优势，使得超快激光微加工在航空航天、生物医疗、信息技术、新能源、新资料等产业日益得到应用。

我国制造业整体呈现出由低端走向高端的趋向，因而超快激光每年增长率要比传统激光更高，它代表着将来的一个开展方向。

配备制造业是国民经济开展的根底性产业，制造业的将来趋向必将是智能化、自动化，而以激光、机器人、3D打印、大数据、云计算等新兴技术为中心的智能制造将是将来制造业开展的必然趋向，并将在传统产业的转型晋级和构造性调整中扮演非常重要的角色。超快激光作为激光微加工2.0的标配利器，在近几年工业界越来越受注重。其特殊的冷加工和非线性吸收机理使得激光加工对资料的适用性大大加强。

超快激光产业化应用曾经越来越普遍，比方半导体行业，电子消费范畴等。多种激光技术曾经整合进入许多重要的半导体工艺中，受母版推进的包括激光切割、通孔、焊接/接合、剥离、标志、案构成、丈量、堆积。它们普遍用于加工半导体器件，高密度互联（HDI）印刷电路板（PCB），以及集成电路（IC）封装应用等。当前智能手机设计潮流向着全面屏的方向不时演进，屏占比数值明显提升，但是由于前置摄像头、听筒、间隔传感器等部件的存在，呈现了“刘海屏”、“挖孔屏”等多种异形屏，如何对蓝宝石等硬度高且热脆性的面板材质停止加工，成为考验加工工艺的难题，而超快激光加工则能够提供良好的处理计划。

包括在食品加工设备、船舰水下局部以及医疗植入物等范畴，超快激光也被普遍应用于抗菌抑菌外表。微生物粘附在资料外表并生长构成生物被膜（biofilm）的现象，会对人们的生命和财富平安形成要挟。例如，在医疗植入物中，细菌倾向于附着在植入资料上，不只会招致感染、排挤，严重时以至会直接招致患者死亡。即便能够经过二次手术对植入资料停止交换，但这不只会形成医疗资源的糜费，也会给患者的身体和经济上带来压力。

生物被膜一旦构成就难以铲除，因而，避免细菌的初始粘附才是处理生物被膜的基本办法。细菌粘附的影响要素有很多，包括细菌和资料的品种、外界环境等，但更重要的是资料外表的化学成分、润湿性、粗糙度和外表形貌等，因而，能够经过对资料外表停止化学改性和物理改性来得到抗菌外表。化学改性有着实质缺陷，例如存在潜在毒性和使细菌产生耐药性等。相比而言，对资料外表形貌的物理改性愈加基本、持久、环保、生物相容性好。

自然界中一些生物外表具有共同的、有着抗菌效果的微纳构造，例如蝉翅外表的纳米锥构造、蜻蜓翅膀的纳米团簇构造、蛾眼的纳米主构造等，如1所示。

1 自然界中的抗菌外表

人们应用仿生学手腕，基于上述构造，构建了多种具有良好抗菌性能的微纳构造外表，例如纳米管、纳米线、纳米尖刺等。随着超快激光制备技术的开展，其强大的微米构造制备才能和能够同时诱导出多种纳米构造的才能，使其在众多物理改性办法中脱颖而出，成为制备抗菌外表最有效的手腕之一。例如，激光诱导周期性外表构造(LIPSS)以及LIPSS与微米沟槽的复合构造等均具有良好的抗菌性能，如2所示。而这主要是由于细菌粘附在微纳构造外表时，细菌膜由于拉伸作用决裂，招致细菌死亡，从而抑止生物被膜的构成，如3所示。

2 超快激光制备的抗菌外表

3 微纳构造抗菌的物理机制

激光在各个行业有很多较强的应用场景，研讨发现，物质的外表成分和微观构造可以明显影响界面分离状况。界面处成分相容性好，能够发作化学反响生成界面产物时，界面经过化学键力相分离，可以取得极大的分离强度；相容性不佳时，界面只能依托粗糙界面的机械咬协作用和分子间作用力分离，分离相对较弱。在物质外表引入微观构造，在两种资料可以充沛接触时，可以在加强机械咬合的同时明显增大物质间实践接触面积，从而加强界面分离；而在资料不能接触充沛时，将极大地减小实践接触面积，对界面分离起到削弱效果。

二 外表构造对界面分离的影响

(1)润滑外表物质接触状况；(2)外表构造存在，物质微观充沛接触时，实践接触面积更大，界面分离较强；(3)外表构造存在，物质微观接触不良时，实践接触面积更小，存在单薄部位，界面分离较弱

超快激光是一种高效强大的外表制备改性手腕，简直能够作用于一切固体，在微纳构造制备上具有明显优势。它具有可控改动物质外表成分并同时制备案化微构造外表的才能，对界面分离可以起到显著的调理效果，是调整界面分离强有力的手腕。应用超快激光外表改性调控界面间的分离已在焊接、减阻、传热、脱模等多个范畴得到充沛的研讨与应用，具有宏大的潜力，有望得到大范围的普遍应用。

三 超快激光处置加强界面分离的实例

铜与钨之间因超快激光制备得到的外表构造增大了实践接触面积，而有了更强的机械分离强度和更高的导热才能，界面分离强度超越铜基体的拉伸强度

四 激光制备微构造外表减少界面处资料间的实践接触面积，从而削弱界面分离粘附作用的实例

在目前众多资料制备手腕中，超快激光作为一种能够快速、可调控地制备精密微纳构造的工具，成为了目前微纳构造的主流办法和热点之一。经超快激光刻蚀后，资料外表具有丰厚的微米-纳米分级构造。其中微米构造经过“几何陷光”和屡次内反射来进步光的吸收，而纳米构造则经过加强等离激元共振来进一步促进吸光。这种微纳复合构造极大地加强了光吸收率，经过将吸收的光转变为电能或热能，能够大幅度地提升资料的光电和光热转变率。

经过一种基于超快激光脉冲注入调控的金属外表微米-纳米双尺度复合构造双级调控制备新办法，经过对超快激光加工过程中脉冲注入数量和注入方式的乖巧控制，完成了对微米尺度构造和纳米尺度构造的分别有效调控，从而能够同时发挥微米尺度构造的几何陷光效应和纳米尺度构造的等效介质效应，最终到达优良的高效抗反射性能。该办法关于Cu、Ti、W等多种金属均有效，可在其外表分别取得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金属外表反射率，是一种在金属外表可控构建微纳米复合功用构造的通用办法。

外表微纳米复合构造在抗反射、自清洁、高效催化等范畴具有重要应用，而外表微纳米构造的可控制备是其中的中心问题。超快激光加工作为一种微纳米制造办法，已为人们所熟知，并在微米尺度构造的高效灵敏可控加工方面具有突出优势，但其所构成的纳米构造多为微米构造加工过程中诱导而成，无法对其停止有效的控制。其他纳米制造手腕，如电子束光刻、化学合成等，固然能够构成可控的纳米构造，但无法有效构建出微纳米复合的构造特征。本应用办法，突破了之前超快激光只能可控加工微米尺度构造的限制，在微米-纳米双尺度构造的双级分别可控制备方面迈出扎实一步，为外表微纳米复合功用构造的有效构建提供了新的思绪和办法。

镭纳激光：抢先的超快激光加工及超疏水应用的技术

“镭纳激光”是基于国内知名高校的国际知名教授领衔的研发团队近20年的研讨成果而成立的，专注于超快激光、纳米技术的产业化。

“镭纳激光”团队打破衍射极限限制，创新开展出超快激光制备纳米波纹、纳米颗粒、纳米菜花、纳米线、纳米绒毛、纳米绒、纳米管、纳米草、纳米花等一系列全新纳米构造制备新办法，以及微米构造加纳米构造双级准确调控办法，构成国际抢先的纳米、微纳米构造超快激光制备与调控技术。“镭纳激光”完成了超疏水、自清洁、抗结冰、抗反射、高催化、减阻、防锈、抑菌、防腐蚀、高衔接等纳米特殊功用，全球率先攻克了纳米构造工业级应用中稳定性、耐久性、高效制备三大难题。

“镭纳激光”以高科技技术为驱动力，在超快激光与纳米新资料应用范畴深耕发掘，将发明良好的社会效益和经济价值，愿为中国向高端制造转型提供技术支持和保证。

“镭纳激光”具有自行研发的国际抢先的专利技术，已获批与申请18项目创造专利，构成50多项特地窍门，构成系统自主学问产权，产生重要国际影响，构成了强大的技术储藏、学问产权储藏和综合实力。“镭纳激光”基于一系列中心技术，开辟消费电子、检测、航天航空、医疗、新能源、安防、汽车等众多行业的产业应用。

“镭纳激光”首席科学家为国际知名的激光加工专家，具有国际和国内行业资源，目前已与国际国内知名协作机构树立了12个超快激光结合实验室，完成软硬件的强强结合，共同努力于超快激光的工业化前沿发明应用与市场开展。