液相激光燒蝕法plus微流控提高納米結構制備效率

液相激光燒蝕法plus微流控提高納米結構制備效率

納米材料的出現令人類第一次從微觀層次主動設計、開發材料，從而向分子原子尺度控制材料性能跨越。例如，2016年科學家用納米材料研制出“超級鏡頭”，即比一張紙還要薄的透鏡，圖像質量還和當前世界上先進的光學成像系統相當。

作為一種環保、低選擇性的新型納米材料制備技術，激光液相燒蝕法利用脈沖激光對浸沒在液體中的靶樣品進行燒蝕，直接在液相環境中制備出微納米結構，成為了納米材料制造業的“新寵兒”。但是，這項新技術存在制備效率低下等缺陷。

近日，吉林大學于顏豪博士課題組提出將液相激光燒蝕法與微流控技術相結合，實現了基于微流控芯片的液相激光燒蝕法。該方法結合了二者優勢，在微流控芯片中精確控制液相環境，使其避免了湍流等不利現象，使得激光燒蝕形成的納米粒子隨著“微流體”迅速排出芯片，顯著提高了制備效率。實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置圖：右側為制備完成的微流控芯片（藍色箭頭為微流體流動方向），左側為實驗所用光路。激光經過物鏡聚焦在微通道硅基上，制備完成的納米材料會被微流體“帶離”微流體芯片。

實驗首先在硅基上利用PDMS和二氧化硅蓋玻片制備出含有一條為微流通道的微流控芯片。在保持微流控流速不變的情況下，通過控制激光燒蝕功率成功地燒蝕出晶格型(400 -800 nm)和圓球型（100 -300 nm）硅納米結構，并研究了微流控流速對硅納米材料制備效率之間的關系。當微流控流速在9 mL/min以后制備效率趨于飽和，9 mL/min以下時微流控流速增加對納米材料的制備效率確實有促進作用，將最高制備效率提高了30%以上，達到87.5 mg/min。這為將來液相激光燒蝕法工業化生產提供一種新的技術路線。

實驗中在不同激光功率下制備出了下述的硅納米結構。(a)-(b)的激光燒蝕功率為3 mW; (c)-(d)的激光燒蝕功率為4 mW; (e)-(f)的激光燒蝕功率為5 mW。3 mW制備出的硅納米結構帶有明顯的晶格特征，并且結構尺寸較大; 4 mW制備出的硅納米結構便失去了晶格特性，呈現球型，并且結構尺寸較小。

圖2 硅納米結構掃描電鏡照片

研究人員表示后續將著重將此技術應用于各種金屬，介質等材料，并且嘗試使用不同溶液作為液相環境，試圖制備出具有特殊表面活性的納米材料。

參考文獻： 中國光學期刊網

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