摘要
界面调控因为在生产生活中有着非常重要的应用价值，越来越受到研究人员的重视，例如结构色可以用于识别码、装饰美化、防伪等领域，超疏水低粘附的表面可以用于防污、抗冰、自清洁等领域，基于表面张力梯度的自驱动可以用于机器人、发电等领域。这些独特的界面现象本质上都是微纳结构对界面物理性质的调控而产生的，因此对微纳结构的可控加工进一步成为研究的热点。目前，虽然各种各样微纳结构已经成功地通过多种微纳加工技术被制备出来，并且已经用于实现对界面物理性质的调控，但是在大面积微纳结构的高效制备、界面调控的应用范围、界面性质的精准调控等方面依旧存在着一些问题。本文的工作主要通过多种激光微纳加工技术来研究上述问题，具体内容如下: 1.搭建了一套聚焦激光干涉加工系统，在多种金属表面一步加工出大面积金属微槽阵列结构，单次曝光即可加工1×1 mm2区域，相比现有单点扫描技术效率提高了2.5倍，解决了在金属表面高效制备大面积结构色的难题。分析了金属微槽阵列的成型机理，通过加工参数对金属微槽阵列形貌进行了调控。定量研究了金属微槽阵列的形貌对结构色的调控规律。此外，探究了不同形貌的金属微槽阵列对各向异性润湿性的调控。 2.提出了一种粗糙微纳结构对液态金属粘附性的调控方法，利用飞秒激光烧蚀加工系统在聚合物表面上诱导出粗糙微纳结构，实现了对液态金属这一种特殊液体的粘附性调控，并阐明了其中的调控机理，从而拓展了微纳结构对液体粘附性调控的应用范围。通过加工参数改变粗糙微纳结构的形貌，从而实现了对液态金属粘附性的精准调控。并且进一步通过转印，实现了液态金属的图案化，探究了该方法在柔性电子器件领域的应用前景。 3.发展了一种多孔微纳结构对表面张力分布的调控方法，利用激光无掩膜灰度光刻加工系统，实现了水凝胶中非对称多孔微纳结构的可控加工，并建立了低表面张力有机液体释放速率与多孔微纳结构之间的关系模型。基于理论模型和实验，设计加工了水凝胶转子，通过转子不同部位的非对称多孔微纳结构控制有机液体的释放速率，进而精准地调控了转子周围表面张力分布，增强了表面张力梯度，并结合减阻外形设计，实现了转子的高速自驱动，最高转速达到了5215 rpm。水凝胶转子的转动输出和燃料效率比现有报道中基于马兰戈尼效应的转子分别提高了15倍和34％。最后展示了自驱动水凝胶转子在动能传输、发电、水净化等方面的应用。
NETL