“黑夜给了我一双黑色的眼睛,我却用它寻找光明”,在自然界中,飞蛾就是这样的生物,它可以利用漆黑环境中极为微弱的光实现夜视效果。通过进一步观察蛾的眼睛,人们发现蛾眼角膜具有比光波长还要小的亚波长微观结构,该结构可以通过激发表面等离激元和产生局域等离激元共振的方式来增强光的吸收,从而实现夜视效果。受此启发,人们师法自然,通过在材料表面人为引入微纳米结构来实现光的高效吸收。
在目前众多材料制备手段中,超快激光作为一种可以快速、可调控地制备精细微纳结构的工具,成为了目前微纳结构的主流方法和热点之一。经超快激光刻蚀后,材料表面具有丰富的微米-纳米分级结构。其中微米结构通过“几何陷光”和多次内反射来提高光的吸收,而纳米结构则通过增强等离激元共振来进一步促进吸光。这种微纳复合结构极大地增强了光吸收率,通过将吸收的光转变为电能或热能,可以大幅度地提升材料的光电和光热转变率。
通过一种基于超快激光脉冲注入调控的金属表面微米-纳米双尺度复合结构双级调控制备新方法,通过对超快激光加工过程中脉冲注入数量和注入方式的灵巧控制,实现了对微米尺度结构和纳米尺度结构的分别有效调控,从而可以同时发挥微米尺度结构的几何陷光效应和纳米尺度结构的等效介质效应,最终达到优异的高效抗反射性能。该方法对于Cu、Ti、W等多种金属均有效,可在其表面分别获得1.4%,0.29%,2.5%的已知最低金属表面反射率,是一种在金属表面可控构建微纳米复合功能结构的通用方法。
表面微纳米复合结构在抗反射、自清洁、高效催化等领域具有重要应用,而表面微纳米结构的可控制备是其中的核心问题。超快激光加工作为一种微纳米制造方法,已为人们所熟知,并在微米尺度结构的高效灵活可控加工方面具有突出优势,但其所形成的纳米结构多为微米结构加工过程中诱导而成,无法对其进行有效的控制。其他纳米制造手段,如电子束光刻、化学合成等,虽然可以形成可控的纳米结构,但无法有效构建出微纳米复合的结构特征。本应用方法,打破了之前超快激光只能可控加工微米尺度结构的限制,在微米-纳米双尺度结构的双级分别可控制备方面迈出扎实一步,为表面微纳米复合功能结构的有效构建提供了新的思路和方法。
绍兴镭纳激光科技有限公司致力于利用超快激光在多类材料表面制备出具有优异光吸收性能的微纳结构,从而赋予材料优越的光热转变和光电转变性能,用于航空航天、新型能源以及建筑等多个领域。目前,公司已研发出多种高效光吸收制备工艺,可适用于全部金属材料和部分非金属材料,相关性能目前达到国际领先水平,拥有巨大的应用前景。