【中國(guó)科學(xué)報(bào)】超快激光微納制造時(shí)空整形“分秒必爭(zhēng)”
發(fā)布日期：2019-02-25 供稿：中國(guó)科學(xué)報(bào) 編輯：吳楠 審核：王征 閱讀次數(shù)：
原文標(biāo)題：超快激光微納制造時(shí)空整形“分秒必爭(zhēng)”
原文鏈接：http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/2/343713.shtm
近年來(lái)，納米制造成為我國(guó)戰(zhàn)略需求的重要支撐，例如國(guó)家某重大工程中的靶丸加工，就需要在其表面實(shí)現(xiàn)納米級(jí)定位的微孔陣列制造。飛秒激光具有超快、超強(qiáng)的特性，在微孔加工中占據(jù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，尤其在高品質(zhì)、大深徑比、高一致性微孔加工中具有不可替代性。
雖然飛秒激光脈沖對(duì)材料的輻照時(shí)間極短（飛秒量級(jí)），但其后的所有加工過(guò)程均決定于飛秒激光與電子的相互作用，如何精準(zhǔn)調(diào)控局部瞬時(shí)電子動(dòng)態(tài)成為了科學(xué)界的關(guān)注重點(diǎn)。
在自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃“納米制造的基礎(chǔ)研究”支持下，北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院姜瀾教授研究團(tuán)隊(duì)提出了超快激光時(shí)空整形微納制造新方法。通過(guò)設(shè)計(jì)超快激光能量時(shí)域及空域分布，研究人員調(diào)控加工過(guò)程中的能量吸收、傳遞及材料相變過(guò)程，有效地提高了加工質(zhì)量、精度、效率、深徑比和一致性，并得到廣泛應(yīng)用。
據(jù)介紹，通過(guò)時(shí)空整形，可優(yōu)化和調(diào)節(jié)離化電子密度分布，使得微孔加工深徑比極限增加100倍，效率提高56倍。在實(shí)驗(yàn)中，單束光加工速度達(dá)0.01秒/孔，加工1厘米乘1厘米面積的高深徑比（1000：1，直徑1.5微米）微孔陣列（共計(jì)25萬(wàn)個(gè)孔）僅耗時(shí)42分鐘。
同時(shí)，為了研究超快激光微孔加工的完整過(guò)程，研究團(tuán)隊(duì)提出并搭建了多時(shí)間尺度電子動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造中以電子為能量載體主線的質(zhì)能傳輸過(guò)程的觀測(cè)。
該制造新方法獲國(guó)際廣泛關(guān)注，例如，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)及其會(huì)刊——《科學(xué)》的新聞平臺(tái)以《飛秒激光實(shí)現(xiàn)電子動(dòng)態(tài)調(diào)控》為題對(duì)新方法進(jìn)行了專(zhuān)題報(bào)道，稱(chēng)其“對(duì)高端制造、材料處理、化學(xué)反應(yīng)控制可能帶來(lái)革命性的貢獻(xiàn)”，并獲10余家國(guó)際主流科技媒體全文轉(zhuǎn)載。
專(zhuān)家認(rèn)為，該成果可為我國(guó)航空、能源、IC、國(guó)防等領(lǐng)域提供重要的制造技術(shù)支撐，開(kāi)啟了電子層面調(diào)控的新機(jī)理和新方法的廣闊應(yīng)用空間。
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