【作 者】：网站采编
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【摘 要】：来自：Editorial Office 极端制造 IJEM 江苏激光联盟转载 作者单位 1 RIKEN Center for Advanced Photonics, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan 2 Innovative Photon Manipulation Research Team, RIKEN Center for Advanced P

来自：Editorial Office 极端制造 IJEM 江苏激光联盟转载

作者单位

1 RIKEN Center for Advanced Photonics, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan

2 Innovative Photon Manipulation Research Team, RIKEN Center for Advanced Photonics, Wako, Saitama 351-0198, Japan

3 Metamaterials Laboratory, RIKEN Cluster for Pioneering Research, Wako, Saitama 351-0198, Japan

Citation

Zhang D S, Ranjan B, Tanaka T, Sugioka K. Underwater persistent bubble-assisted femtosecond laser ablation for hierarchical micro/nanostructuring. Int. J. Extrem. Manuf. 2, 0(2020) .

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本文亮点

图1 水下持久气泡辅助飞秒激光加工示意图和典型结构

近日，日本理化学研究所（RIKEN）杉冈幸次教授和张东石博士在《极端制造》期刊（International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM）上发表了一篇题为“Underwater persistent bubble-assisted femtosecond laser ablation for hierarchical micro/nanostructuring”的论文。本文展现了一种水下持久气泡辅助飞秒激光加工的新工艺，能实现毫米，微米和纳米多尺度织构化，极大地丰富了激光加工工艺和激光织构结构的多样性。此种工艺能产生具有尾部同心圆状毫米级宏观结构。动态气泡扇形衍射激光加工形成的尾状宏观结构是由多层扇形（中心角45-141°）复合微纳米结构组成的。静态气泡辅助激光加工形成的同心圆宏观结构包含了低/高/超高周期性纳米结构，周期分别为550–900, 100–200, 40–100 nm。40nm周期，小于1030nm激光波长的1/25，是目前在硅上可制备的最小表面激光诱导周期结构。独特的多尺度复合结构和超高频周期纳米结构的制备证明了气泡是一种几乎零成本的掩模版，为多尺度复杂织构化提供了新的可调控元素。该工艺的开发为极端环境下的多尺度微纳加工打开了一道新的大门。

02

内容简介

日本理化学研究所（RIKEN）杉冈幸次（Koji Sugioka）教授和张东石博士在本文中首先展示了气泡的动力学过程以及相应的毫米级宏观织构化结构形态。作者根据气泡不同形态把该工艺细化为动态和静态水下持久气泡辅助飞秒激光加工，并对不同气泡状态下生成的表面结构进行了详细分析。通过和理化学研究所先进光学中心RAP的田中拓男（Takuo Tanaka）教授和Bikas Ranjan博士合作，对不同加工条件下制备的尾状结构在近红外到中红外的光学反射透射特性进行了比较，并揭示了结构特性对反射和透射效果的影响。

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研究背景

液体辅助激光加工由于可以有效抑制热效应，及时去除生产粉末，能极大地提升加工质量，在无接触切割太阳能电池板方面有极大的应用前景 【1】。但是液相加工仍然存在问题，比如激光加工过程中会导致水的分解形成大量的气泡，这些气泡会黏附在材料表面，严重影响加工质量并降低了加工效率（图2a-b）。所以高精密加工普遍采用动态液体环境及时去除黏附的气泡，避免气泡引起的负面效应（图2c）【2】。

难道这些表面黏附气泡真的就只是熊孩子，永远不受欢迎，找不出任何优点吗？杉冈幸次教授和张东石博士希望通过实验打破人们传统的认知，让人们对规律性的东西重新认识，就如同他们最近发表在OEA的一篇文章报道了在梯度硅微米结构上，激光诱导表面周期表面纳米结构（LIPSS）的方向不是严格遵循传统规律垂直于激光偏振方向，而是会有最大50°角度的偏移【3】。

因为不同，所以有趣！希望您能喜欢这篇发表在IJEM上相对有趣的报道。

图 2 （a-b）静态液体激光加工过程中形成的持久黏附气泡和其负面效应，（c）动态液体去除气泡的激光加工形貌对比图 【2】。

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图文导读

气泡动态过程和毫米尺度织构结构

图3 气泡动态过程（移动性和累积效应），动态和静态气泡衍射现象及相应宏观织构结构。（激光参数：波长1030nm， 重复频率200kHz，脉宽223fs，激光能量100mW，脉冲能量0.5μJ，扫描速度1mm/s，扫描线间隔5μm）.（a-c）同一标尺100μm，（g）标尺为1mm，（h-j）同一标尺100μm。

文章来源：《水下无人系统学报》 网址: http://www.sxwrxt.cn/zonghexinwen/2021/1129/374.html