淺談激光燒蝕技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展

宮琳琳 李爽

摘 要：隨著激光技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)激光燒蝕技術(shù)越來(lái)越受到了人們的關(guān)注。本文主要介紹了幾種激光燒蝕技術(shù)的不同應(yīng)用，以及對(duì)激光燒蝕技術(shù)的進(jìn)展做了簡(jiǎn)單的研究。

關(guān)鍵詞：燒蝕 等離子體 聚合物

中圖分類(lèi)號(hào)：O657.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（a）-0019-01

激光燒蝕技術(shù)是通過(guò)飛秒-納秒量級(jí)的脈沖激光來(lái)將材料表面燒蝕，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于微加工、外科手術(shù)、X射線激光、生物分子質(zhì)譜以及一些藝術(shù)品修復(fù)/清潔等領(lǐng)域；對(duì)激光燒蝕產(chǎn)生的等離子體的光學(xué)/光譜診斷是研究等離子體動(dòng)力學(xué)的主要方法之一。

1 激光燒蝕技術(shù)的應(yīng)用

1.1 激光燒蝕光譜（LAS、LIBS）技術(shù)的應(yīng)用

近年來(lái)光譜領(lǐng)域發(fā)展迅速，其中激光燒蝕光譜技術(shù)是其中一種比較嶄新的分析手段。該技術(shù)主要是通過(guò)聚焦強(qiáng)激光束激發(fā)樣品靶面，產(chǎn)生高溫等離子體，通過(guò)測(cè)定等離子體冷卻過(guò)程中發(fā)射光譜的波長(zhǎng)與強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行定量分析、元素定性。激光燒蝕光譜技術(shù)雖然對(duì)于痕量元素的分析能力不足，但是該技術(shù)并不需要對(duì)樣品進(jìn)行繁瑣的化學(xué)處理，具有破壞性小，具有快速、實(shí)時(shí)、可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、核工業(yè)、材料、燃料能源、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域；電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP2MS）

分析技術(shù)是一種公認(rèn)的高靈敏度、強(qiáng)有力的、多元素及同位素分析技術(shù)。

1.2 激光燒蝕技術(shù)在微納米材料制備中的應(yīng)用

激光與靶材相互作用后，周?chē)奈锢砜臻g便可粗略的分為高溫高壓等離子體聚集區(qū)、液相區(qū)和固相區(qū)三個(gè)區(qū)域，如圖1所示。等離子體聚集區(qū)是由離子、電子以及未電離的中性粒子集合組成，整體呈現(xiàn)電中性，該區(qū)域?qū)す饽芰康膫鬏斦系K比較小。液相區(qū)是靠近等離子聚集區(qū)的熔融層，材料處于液態(tài)或固-液共存態(tài)?？拷合鄥^(qū)的是固相區(qū)，該區(qū)域雖然也吸收了激光能量，能使溫度升高，但是能量強(qiáng)度不足以使該層進(jìn)行熔化?；诩す鉄g技術(shù)制備的各類(lèi)材料的生長(zhǎng)過(guò)程，如一維納米線和零維納米顆粒、二維薄膜等，幾乎都是通過(guò)應(yīng)用高溫高壓等離子體的成核、生長(zhǎng)所完成。因此，激光燒蝕產(chǎn)生的高溫高壓等離子體在激光燒蝕技術(shù)制備微納米材料中起著重要的作用。

激光燒蝕技術(shù)在微納米材料制備過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）可瞬間提供超高溫、超高壓等極端環(huán)境，有利于特殊納米結(jié)構(gòu)的形成；（2）反應(yīng)器壁不參與整個(gè)反應(yīng)，因此對(duì)產(chǎn)物無(wú)污染，保證了產(chǎn)物的純度；（3）操作可控性好、便利、易于排除雜質(zhì)；（4）激光能量可以高度集中，反應(yīng)區(qū)與周?chē)h(huán)境之間的溫度梯度比較大，有利于成核粒子的快速凝結(jié)；（5）反應(yīng)室與激光器相互分離，產(chǎn)物不會(huì)對(duì)激光造成污染。（見(jiàn)圖1）

1.3 激光燒燭技術(shù)在改變材料表面的性能與制備納米結(jié)構(gòu)和團(tuán)族中的應(yīng)用

高功率的脈沖激光束在材料表面的匯聚可以在瞬間產(chǎn)生非常高的溫度，可對(duì)材料表面的性能進(jìn)行修改，比如進(jìn)行表面修飾、切割、打孔等，特別是隨著激光器性能的不斷提高，激光用于材料加工受到了國(guó)內(nèi)外研究人員的極大關(guān)注。近年來(lái)，采用激光燒燭技術(shù)制備微納米結(jié)構(gòu)與團(tuán)族隨著納米科學(xué)與技術(shù)的興起，成為新材料研究領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的發(fā)展方向，高功率脈沖激光燒燭技術(shù)具備超快速的光與物質(zhì)相互作用的特性，并且其不會(huì)引入其他的化學(xué)雜質(zhì)，所以在合成制備微納米材料的領(lǐng)域具有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

1.4 激光燒蝕聚合物技術(shù)的應(yīng)用

激光燒蝕聚合物技術(shù)在微電子學(xué)器件的圖形加工和醫(yī)學(xué)的顯微外科中有著極其廣闊的應(yīng)用前景。

（1）應(yīng)用于徽電子學(xué)。

通過(guò)使用著大量的聚合物或主要由聚合物構(gòu)成的有機(jī)材料可以制備集成電路和徽電子學(xué)器件。激光燒蝕聚合物能直接進(jìn)行圖形制作，省去了以往比較繁雜的圖形制備工藝。例如，圖形加工過(guò)程中的各種光致抗腐蝕劑，可以作為大規(guī)模集成電路的鈍化膜、絕緣層、封裝材料，多層布線工藝的平坦化介質(zhì)及其多片封裝中的電介質(zhì)材料。

（2）應(yīng)用于激光外科。

激光顯微外科以激光對(duì)生物組織燒蝕去除為基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用前景。激光束作為一種良好的手術(shù)刀，由于他們可以很好的吸收光子，特別是用紫外激光燒蝕可以切割某些組織，高的激光能量可以通過(guò)一種成為分子光致離解的非熱過(guò)程來(lái)斷裂組織的分子鍵，而不會(huì)殘留燒傷現(xiàn)象。雖然激光顯微外科現(xiàn)在還在研究中，還存在很多問(wèn)題，但是已經(jīng)引起了人們的廣泛注意。

2 激光燒蝕技術(shù)的進(jìn)一步研究

激光燒蝕技術(shù)根據(jù)材料的制備環(huán)境，可以分為氣相燒蝕和液相燒蝕。液相燒蝕技術(shù)和氣相燒蝕技術(shù)在激光與物質(zhì)的相互作用機(jī)理上是類(lèi)似的，唯一不同的是激光與材料相互作用時(shí)所處的反應(yīng)環(huán)境。在氣相燒蝕技術(shù)中，主要利用激光燒蝕技術(shù)來(lái)制備微納米顆粒、微納米線和薄膜、納米管、納米壁等，還可對(duì)相同或不同的多種材料進(jìn)行激光加工或焊接。在液相中激光燒蝕主要用來(lái)對(duì)材料的表面進(jìn)行改造，或進(jìn)行微納米顆粒的制備。

3 結(jié)語(yǔ)

激光燒蝕技術(shù)是一門(mén)綜合固體物理、生物學(xué)、微束技術(shù)、激光化學(xué)等學(xué)科的交叉科學(xué)，激光燒蝕技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展迅速，與干擾少、靈敏度高的ICP-MS聯(lián)用，具有更好的性能，稱(chēng)為一種新的技術(shù)。作為一種適用于多種類(lèi)型固體樣品的引入方法，開(kāi)拓了質(zhì)譜分析技術(shù)的新領(lǐng)域。因此，更好的發(fā)展這門(mén)技術(shù)還需要對(duì)其進(jìn)行很好的研究探討。

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