超快激光微加工功能化金属表面的简要综述（1） _空间站

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长三角G60激光联盟导读
据悉，本文简要概述了超快激光微机械加工功能化金属表面的进展，给出了超快激光与金属材料相互作用的原理。本文为第一部分。
摘要
金属微纳系统的表面功能化是实现多功能材料的一种新兴策略。作为一种简便的一步法工艺，超快激光微加工是近年来兴起的一种微纳结构制造新技术。过去，人们对超快激光微加工进行了大量研究，以了解复杂的烧蚀机理，而最近的工作主要关注各种金属表面结构的制备，因为它们具有许多潜在功能，如润湿、冶金和光学性能。本文简要概述了超快激光微机械加工功能化金属表面的进展，给出了超快激光与金属材料相互作用的原理。根据表面形貌，介绍了使用超快激光制造表面功能化的最新知识。给出了激光微加工金属的功能化特性。此外，还介绍了表面功能化金属面临的挑战和展望。
介绍
受自然界动植物微观表面的启发，具有表面微纳米结构的材料越来越多地应用于许多行业，如超润湿表面、航空航天工业、微电子等，主要是由于这些表面结构产生的不同功能，如亲水性和疏水性。这带来了许多有益的效果，如表面自清洁、油水分离、细水雾收集、表面防冻等。图1显示了各种具有不同功能的生物表面：荷叶效应、蝴蝶可以在雨中飞翔、水行侠可以在水面行走、沙漠甲虫可以收集水雾、蚊子眼可以防雾、草鱼不能在水下附着油渍和猪笼草。

图1 自然界中的超疏水表面。（A1-A4）荷叶；（B1-B6）蝴蝶翅膀；（C1-C2）水行侠腿；（D1-D3）沙漠甲虫notum；（E1-E4）蚊子眼睛；（F1-F4）鱼鳞；（G1-G3）猪笼草
鉴于上述仿生现象，微纳表面结构的加工已成为研究热点。研究人员开发了多种微纳加工方法，以在材料表面获得丰富的微纳结构。然而，一些传统方法在表面处理过程中总是遇到一些问题，如工艺复杂、材料有限、加工环境恶劣，甚至二次污染现象。因此，如何高效、准确、简单地制备仿生微纳多功能表面仍然是科学研究领域的一个重要课题。

不同AC刻蚀时间的表面形貌SEM图像:(A) 0 s(裸黄铜基底);(B) 1分钟;(C) 5分钟;(D) 10分钟;(E)和(F) 15分钟;(G) 20分钟及(H) 30分钟;插图为对应表面的EDS图像。
作为一种新型的微纳加工技术，超快激光加工技术因其加工精度高、材料无限、效率高、应用广泛而备受关注。超快激光按脉冲宽度分为皮秒激光和飞秒激光。
超快激光可以引发非线性吸收（即多光子吸收），这可以导致对光透明的材料中的强光吸收。多光子吸收过程使超快激光不仅可以处理玻璃和聚合物等透明材料的表面，还可以在三维空间对其内部进行微处理。此外，多光子吸收的非线性过程自然提供了超过衍射极限的激光加工精度。因此，超快激光在非金属材料加工中具有很大的应用前景。
【超快激光微加工功能化金属表面的简要综述（1）】自20世纪90年代末以来，已有报道称Fs激光器可以在硅和其他非金属材料上产生微结构，而直到21世纪初，才有报道称通过Fs激光器产生金属微结构。其中一个原因与超快激光系统性能的快速提高有关，这大大促进了超快激光加工研究的发展。 20世纪80年代， Fs极紫外准分子激光器用于Fs激光加工的早期研究。 20世纪90年代，钛宝石再生放大器中啁啾脉冲放大（CPA）技术的出现开创了超快激光加工基础研究的新局面。 21世纪初，稳定、可靠和紧凑的光纤啁啾脉冲放大器（FCPA）的发展促进了超快激光器的应用。自20世纪20年代以来，通过使用掺杂稀土元素的激光介质进行半导体激光泵浦，可以实现紧凑的高功率超快激光系统。目前， ps激光和fs激光表面微加工在大量超快激光加工中显示出商业化的潜力。然而，对超快激光加工，特别是金属材料的超快激光加工的综述并不多见。

超快激光微加工功能化金属表面的简要综述（1）

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