西安交大科研團(tuán)隊(duì)提出“激光切水”的新策略
眾所周知，水是人們賴以生存的自然資源，應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。近些年，微量水的圖案化和流動(dòng)控制在材料科學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。目前，控制微量水形貌和流動(dòng)的主要手段是預(yù)先加工固體通道，但由于水的無(wú)序性和流動(dòng)性，精準(zhǔn)加工水仍存在挑戰(zhàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所（BEBC）采用激光加工技術(shù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)水的流動(dòng)性和表面張力特性實(shí)現(xiàn)了“激光切水”的想法。首先，用疏水性的SiO2納米顆粒包覆在水的表面構(gòu)建了厚度為亞毫米級(jí)的水餅，隨后用激光對(duì)該水餅實(shí)施切割，成功實(shí)現(xiàn)了“激光切水”的構(gòu)想，并制造出了多種“水圖案”（圖1）。 &S"o jbb
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圖1.（a）制備SiO2納米顆粒包覆的水餅和激光切割水餅的操作程序，（b）激光切割水餅制造的各種“水圖案”。 `2@t) :
包覆有疏水性SiO2納米顆粒的水餅可被激光切割的原因主要有兩個(gè)：第一，水餅表面的SiO2納米顆粒對(duì)波長(zhǎng)為10.6微米的紅外激光的紅外激光具有較強(qiáng)吸收。激光照射后，SiO2納米顆粒吸收激光能量將其轉(zhuǎn)換為熱量用于水的汽化；第二，當(dāng)局部的水被汽化后，水的流動(dòng)會(huì)帶動(dòng)表面的SiO2納米顆粒進(jìn)一步將暴露的水面覆蓋，進(jìn)而阻止了水的愈合過(guò)程（圖2a,b）。為闡述激光切割包裹SiO2納米顆粒水餅的物理過(guò)程，通過(guò)理論分析和數(shù)學(xué)模擬對(duì)激光切水過(guò)程中涉及到的傳熱和液體流動(dòng)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)水餅的厚度是影響激光切水過(guò)程的重要因素，包括消耗的時(shí)間、所需的激光功率和加工的精度（圖2c, d）。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了水的體積對(duì)水餅面積、水餅厚度對(duì)切割可行性及水餅厚度、激光掃描速度對(duì)加工精度等影響，得到了優(yōu)化后“激光切水”的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。 t%n3~i4X:
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