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激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究进展

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光电工程 2022年第1期49卷 38-50页

作者：周伟平白石谢祖武刘明伟胡安明湖南科技大学物理与电子科学学院智能传感器与新型传感材料湖南省重点实验室湖南湘潭411201 理化学研究所光量子工学研究中心先进激光加工研究团队日本埼玉县351-0198 先进制造与纳米工程实验室紫罗兰街加拿大安大略省滑铁卢市N2V 2V6

激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术,可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备。这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义。金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应... 详细信息

激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术,可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备。这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义。金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应用。本文综述了激光直写制备金属微纳结构相关研究进展。主要包括激光直写制备金、银、铜以及复合材料微纳结构与器件。随后重点综述了激光直写表面增强拉曼光谱微流道芯片相关的研究进展。随着环保要求的不断提高,功能性碳材料将会在更多领域得到广泛的应用。与传统的热碳化方法相比,激光直写工艺可以在材料的表面上实现精细的图案化微纳结构的制备。本文进一步综述了激光碳化直写碳功能材料相关研究进展。主要包括激光直写原位还原氧化石墨烯、激光碳化木材、叶子等木质材料。通过对本课题组的研究以及目前相关的研究成果进行综述,本文可为激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究及应用提供参考。

关键词：激光直写微纳结构与器件金属微纳结构碳材料表面增强拉曼

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基于微纳光纤的光热捕获研究及应用

华南师范大学学报（自然科学版） 2016年第5期48卷 15-18页

作者：邢晓波陈伊琳刘绍静杨剑鑫史可樟程煜鹏朱德斌华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学教育部重点实验室广州510631 华南师范大学物理与电信工程学院广州510006 华南师范大学华南先进光电子研究院光及电磁波研究中心广州510006 华南师范大学化学与环境学院广州市生物医药分析化学重点实验室广州510006

光热捕获利用微纳光纤上的温度梯度场,实现了对周围液体中的大量微纳米颗粒捕获、收集、迁移和分离等操作.通过在微纳光纤表面涂覆一层氧化石墨烯(GO)胶体薄膜,制备出具有良好光热转换性能的微加热器.通入小功率的近红外光,GO薄膜产生... 详细信息

光热捕获利用微纳光纤上的温度梯度场,实现了对周围液体中的大量微纳米颗粒捕获、收集、迁移和分离等操作.通过在微纳光纤表面涂覆一层氧化石墨烯(GO)胶体薄膜,制备出具有良好光热转换性能的微加热器.通入小功率的近红外光,GO薄膜产生一个温度梯度场.结果表明,该温度梯度场对微粒具有良好的捕获作用,可长时间、大范围地捕获分布于周围液体中的聚苯乙烯小球、银纳米线等不同形状、密度的微粒.该光热捕获装置具有操作简单、易于制备、耗能功率小的特点,在微粒捕获、微纳米器件加工等领域有良好的应用前景.

关键词：微纳光纤温度梯度场光热捕获银纳米线聚苯乙烯小球

双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构

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影像科学与光化学 2014年第6期32卷 542-549页

作者：贾雁鹏郑美玲董贤子赵震声段宣明中国科学院理化技术研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714

利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构。采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15min时,所得到的镀层厚度约为130nm。对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测... 详细信息

利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构。采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15min时,所得到的镀层厚度约为130nm。对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测定,实验结果表明,当电镀时间为35min时得到的镀层电阻率约为80×10-9Ω·m,仅为银块体材料电阻率16×10-9Ω·m的5倍。利用这种方法,我们制备了总长度为28.75μm、周期为2.93μm的悬空金属弹簧结构,其中弹簧圈数为9圈,直径为6μm,弹簧线分辨率为1.17μm。文中所述的将双光子微纳加工技术与化学镀技术相结合的方法可以实现任意三维微金属结构与器件的制备,在微光学器件、微机电系统(MEMS)及微传感器等领域有着广泛的应用前景。

关键词：双光子微纳加工技术化学镀三维金属微纳米结构

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基于多光子聚合微笼阵列的单细胞捕获方法

中国激光 2022年第24期49卷 60-68页

作者：杨婷孙丽娜代国朋吕孝峰王晓朵东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110016

基于飞秒激光单脉冲多光子聚合原理加工出了高纵宽比的微柱阵列,将其与毛细力自组装相结合,有效实现了单细胞阵列的原位限域捕获;通过优化激光加工参数,实现了锥状微柱阵列的高效率加工,并研究了不同激光功率下微柱直径随高度的变化规律... 详细信息

基于飞秒激光单脉冲多光子聚合原理加工出了高纵宽比的微柱阵列,将其与毛细力自组装相结合,有效实现了单细胞阵列的原位限域捕获;通过优化激光加工参数,实现了锥状微柱阵列的高效率加工,并研究了不同激光功率下微柱直径随高度的变化规律;通过优化微柱阵列参数,实现了基于毛细力自组装原理的三维图案化微结构阵列的高通量制备。在此基础上,本团队进行了二氧化硅微球、乳腺癌细胞(MCF-7)单细胞阵列的原位限域捕获实验验证。荧光成像及扫描电子显微镜的表征结果显示,所提方法可以简单、高效地实现单细胞阵列的高通量原位捕获。本研究提供了一种简便、高效的单细胞阵列原位捕获方法,有望应用于生物医学领域单细胞尺寸的相关研究上。

关键词：激光技术医用光学光学制造多光子聚合毛细力自组装单细胞原位捕获

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理化所三维金属纳米结构飞秒激光加工获重要进展

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中国材料进展 2009年第4期28卷 27-27页

作者：中科院理化技术研究所中科院理化技术研究所

中科院理化技术研究所段宣明团队、日本理化学研究所河田聪团队通过合作,近日在利用飞秒激光多光子纳米加工技术进行三维微纳结构制备的研究中获得重要进展,成功突破了光学衍射极限,实现了纳米尺度的三维金属纳米结构加工。近年来,利用... 详细信息

中科院理化技术研究所段宣明团队、日本理化学研究所河田聪团队通过合作,近日在利用飞秒激光多光子纳米加工技术进行三维微纳结构制备的研究中获得重要进展,成功突破了光学衍射极限,实现了纳米尺度的三维金属纳米结构加工。近年来,利用飞秒激光直写技术进行三维纳米结构加工,已成为一个广泛受到关注的研究工作。该研究团队利用基于非线性光学原理的飞秒激光多光子直写纳米加工技术,突破衍射极限,利用多光子聚合反应成功地获得纳米尺度加工分辨率,并实现了功能性纳米复合材料的三维微纳结构加工。金属纳米材料与结构在电子信息、生物检测等多个领域有重要应用前景,但是加工制备具有各种金属三维纳米结构,仍然是目前国际上研究开发的热点与难点。在利用飞秒激光多光子三维纳米加工技术进行金属纳米结构加工的研究中,加工分辨率长期徘徊在微米至亚微米尺度范围,未能实现突破光学衍射极限的纳米尺度加工。针对飞秒激光多光子还原制备金属纳米结构过程中,金属纳米粒子在激光作用下易于生长成为大块晶体的问题,研究团队提出了利用表面活性剂限制金属纳米材料生长,以获得三维金属纳米结构的思路。他们在硝酸银水溶液中添加了含有肽键的羧酸盐阴离子表面活性剂,使多光子光化学还原的银纳米粒子由...

关键词：纳米结构激光加工飞秒激光三维金属纳米加工技术化学研究所衍射极限

飞秒激光加工CVD单晶金刚石的烧蚀特征和机理研究

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光子学报 2023年第12期52卷 44-58页

作者：汪晖温秋玲黄辉黄国钦姜峰陆静吴贤华侨大学制造工程研究院厦门361021 高性能工具全国重点实验室厦门361021 华侨大学机电及自动化学院厦门361021

为探究飞秒激光烧蚀金刚石的烧蚀特征及机理,进行了飞秒激光加工CVD单晶金刚石实验及温度场仿真模拟研究。研究了飞秒激光能量密度、扫描速度、扫描次数对金刚石烧蚀区内纳米结构的影响。研究表明,金刚石被加工区域出现了沿着晶向的微裂... 详细信息

为探究飞秒激光烧蚀金刚石的烧蚀特征及机理,进行了飞秒激光加工CVD单晶金刚石实验及温度场仿真模拟研究。研究了飞秒激光能量密度、扫描速度、扫描次数对金刚石烧蚀区内纳米结构的影响。研究表明,金刚石被加工区域出现了沿着晶向的微裂纹,在微槽边缘区域形成了周期为100~230 nm的纳米条纹,微槽中心区域形成了周期为460~640 nm的纳米条纹,且纳米条纹的形貌与激光加工参数密切相关。通过实验获得了金刚石的烧蚀阈值为3.20 J/cm^(2),且当激光能量密度为24.34 J/cm^(2)时,金刚石的烧蚀速率为44.8 nm/pulse,材料去除率为4.34×10^(−10)g/pulse。拉曼检测发现,微槽底部的金刚石发生了石墨化,理论计算的石墨层厚度为11.1 nm。根据不同激光能量密度下拉曼峰的频移计算飞秒激光辐照后金刚石微槽内的残余应力,当激光能量密度增加至24.34 J/cm^(2)时,残余拉应力增大至1389 MPa。温度场仿真结果表明,飞秒激光加工金刚石的材料去除主要是以金刚石升华为主,且飞秒激光辐照能量大多集中在金刚石的表层,几乎不会通过热传导扩散到金刚石内部。

关键词：飞秒激光烧蚀 CVD单晶金刚石纳米条纹烧蚀速率石墨化残余应力温度场