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這位中國專家曾首次研制“納米牛” 超快激光微納加工進(jìn)入新時代

來源：激光制造網(wǎng)2020-09-29 我要評論(0 )   

19年前的“納米?！笔录q如一個按鍵，一經(jīng)按下就開啟了激光微納加工飛速發(fā)展的歷程。自那之后，超快激光與微納加工技術(shù)發(fā)展就逐漸成為激光加工的熱門方向。超快激光能...

19年前的“納米牛”事件猶如一個按鍵，一經(jīng)按下就開啟了激光微納加工飛速發(fā)展的歷程。



自那之后，超快激光與微納加工技術(shù)發(fā)展就逐漸成為激光加工的熱門方向。超快激光能實(shí)現(xiàn)前所未有的極端與精密制造效果，大大拓展了激光加工的潛力和應(yīng)用范圍，尤其是近年來以數(shù)百飛秒至亞皮秒脈沖寬度、數(shù)百千赫茲至兆赫茲高重復(fù)頻率以及數(shù)十瓦乃至上百瓦高平均功率為典型特征的新一代超快激光發(fā)展迅速，有望解決加工質(zhì)量、加工精度與加工效率之間的固有矛盾，迎來新的學(xué)術(shù)研究和發(fā)展機(jī)遇。

激光微納加工技術(shù)的雛形


2001年，發(fā)表在《自然》雜志的一篇論文稱，日本大阪大學(xué)Kawata、華人科學(xué)家孫洪波等人使用激光技術(shù)，用合成樹脂制成了世界上最小的牛。此研究成果的發(fā)布，在科學(xué)界引起了轟動。

一個大小相當(dāng)于紅血球的牛在科學(xué)家手中誕生了，它體長只有10微米，高7微米(1微米等于千分之一毫米)。 

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“納米?！苯Y(jié)構(gòu)圖

該研究首次采用飛秒激光直寫技術(shù)，成功突破了光學(xué)衍射極限的限制，利用波長為780納米的飛秒激光制備出了三維立體的微結(jié)構(gòu)——“納米?！薄Ｔ摻Y(jié)構(gòu)取得了120納米的加工分辨率。

主導(dǎo)此項(xiàng)研究的超精細(xì)激光加工領(lǐng)域的國際知名學(xué)者、如今是清華大學(xué)精密儀器系教授的孫洪波在當(dāng)時介紹媒體采訪時頗有詩情地說，“我們希望，這個牛能拉著裝有藥物的車，在血管中運(yùn)動”。

那么，為什么要雕塑出一個牛呢？據(jù)研究人員介紹，這是因?yàn)榕Ｓ泻芗獾募饨?，周身既有平滑部分，又有彎度很大的部分，對制作技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，能完美造出“納米牛”，也就能造出各樣的納米機(jī)器。

與此同時，該研究團(tuán)隊(duì)還成功制備出了全世界最小的彈簧系統(tǒng)，這使得飛秒激光微納加工技術(shù)真正進(jìn)入了納米器件的制備領(lǐng)域。飛秒激光微納加工技術(shù)的出現(xiàn)，使得復(fù)雜微納器件的制備成為了可能。

對此，吉林大學(xué)陳岐岱教授曾在接受《激光制造商情》采訪時表示：飛秒激光微納制備技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代中期，當(dāng)時只能做一些簡單打點(diǎn)、劃線工藝。其精度只可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百納米的范圍，后來比較關(guān)鍵的事件是2001年孫洪波教授發(fā)表了“納米?！钡墓ぷ?，它涉及到飛秒激光微納加工，是采用飛秒激光在聚合物材料制作的。這一研究極大地推動了超快激光維納加工的研究進(jìn)程。

孫洪波教授研究“納米?！钡墓ぷ饕鹆藝鴥?nèi)外廣泛關(guān)注，自此之后許多科研人員在飛秒激光雙光子聚合方面做了大量工作，例如利用飛秒激光制作各種各樣的3D晶片、3D造型，納米尺度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還包括各高校研究機(jī)構(gòu)做的各種仿生結(jié)構(gòu)、生物光子學(xué)器件、微流控芯片、三維金屬部件等。
 

根據(jù)荷葉疏水屬性可用飛秒激光制備仿生疏水材料表面，是近年研究一個熱點(diǎn)

超快激光微納加工成為時代“新寵”


超快激光微納加工是一種超精細(xì)特種制造技術(shù)，可以加工特種材料，實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)和特定的光、電、機(jī)械等性能。該技術(shù)雖然可以不再依賴材料來制造工具，拓寬了被加工材料種類，而且無磨損可變形等優(yōu)點(diǎn)。同時也存在能量投送與利用效率、激光功率與吸收波長選擇、投送的空間精度、工具造型、加工效率與精度等方面的問題有待解決與提升。

近年來，超快激光技術(shù)發(fā)展極為迅速，隨著高功率皮秒、飛秒激光和光纖超快激光技術(shù)的突破和商業(yè)化，超快激光已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，成為學(xué)術(shù)界和激光應(yīng)用行業(yè)的熱門方向。同時，也受到各國的重視，成為時代“新寵”。
 

飛秒激光直寫技術(shù)制造微米尺度牛

超快激光能解決許多常規(guī)方法難以達(dá)到的高、精、尖、硬、難等等加工問題，實(shí)現(xiàn)令人驚奇的加工能力、加工質(zhì)量和加工效率，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

隨著中國市場和科技的發(fā)展，超快激光在生物醫(yī)療、航空航天、精密機(jī)械、能源環(huán)境、通信存儲、消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著更為寬廣的應(yīng)用范圍，而這一市場也將不斷擴(kuò)大。

超快激光的應(yīng)用前景巨大，可用于智能手機(jī)觸摸屏切割、薄膜刻蝕、太陽能電池晶圓劃片、電路板微鉆孔等，以及在微納結(jié)構(gòu)、生物科研、醫(yī)療器具等等，一些應(yīng)用已經(jīng)在生產(chǎn)中大顯神通，新的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，將持續(xù)提升微納與精密加工制造技術(shù)的新高度。 


孫洪波教授演講“超快激光與微納制造”


隨著智能化時代的來臨，人們對材料的需求不斷拓展，柔性材料、透明硬脆材料、復(fù)合材料等不斷應(yīng)用在人們的日常生活中。而在這一過程中，傳統(tǒng)的加工模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前科技的發(fā)展需求。在此條件下，如何為設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)加工，成為當(dāng)前科技產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題！

10月13-14日在深圳國際會展中心（寶安新館）舉行的ALAT 2020中國超快激光微納加工大會，我們特意邀請了超精細(xì)激光加工領(lǐng)域的國際知名學(xué)者，該領(lǐng)域標(biāo)志性符號“納米?！钡淖髡咔迦A大學(xué)精密儀器系孫洪波教授來為您現(xiàn)場做技術(shù)報(bào)告，題目：《飛秒激光仿生制造人工肌肉骨骼系統(tǒng)》（擬）。
 
清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授

孫洪波在國外工作期間，由于他在微納激光制造領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)建立了以他姓氏命名的“孫”實(shí)驗(yàn)室。歸國執(zhí)教于吉林大學(xué)期間，他成為國家杰出青年基金獲得者，在吉林大學(xué)建立了超快光電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室，幾年期間，研究水平迅速提升到國際前沿，為此，他于2010年獲得中國光學(xué)學(xué)會頒發(fā)的“王大珩光學(xué)獎”，該獎由中國光學(xué)學(xué)會評定，每兩年評審一次，每次授予1-2人。

有著輝煌學(xué)術(shù)經(jīng)歷的他，如今是長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者，中組部萬人計(jì)劃學(xué)者、全國百篇優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師, IEEE, OSA, SPIE Fellow。研究方向?yàn)槲⒓{光學(xué)工程，具體從事基于超快光譜技術(shù)的光電、電光轉(zhuǎn)換機(jī)理和基于光與物質(zhì)非線性相互作用的微納加工技術(shù)及其應(yīng)用研究。圍繞這一研究內(nèi)容，發(fā)表SCI論文400余篇，被SCI論文引用15000余次，H因子60；研究結(jié)果被Nature、Science和Laser Focus World 等雜志專題介紹100余篇次，150余次國際會議邀請報(bào)告。目前任Light Science &Applications (Nature Publishing Group)雜志執(zhí)行主編，Optics Letters和Nanoscale等等十余個國內(nèi)外雜志編委或顧問編委，任中國光學(xué)學(xué)會微納光學(xué)專業(yè)委員會主任、 國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成員、自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。
 
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超快激光孫洪波
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