A funcionalização de superfícies via micro/nano estruturação não é apenas uma área de pesquisa próspera inspirada na biônica, mas também de grande importância para diversas aplicações práticas. A chave para alcançar várias funções de superfície é a fabricação de micro/nanoestruturas de superfície com dimensões, hierarquias e composições controladas, o que está impulsionando o progresso contínuo das técnicas de fabricação micro/nano.



Pesquisadores do Centro de Pesquisa em Processamento de Materiais a Laser da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Tsinghua, na China, passaram anos desenvolvendo técnicas de fabricação habilitadas a laser para preparar micro/nano estruturas de superfície e explorar suas aplicações funcionais.

O trabalho intitulado "Deposição localizada in-situ:uma nova dimensão para o controle na fabricação de micro/nano estruturas de superfície via ablação a laser ultrarrápida" foi publicado em Frontiers of Optoelectronics .

Os pesquisadores estabeleceram as capacidades para controlar separadamente e com precisão os recursos em micro e nanoescala, bem como controlar como eles são combinados para formar diferentes tipos de estruturas de vários níveis, dizem os pesquisadores. As funções e aplicações que estudaram incluem molhabilidade extrema, anticongelante, absorção de luz de banda larga, cores estruturais, evaporação solar de água, gerenciamento de interface térmica, propriedades tribológicas, espectroscopia Raman de superfície aprimorada e fotoeletrocatálise para aplicações de energia, etc.

Ganhar mais controle sobre a fabricação de estruturas usando lasers ultrarrápidos e desenvolver abordagens de fabricação mais flexíveis é um de seus focos de pesquisa contínua. Além de controlar o processo de ablação a laser ultrarrápido, eles demonstraram recentemente que a deposição in-situ de partículas após a ablação a laser ultrarrápida de superfícies sólidas também poderia ser controlada e usada como um processo de microaditivo localizado para acumular estruturas de superfície hierárquicas.

A formação de pluma de plasma é um fenômeno universal que ocorre durante a ablação de sólidos por laser pulsado. Os produtos (nanopartículas) das plumas de plasma podem ser coletados para utilização em líquidos externos (no caso de ablação a laser em líquidos) ou substratos (no caso de deposição de laser pulsado).

Em contraste, algumas das nanopartículas das plumas de plasma in-situ depositam-se de volta nas superfícies irradiadas durante a estruturação ultrarrápida da superfície do laser. Para aplicações específicas, as características estruturais depositadas in-situ desempenham um papel significativo na melhoria das propriedades da superfície, como absorção de luz, sensibilidade e conversão de energia.

No entanto, se e como o processo de deposição in-situ pode ser controlado permanece uma questão em aberto. Seus estudos recentes mostraram a capacidade de controlar o processo de deposição in-situ, por exemplo, para construir estruturas semelhantes a fortes no topo de matrizes de micro cones, em vez de apenas produzir nanopartículas distribuídas aleatoriamente. O mecanismo de interação laser-matéria revelado pode motivar futuros interesses de pesquisa para explorar novas possibilidades na fabricação de micro/nano estruturas de superfície funcional usando lasers ultrarrápidos.

Mais informações: Peixun Fan et al, Deposição in-situ localizada:uma nova dimensão para controlar a fabricação de micro/nano estruturas de superfície por meio de ablação a laser ultrarrápida, Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI:10.1007/s12200-023-00092-1
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