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新型激光刻蝕技術將普通金屬變成超級材料
 
華盛頓2015年1月20日—紐約羅切斯特大學的研究者們通過用飛秒激光脈沖轟擊普通金屬而研發出了一種非同尋常的新型表面材料,它可以有效地吸收光能,防水以及自我凈化。這種多功能材料可用來制造高耐用,低保養的太陽能集熱器和太陽能傳感器。

“這是首次使用激光制造出的多功能金屬表面材料,該材料具有超疏水(防水),自我凈化以及高吸收等多重功能,”郭春雷說,他是羅切斯特大學光學院的物理學家。郭與同為羅切斯特大學同事的研究者AnatoliyVorobyev共同研發出了該新型材料。研究者們在美國物理聯合會出版的《應用物理雜志》中詳述了用了激光刻蝕技術制作出該材料的過程。
提升材料的光吸收能力會受益于那些需要收集光能的科技,比如太陽能傳感器和太陽能器件,而超疏水性則會使材料的表面防銹,防冰和防生物污損,所有這些特點都會提高器件的耐用性,使之更容易保養,郭說。超疏水性還有利于材料表面自我凈化,因為無法滲透的水滴可以有效地帶走表面的灰塵顆粒。

研究者們用持續時間為一千萬億分之一秒量級的超短飛秒脈沖轟擊鉑,鈦,和銅三種樣品,從而獲得這種新型的表面材料。“在短暫的轟擊中,激光脈沖的峰值能量相當于北美整個電力網的能量總和,”郭說。

這些超能激光脈沖會在金屬表面刻蝕出大量的細紋,在這些紋路上密集分布且高低不平的納米微結構就這樣形成了。微結構從根本上改變了這三種金屬表面的光學性質和潤濕性質,將通常情況下反光的金屬表面轉變成對光高吸收的表面,并使它們具有防水的性質。

羅切斯特大學光學院的教授郭春雷研制出了一種用激光讓材料具有疏水性的技術,如圖所示,水珠從被該技術處理過的樣品表面上滑落。

大多數商業使用的具有疏水性和高光學吸收性的材料依賴于化學涂層,這些涂層會隨著時間降解或者脫落,郭說。但對于這種新型材料來說,由激光蝕刻的納微米結構已經變成了金屬表面的固有性質,因此不會隨著時間變化。

該新型材料的疏水性還可與眾所周知的不粘鍍層相媲美。“許多人都知道聚四氟乙烯(不粘鍋的鍍層)是一種具有疏水性的表面材料,但是如果你想要讓水滴從不粘鍍層上滑落,就得使表面傾斜近70度的角。”郭說。“而我們研發的這種表面材料具有更強的疏水性,只需傾斜幾度,水珠就能滑落。”

郭和他的同事擁有多年用激光轉變材料性質的經驗。幾年前,他們用激光研發出了一種超親水性材料,在其表面,水珠甚至會克服重力往上坡處流。“在那之后,我們就想制造出一種與之相反的技術,即,使材料的表面防水。”

研究組下一步計劃在其他的如超導材料和介電材料上研發出更多的功能。這些多功能特性應該會有更為廣泛的應用,比如制作更好的太陽能集熱器。
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