近期，中南大學(xué)物理學(xué)院銀愷教授、何軍教授團(tuán)隊(duì)在超快激光原子級(jí)制造領(lǐng)域取得多項(xiàng)研究成果，相關(guān)論文分別發(fā)表于國際期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)納米》（ACS Nano）、《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）和《材料視野》（Materials Horizons）。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于飛秒激光直寫（FsLDW）技術(shù)的仿生多級(jí)結(jié)構(gòu)制造策略，利用飛秒激光超短脈沖與高能量密度特性精準(zhǔn)控制表面溫度，誘導(dǎo)鈣鈦礦晶體定向生長(zhǎng)，形成發(fā)光優(yōu)異的圖案化陣列。針對(duì)鈣鈦礦本征穩(wěn)定性不足，創(chuàng)新性提出雙層仿生策略：激光燒蝕使表面形成類似荷葉的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)合激光誘導(dǎo)含氟官能團(tuán)富集及PVDF固有低表面能實(shí)現(xiàn)超疏水；同時(shí)，PVDF的低導(dǎo)熱性在亞表面為CsPbX3量子點(diǎn)提供溫和結(jié)晶環(huán)境，避免熱分解，并通過激光調(diào)控實(shí)現(xiàn)全光譜可調(diào)多色熒光。最終制備的超疏水多色鈣鈦礦薄膜具備全光譜發(fā)射、優(yōu)異柔性、高分辨率和自清潔能力，在復(fù)雜天氣下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐用性（圖1）。該進(jìn)展以“飛秒激光原子-納米-微米制備仿生鈣鈦礦量子點(diǎn)薄膜實(shí)現(xiàn)耐用多色顯示（Femtosecond Laser Atomic–Nano–Micro Fabrication of Biomimetic Perovskite Quantum Dots Films toward Durable Multicolor Display）”為題發(fā)表于2025年6月19日的《美國化學(xué)學(xué)會(huì)納米》（ACS Nano）。

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圖1.飛秒激光原子-納米-微米級(jí)制造仿生鈣鈦礦量子點(diǎn)薄膜

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種飛秒激光超快原子尺度修復(fù)激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）的新策略。飛秒激光輻照LIG會(huì)產(chǎn)生超快高溫光熱脈沖，引發(fā)瞬時(shí)加熱和冷卻過程，這為碳原子重排提供了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，從而促進(jìn)LIG中結(jié)構(gòu)缺陷的修復(fù)。XPS分析證實(shí)，飛秒激光修復(fù)前后樣品中sp2和sp3雜化碳原子比例的顯著差異。經(jīng)過飛秒激光處理后，缺陷相關(guān)的sp3雜化比例從30.9%下降到17.6%，而sp2雜化比例則從44.8%增加到56.8%，顯示出LIG拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的修復(fù)。飛秒激光修復(fù)后ID/IG從1.52減少至1.04。球差校正透射電子顯微鏡圖像表明LIG主要呈非晶態(tài)，同時(shí)存在各種扭曲的五元、六元和七元碳環(huán)，表明LIG中存在高密度的結(jié)構(gòu)缺陷。相比之下，F(xiàn)LR-LIG表現(xiàn)出較為有序的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，飛秒激光處理后的樣品線電阻由593 Ω降至124 Ω（圖2）。該進(jìn)展以“飛秒激光超快原子尺度修復(fù)激光誘導(dǎo)石墨烯（Femtosecond Laser Ultrafast Atomic Scale Renovating Laser-Induced Graphene）”為題發(fā)表于2025年5月9日的《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。

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圖2.飛秒激光超快原子尺度修復(fù)石墨烯

研究團(tuán)隊(duì)提出了利用飛秒激光表面處理在任意基底上原位構(gòu)建多功能激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）的新策略。該方法幾乎完全消除了LIG對(duì)基底的限制，同時(shí)最大限度地保持了石墨烯的完整性和功能，優(yōu)于以往類似的研究。Raman光譜結(jié)果證實(shí)了LIG在紙、鋁、陶瓷和硅等各種基底表面的成功構(gòu)建。隨后，以紙張為例研究了LIG的潤濕性、光熱轉(zhuǎn)換、電熱轉(zhuǎn)換和溫度傳感特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紙基LIG材料具有高接觸角（~153.4°）、高吸收率（~98.8%）、低方阻（~82.0 Ω/sq-1）以及線性溫度系數(shù)（~0.089% ℃-1）。最后，我們提出的方法成功實(shí)現(xiàn)了紙張上的自清潔、太陽能加熱、電加熱和溫度傳感器功能，并通過LIG技術(shù)無縫集成（圖3）。該進(jìn)展以“任意基底原位構(gòu)建多功能飛秒激光誘導(dǎo)石墨烯（In situ construction of multifunctional femtosecond laser-induced graphene on arbitrary substrates）”為題于2025年5月7日發(fā)表在《材料視野》（Materials Horizons）上。

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圖3.飛秒激光多基底構(gòu)筑石墨烯

據(jù)悉，原子級(jí)制造是物理、機(jī)械、材料等多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，該課題組與中南大學(xué)段吉安教授、以色列本古里安大學(xué)Christopher J. Arnusch教授等長(zhǎng)期開展合作，相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目等支持，系列進(jìn)展可為極端精密制造、先進(jìn)顯示技術(shù)、光電功能器件等領(lǐng)域提供重要技術(shù)支撐。