液相激光燒蝕法plus微流控提高納米結(jié)構(gòu)制備效率

納米材料的出現(xiàn)令人類第一次從微觀層次主動設(shè)計(jì)、開發(fā)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(xué)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(zhì)量還和當(dāng)前世界上先進(jìn)的光學(xué)成像系統(tǒng)相當(dāng)。

作為一種環(huán)保、低選擇性的新型納米材料制備技術(shù)，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(jìn)行燒蝕，直接在液相環(huán)境中制備出微納米結(jié)構(gòu)，成為了納米材料制造業(yè)的“新寵兒”。但是，這項(xiàng)新技術(shù)存在制備效率低下等缺陷。

近日，吉林大學(xué)于顏豪博士課題組提出將液相激光燒蝕法與微流控技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了基于微流控芯片的液相激光燒蝕法。該方法結(jié)合了二者優(yōu)勢，在微流控芯片中精確控制液相環(huán)境，使其避免了湍流等不利現(xiàn)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(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖：右側(cè)為制備完成的微流控芯片（藍(lán)色箭頭為微流體流動方向），左側(cè)為實(shí)驗(yàn)所用光路。激光經(jīng)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(shí)驗(yàn)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?zé)g出晶格型(400 -800 nm)和圓球型（100 -300 nm）硅納米結(jié)構(gòu)，并研究了微流控流速對硅納米材料制備效率之間的關(guān)系。當(dāng)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(shí)有促進(jìn)作用，將最高制備效率提高了30%以上，達(dá)到87.5 mg/min。這為將來液相激光燒蝕法工業(yè)化生產(chǎn)提供一種新的技術(shù)路線。

實(shí)驗(yàn)中在不同激光功率下制備出了下述的硅納米結(jié)構(gòu)。(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(jié)構(gòu)帶有明顯的晶格特征，并且結(jié)構(gòu)尺寸較大; 4 mW制備出的硅納米結(jié)構(gòu)便失去了晶格特性，呈現(xiàn)球型，并且結(jié)構(gòu)尺寸較小。

圖2 硅納米結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片

研究人員表示后續(xù)將著重將此技術(shù)應(yīng)用于各種金屬，介質(zhì)等材料，并且嘗試使用不同溶液作為液相環(huán)境，試圖制備出具有特殊表面活性的納米材料。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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