长三角G60激光联盟导读
本文综述了直接飞秒激光表面纳米/微结构及其应用的一个新领域。本文为第二部分。
6、纳米结构织构微结构
6.1纳米结构织构锥形和柱状微结构
1998年，Her等人报告了在500 Torr SF6或Cl2中通过飞秒激光辐照硅产生尖锐的圆锥形微结构，并在N2、Ne或真空中通过烧蚀产生钝锥形微结构。在这项工作之后，关于环境介质对硅微观结构影响的其他详细研究已经报告。已经发现，在SF6和Cl2中产生的微像具有尖锐的锥形，而在其他气体和真空中形成的微像是钝的。结构中的这些形态差异归因于SF6和Cl2的高化学反应性。关于在SF6中通过飞秒激光辅助蚀刻形成的尖锐圆锥形微球的形态的详细研究表明，其表面覆盖着尺寸为10-50nm的不规则纳米结构。研究了激光参数（脉冲持续时间、激光注量和脉冲数）对硅微结构的影响。发现在SF6存在下产生的微像尺寸随着激光脉冲持续时间的减少而减小。
750脉冲KrF准分子激光在500TorrSF6存在下以4 Hz的重复频率传输脉冲后，在Si（1 0 0）上形成的Si微柱的SEM照片（45°）。
微结构的密度也取决于激光脉冲持续时间：较短的激光脉冲，此外，纳秒激光脉冲产生的微裂纹比飞秒激光脉冲形成的微裂纹光滑得多。激光注量显著影响微裂纹的形态。激光注量增加到约1J/cm2会导致微针孔的高度、基底直径和间距增加，而密度降低。足够高的激光注量值也是在微球状壁上生成纳米结构的一个重要因素。
通过直接烧蚀在金属上制备柱状微结构已得到证明，其中对在空气中烧蚀在钛上产生的微结构进行了详细研究。研究发现，通过改变激光参数，可以控制产生各种形状和尺寸的柱状结构。例如，图8显示了随着激光发射次数的增加，钛表面形貌从纳米结构演变为柱状微结构。由于潜在的生物医学和光学应用，在许多其他工作中研究了金属柱状微结构的超快激光制造。Nayak等人在Ti、al、Cu和不锈钢上制备了锥形微/纳米结构，并研究了激光注量、激发次数和气体环境对其形成的影响。飞秒激光产生的柱状微结构的一个独特特征是叠加在微柱表面的精细纳米亚结构。制作了柱状微结构，其具有不规则纳米结构，如图8e所示。用FLIPSS织构的锥形柱状微结构已制造。
图8 F=1.35 J/cm2的飞秒激光处理后钛的表面纳米和微观形貌。
6.2纳米结构纹理微槽结构
第3节中讨论的FLIPSS技术能够产生实际上限为几微米的光栅。然而，在许多应用中，例如微流体、光流体以及红外、太赫兹和毫米波范围内材料光学特性的修改中，需要周期大于5–10μm的光栅。通过在紧密聚焦的激光束上扫描处理过的样品，可以很容易地在固体上产生这些光栅。使用这种直接飞秒激光烧蚀技术，可以在金属、半导体、玻璃和生物（人牙釉质和牙本质）表面上产生单个扩展微槽或一组平行微槽。研究表明，直接飞秒激光烧蚀产生的微槽被不规则纳米结构广泛覆盖。在铂和玻璃上产生的纳米结构纹理微槽的示例分别如图9和10所示。图9所示的表面图案使铂呈现黑色。图9a展示了周期性平行微槽的整体视图，其周期等于相邻扫描线之间的扫描步长（约100μm）。如图9c和d所示，微槽的脊和谷具有丰富的不规则纳米/微结构，包括纳米空穴、纳米突起和由熔融纳米颗粒形成的微尺度聚集体。图10 d显示，在玻璃表面上制造的微槽表面也具有不规则纳米结构的广泛纹理。因此，超短激光脉冲产生的微槽是分层结构。还可以使用掩模投影技术在固体表面上制造微槽。该技术能够以高处理速度生产高质量的微槽阵列。
图9 通过光栅扫描在铂上产生的纳米结构纹理平行微槽阵列。
