激光烧蚀法制备纳米粉的现状及前景
激光制造技术的研究现状与应用
激光制造技术的研究现状与应用激光制造技术是一门在二十世纪六十年代开始发展的高精度制造技术，它利用激光光束的高能量和高度聚焦能力在小范围内进行精密的切割、打孔、刻印、熔化、焊接、淬火等加工。
随着激光器的不断改进和发展，激光制造技术在诸多领域得到了广泛应用，例如汽车工业，医疗器械制造，电子行业等等。
激光制造技术的研究现状在现代工业制造中，激光制造技术已经成为一项必不可少的高精度加工工艺。
研究人员不断探寻新的材料和新的加工方式来满足制造业日益增长的需求。
截至2021年，激光制造技术的研究方向主要可以分为以下几类：材料成形加工材料成形加工是激光制造技术中最常见的应用之一，其主要包括激光切割、激光打孔、激光刻印和激光熔化等加工方式。
目前，激光切割技术已经可以应用于钢板、铝板、不锈钢等材料的高精度加工。
激光打孔技术则可以用于多孔材料的加工，如过滤板、孔板等材料的精细加工。
激光刻印技术则可以用于外观设计、图文标识、二维码等细小物品的加工。
激光熔化则可以用于金属材料部件的焊接和后处理。
3D打印3D打印是激光制造技术中的一项全新应用，它可以通过激光光束逐层熔化粉末材料，实现不同几何形状的三维构造。
3D打印技术主要应用于金属、陶瓷、聚合物、生物材料等多种材料的制造，可以有效缩短制造周期和降低制造成本，并为传统制造业实现数字化转型提供了有力支持。
激光表面处理激光表面处理技术是一项重要的激光制造应用，其主要工艺包括激光去除、激光合金化和激光改性。
它可以在金属、塑料，陶瓷等材料表面进行高精度的加工，也可以用于新材料合成和传统材料性能的提升。
激光去除技术可以去除零件表面的氧化层、涂层或油漆等表面污染。
激光合金化技术可以在零件表面形成一层具有高硬度、耐磨性的金属合金层。
激光改性则可通过改变钢材表面的组织细节来影响其力学性能。
激光核聚变激光核聚变是一项基于大型激光装置的高能物理研究，它主要通过激光束聚焦实现高温和高压的共聚燃烧，从而实现轻核反应堆的研制和超新星爆炸等高能现象的研究。
纳米材料制备技术及其应用前景分析
纳米材料制备技术及其应用前景分析随着科学技术的不断进步，纳米材料制备技术也得到了快速发展，成为当今材料科学领域最具前景的研究方向之一。
由于纳米材料具有很多独特的物理和化学性质，因此在多个领域有着广泛的应用前景。
本文将从制备技术和应用前景两个方面分析纳米材料的发展。
一、纳米材料制备技术1.概述纳米材料的制备技术主要包括两种：物理方法和化学方法。
物理方法主要指的是在高能场下将大尺寸材料形成纳米材料的方法，包括靶溅射、蒸发冷却、气相凝聚、微流控制等；而化学方法则是指通过化学反应制备纳米材料的方式，包括凝胶法、水热合成、溶胶-凝胶法等。
2.制备技术的优缺点物理方法制备纳米材料具有简单、快速、低成本等优点，适用于大规模工业生产。
但是，由于其对于原材料和设备有很高的要求，需要较为先进的技术支持，因此在真正的应用中面临一些困难。
而化学方法则可以制备具有晶体结构和表面形貌较为完美的纳米材料，具有制备粒径更小、精度更高等优点。
当然，也存在着某些化学试剂对于环境和人体健康的潜在风险等缺点。
3.纳米材料制备技术的发展方向随着生物、医学、工程等领域的不断发展，对纳米材料的制备技术提出了更高的要求。
近年来，高效、低耗、绿色的纳米材料制备技术不断涌现，例如生物硅素法、微波辅助法等，这些新的制备方法被认为是未来的发展方向。
二、纳米材料的应用前景1.生物医药作为纳米医学的重要组成部分，纳米材料在生物医药领域有着广阔的应用前景。
一方面，纳米材料可以在药物输送、诊断、治疗等方面发挥重要作用。
例如，利用纳米材料包裹药物，可以增强药物在体内的稳定性，缩小对于健康组织的毒副作用；同时，也可以通过纳米材料制作成诊断手段，以达到早期诊断、有效治疗的目的。
另一方面，纳米材料可以在细胞和组织修复、生物成像等方面应用，例如用具有导电性、导磁性、荧光等特性的纳米材料标记细胞以及组织成像。
2.环境保护在环境保护方面，纳米材料可以被应用于水净化、空气净化、储油等领域。
激光制造技术的现状与展望
激光制造技术的现状与展望自工业革命以来，机械制造技术一直是经济发展和工业进步的推动力量。
而激光制造技术，则是当今工业界最为热门和前沿的领域之一。
激光制造技术将激光技术与制造技术相结合，利用高能量密度的激光束在材料表面产生熔化或气化，对物质进行切割、加工和表面改性等操作，具有高效、精度高、环保、操作简单等优点。
本文将着重介绍激光制造技术的现状和未来的发展方向。
现状激光制造技术是一种基于激光光束切割和加工金属材料的成型技术。
其主要优点是集成度高，操作简单，能够对工件进行表面切割、加工和改性。
目前，激光制造技术被广泛应用于汽车、电子、航空、航天、通信、医疗、文化艺术等多个领域。
下面将对激光制造技术在各个领域的应用进行详细说明。
汽车行业在汽车行业中，激光制造技术主要应用于车身、底盘和发动机等部件的加工和焊接。
激光焊接技术相较于传统焊接技术具有焊接速度快、效率高、焊缝质量好等优点，极大地提高了汽车行业的生产效率和产品品质。
电子行业在电子行业中，激光制造技术主要应用于电子电路板的开孔和切割。
在电子电路板开孔方面，激光技术具有切割速度快且精度高的优点，被广泛应用于手机、电脑、数码相机等电子设备中。
在电路板切割方面，激光切割技术能够实现微小、复杂、高精度的切割，可以用于解决导热导电、EMI屏蔽等问题。
航空航天行业在航空航天行业中，激光制造技术主要应用于高强材料的加工和焊接。
如热隔离层、涡轮叶片、涡轮盘等材料在使用时需要承受高温和高压的工作环境，激光加工技术能够对这些材料进行高效、高精度的加工处理，保证了组件的可靠性和使用寿命。
医疗行业在医疗行业中，激光制造技术主要应用于医疗设备的制造和医疗器械的加工和加工质量监测。
激光制造技术能够生产出高精度的医疗设备和医用器械，为医疗事业发展提供了强有力的支持。
展望随着激光技术的不断发展，激光制造技术也将不断完善与升级。
未来，随着激光器及相关机器人技术、数控加工技术的发展和不断提高，激光制造技术在诸多领域中的应用和发展也将越来越广泛和深入。
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势
激光增材制造技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光增材制造技术，也称为激光3D打印或激光粉末床熔化（LPBF），是一种先进的增材制造技术，它利用高能激光束熔化粉末材料，逐层堆积形成三维实体。
由于其在材料利用率、制造精度和复杂结构制造能力等方面的独特优势，激光增材制造技术正受到全球科研界和工业界的广泛关注。
本文旨在深入探讨激光增材制造技术的当前研究现状，包括其基本原理、主要应用领域、关键技术和挑战等，并展望其未来的发展趋势。
通过对国内外相关文献的综述和案例分析，本文期望为激光增材制造技术的发展提供有价值的参考和启示。
二、激光增材制造技术研究现状激光增材制造（LAM，Laser Additive Manufacturing）技术，作为增材制造（AM，Additive Manufacturing）领域的一种重要技术手段，近年来在全球范围内受到了广泛的关注和研究。
该技术利用高能激光束作为热源，将粉末或丝状材料逐层熔化并堆积，从而构建出具有特定形状和性能的三维实体。
材料体系日益丰富：随着材料科学的进步，可用于激光增材制造的材料已经从最初的金属粉末扩展到了陶瓷、高分子材料以及复合材料等多元化体系。
这为激光增材制造技术在不同行业的应用提供了更多的可能性。
设备工艺持续优化：激光增材制造设备的精度和稳定性直接关系到最终产品的质量和性能。
目前，研究者们正致力于优化激光束的控制系统、粉末输送装置以及环境控制系统等关键部件，以提高设备的整体性能。
过程监控与质量控制：随着制造过程复杂性的增加，对制造过程中的监控和质量控制提出了更高的要求。
目前，研究者们正尝试将人工智能、机器学习等先进技术引入激光增材制造过程中，以实现对制造过程的实时监控和智能调控。
应用领域不断拓展：激光增材制造技术以其独特的优势，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
随着技术的不断进步，其应用领域还将进一步扩大。
绿色环保与可持续发展：随着全球对环境保护意识的提高，激光增材制造技术作为一种近净成形技术，具有减少材料浪费、降低能源消耗等绿色环保特点。
新型激光加工技术研究与应用展望
新型激光加工技术研究与应用展望激光加工是一种利用激光束对材料进行加工的技术。
激光加工技术已经广泛应用于不同领域，例如汽车工业，微电子学，医学和航空航天等。
新型激光加工技术研究和应用的发展趋势是探究如何提高精度和效率，减少加工变形和损伤等问题。
本文将分析新型激光加工技术的研究和发展，以及它们在不同领域的应用展望。
一、激光成形技术激光成形技术可以通过激光束在材料表面熔化和烧蚀，使它进一步固化和成型。
这种技术可以有效地减少加工和后处理时间，同时提高精度和制造质量。
激光成形技术已经广泛应用于航空航天、能源和制造业等领域。
实验研究表明，激光成形技术可以制造出复杂的3D形状，如零件、模具、螺栓等。
二、激光微纳加工技术激光微纳加工技术是通过控制激光束的位置和强度，进行微米或纳米尺度的加工。
激光微纳加工技术可以实现高精度、高速和无损的加工效果，并且可以应用于制造微型元件、表面处理和纳米结构制造等领域。
例如，激光微纳加工技术已经应用于微电子学中的CMOS器件制造、纳米光电和MEMS制造等领域。
虽然激光微纳加工技术中存在一些难点问题，例如加工精度和加工速度等，但是未来将进一步提高技术的可靠性和应用性。
三、激光表面改性技术激光表面改性技术是将激光束聚焦在材料表面，通过在表面形成不同的熔化、汽化和重熔化区，从而改变材料的表面性质。
这种技术可以有效地提高材料的耐蚀性、防护性、引燃性和磨损性能。
激光表面改性技术已经广泛应用于航空航天、电子、机械制造和医疗器械等领域。
例如，激光表面改性可以使机械零件具有更好的磨损和腐蚀性能，从而延长零件的使用寿命。
未来，激光表面改性技术将进一步优化材料表面结构和性能，以满足不同领域的需要。
四、激光增材制造技术激光增材制造技术是一种通过控制激光束来进行立体加工的制造技术。
这种技术可以通过不断添加材料层，形成复杂的三维物体。
激光增材制造技术已经应用于航空航天、医疗器械、能源和制造业等领域。
例如，激光增材制造技术可以制造出各种复杂的结构件，如发动机叶片、立体模型和骨骼支撑器等。
超快激光加工微纳米结构技术的研究和应用
超快激光加工微纳米结构技术的研究和应用一、概述超快激光是一种高能量、高效率的新型激光加工技术，其加工过程具有高速、高精度、高质量、低损伤等优点，尤其在微纳米加工领域表现出极大的优势。
本文将阐述超快激光加工微纳米结构技术的研究现状和应用展望。
二、超快激光加工微纳米结构技术的研究现状1.技术基础超快激光加工微纳米结构技术是一种基于超快激光脉冲的微纳加工技术，其基础在于超快激光脉冲瞬间高能量的作用下，物质表面强烈的等离子体效应。
在此基础上，可以利用光子和物质之间的相互作用，实现微纳米结构的加工和修饰。
2.技术优点超快激光加工微纳米结构技术具有以下优点：(1)高精度：超快激光加工能够在微米和纳米级别较高的精度下进行加工。
(2)高速度：超快激光脉冲具有极短的脉冲宽度，能够大幅增加加工速度。
(3)高质量：由于激光光束的特点，能够保证加工表面的光滑度和精度。
(4)低损伤：激光加工过程中不会产生热影响区，从而避免了因加工引起的变形、裂纹和剥离等问题。
3.技术挑战超快激光加工微纳米结构技术面临的挑战主要集中在以下几个方面：(1)快速成像与测量：超快激光加工的速度非常快，因此在加工之前需要进行快速成像与测量，以保证加工的精度和质量。
(2)加工参数优化：超快激光加工微纳米结构涉及到多个加工参数的优化，同时还需要考虑到多种材料的耐热性和化学性质等因素。
(3)热效应控制：超快激光加工微纳米结构的高速加工过程中容易产生较高的热影响区，需要进行热效应控制，以提高加工品质。
三、超快激光加工微纳米结构的应用展望1.纳米加工超快激光加工微纳米结构技术具有高速、高精度、低热影响区等特点，可以应用于纳米加工，如纳米光子学器件、纳米电子器件、纳米电池电极等领域。
2.生物医学超快激光加工微纳米结构技术可以用于生物医学领域，用于制造微纳米流体芯片，从而实现生物分析、生物检测和单细胞研究等生物医学应用。
3.光电子学超快激光加工微纳米结构技术可以被用来制备光电晶体管、光波导、微纳米激光器、传感器和信息存储器等高性能的光电子器件。
激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的进展
DOI ：10．19392/j．cnki．1671-7341．201909122激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的进展田志勇山东建筑大学理学院山东济南250000摘要：复合型纳米材料相比普通纳米材料具有一定的特点，利用激光脉冲液相烧蚀法可以制备复合型纳米材料且具备一定的优势。
本文以复合型二氧化钛纳米材料为例，首先介绍了它的优点及其部分应用，然后对利用激光脉冲液相烧蚀法制备二氧化钛纳米材料的现状进行分析，最后分析其优点及不足之处。
关键词：复合型纳米材料；激光脉冲液相烧蚀法；二氧化钛目前对复合型纳米材料的研究种类繁多，研究的内容也越来越广泛。
复合型纳米材料虽然发展迅速，但在可控合成领域仍面临着挑战。
一、复合型纳米材料的特点及应用复合型纳米材料大致可以分为四类：核壳结构、异质型结构、空心笼状结构、超支状结构。
在这里以复合型二氧化钛纳米材料为例，介绍一下它的一些特点及应用。
二氧化钛纳米材料具有粒径小，表面原子多的特点，因此光吸收效率很高。
另外，他的比表面积大，吸附能力强。
这也使它具备了很强的光催化特性，在光催化领域具有很好的发展前景。
［1］此外它还具有良好的光散射和光反射效应，即使在强酸性或碱性环境中，也具有良好的无毒性和化学惰性，在塑料、建筑和化妆品等领域有着广泛的应用前景。
［2］二、激光脉冲液相烧蚀法的研究现状脉冲激光液相烧蚀法的原理是光与物质的相互作用，当脉冲激光作用于靶材上时，会在材料表面诱导产生等离子体，等离子体在溶液中迅速膨胀，发生冷却、成核、结晶、生长等一系列反应，从而生成不同的纳米材料的过程。
目前，虽然复合型纳米材料发展迅速，但在可控合成领域仍然面临着极大的挑战。
过往科研人员一般采用化学合成等方法来制备纳米材料，但在化学合成的过程中通常采用大量的有毒有害的化学试剂来实现纳米材料的制备。
对此部分研究人员提出用激光脉冲液相烧蚀法来制备复合型纳米材料，并对于此方法的运用做了大量的工作。
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Abstract :This paper presents a review on t he state of nanoparticle preparation for laser ablation ,as well as t he prospect of t he devel2
opment of t his technology.
冲激光沉积薄膜技术 ( PLD) 上 ,也带动了激光烧蚀法制
从表 1 可以看出 ,激光烧蚀技术针对的靶材十分
备纳米颗粒技术的发展 。采用脉冲激光烧蚀法制备纳 广泛 ,不论是单质金属 、非金属 、化合物或是高分子都
米颗粒 ,产量虽然偏低 ,但对薄膜形式的纳米材料 、纳 能够被制备成纳米材料 。靶材的形式有通常的块状平
表 1 激光烧蚀法制备纳米粒子在国外的发展现状
靶材
激光器
波长/ nm
能量密度 (J / cm2)
纳米粒子及其粒度
环境气体
研究内容
Cu 和 Ag 平 面
靶〔12〕
Nd :glass
10
Cu 和 Ag 纳米粒子 ,30～50nm
Ar 粒子形貌及形成机理
α - Al2O3/ CuO 混合小球〔13〕
Nd : YA G
表 2 激光烧蚀法制备纳米粒子的国内现状
靶材
激光器
波长/ nm
最高能 量密度
纳米粒子及其粒度
环境气氛
研究水平
多晶石墨靶〔21〕 Nd : YA G
532
Si 、红宝石 、钛宝
石靶〔22〕
XeCl
308
1010 W/ cm2
30J / cm2
α- C3N4 、β - C3N4 和 类 石 墨 空气 , 粒子的形貌和形成机理 C3N4 纳米晶 ,粒径为几十纳米 氨水中
的制备或者产率太低 ,或者难以实现〔2〕。 激光热蒸发法是用激光作为热源 ,直接将靶材加
热到沸点以上 ,蒸发出的大量靶材原子 、离子或原子簇 (clusters) ,然后在一定的惰性气体或活性反应气体环 境下迅速冷凝 ,形成纳米粉末的工艺 。该工艺制备的 粉体范围广 ,粒径较细 。但于由激光热蒸发法使用的 功率密度偏低 (103 ～104 W/ cm2) 、加热时间偏长 (数秒 至数十秒) ,难以用于制备金属和合金等导热性能较好 材料的纳米粉末 。另外 ,粉末的产率也比较低 。
1064
γ- Al2O3 和 Cu 混合纳米粒子 , ～12nm
Ar/ H2
粒子的形貌和成分
Si 片和 Zn Te 烧
结靶〔14〕
Ar F
193
1104/ 0174
Si 和 Zn Te 纳米粒子 ,10～20nm
N2/ He
靶材 - 基板距离对粒径和 分布的影响
SiC/ SiO2 压 制 混合粉末〔15〕
激光烧蚀法 (简称为 PLA) 制备纳米颗粒是利用脉 冲激光束将靶材在瞬间 ( < 10ms) 加热到气化温度以 上 ,产 生 由 靶 材 原 子 、离 子 和 原 子 簇 组 成 的 蒸 气 羽 (plumes) ,后者在飞行过程中与环境气体原子碰撞减 速 ,并彼此相互碰撞 ,并形核生长形成纳米颗粒 。
Key words :laser ablation ,nanoparticle ,state ,prospect
1 引言 X
当大块状物质被逐渐细化成纳米尺度的颗粒时 , 尽管材料的组成没有任何改变 ,但纳米颗粒在性能上 将出现与原有块状物质完全不同的行为 ,如表面积增 加 、颗粒的电子状态发生突变等 ,因而呈现出独特的体 积效应 、表面效应 、量子尺寸效应和宏观量子隧道效 应 ,显示出特殊的光 、电 、磁 、热和化学等性能 。而这些 独特的性能不但在信息贮存 、光通讯 、计算机与传感 器 、冶 金 、化 工 等 工 程 技 术 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前 景〔1〕,而且还开辟了一些全新的研究和应用领域 。正 由于纳米 材 料 及 相 关 技 术 的 重 要 性 和 诱 人 的 应 用 前 景 ,使得相关的研究成为目前的热点 。
3 激光烧蚀法的发展现状
311 烧蚀法的发展概况 脉冲激光烧蚀法作为简单有效的气化样品手段 ,
X 国家自然科学基金资助项目 (59981002) 2001 年 10 月 2 日收稿
《激光杂志》2002 年第 23 卷第 2 期 LASER J OU RNAL (Vol. 23. No. 2. 2002)
Cu 纳米粒子 , 这是利用激光烧蚀法首次制得纳米材 料〔5〕。1986 年 ,日本大阪大学 A. Matsunawa 等人采用
312 激光烧蚀法制备纳米粒子的现状 31211 国外现状
YA G 激光照射 Fe 、Ni 、Ti 块状靶 ,在惰性气体环境下获 得了粒子直径为 3～66nm、产率为 15 克/ 小时·千瓦的 纳米颗粒〔6〕,由于粉末产率仍然偏低 ,未受到广泛的关
2 激光制备方法的比较及烧蚀技术的特点
目前 ,在众多纳米粉末制备方法中 ,以激光为热源 的制备工艺因可获得纯度高 、粒径小 、分布范围窄的超 细粉末 而 占 有 特 殊 重 要 的 地 位〔2〕。按 工 艺 特 点 的 不 同 ,激光制备纳米粉的工艺可分为三种 :激光化学气相 合成法 (L ICVD) ,激光热蒸发法 (L TE) 和激光烧蚀法 ( PLA) 。
15
1～100nm 的银 、金和坡莫合金 纳米粒子
空气
粒子形貌 、参数变化和机理 模型
AFI 沸石〔18〕
Nd : YA G
532
0124 合成 Si3N4 和 Si 纳米粉
N H3 退火处理后的光电性能
聚酰亚胺薄
膜〔19〕
Nd : YA G
355
Si 靶〔20〕
XeCl
511 剥离基体膜得到纳米粒子
9
在薄膜沉积 、固体微区分析 、固体表面刻蚀以及生命科 率密度为 104～107 W/ cm2 的脉冲和连续 YA G 激光轰
学等领域发挥着重 要 作 用 。1981 年 , Smalley 等 人 用 YA G激光照射 Cu 靶 ,在超音速气体的作用下获得了
击 WO3 、MoO3 和 ZrO2 块状靶材 ,在高压气体环境下获 得了纳米超细粉末〔11〕。
State and prospect of nanoparticle preparation f or laser ablation
W ang Zemi n Zeng Xiaoyan (National Key Laboratory of Laser Technology , Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074)
激光气相合成法是利用高能量激光束诱导气体间 的化学反应 ,从而形成纳米超细粉末的工艺过程 。目 前激光化学气相合成已经在 Si 、Si3N4 、SiC、SiO2 、Si/ C/ N 等纳米颗粒材料的合成方面取得了很大的成就 ,比 如粉末产率可以高达 178 克/ 小时·千瓦〔3 ,4〕,生产成本 也可以降低 。然而 ,该工艺有两个很大的局限性 :一是 必须先制备纳米材料的气体先驱体 ,这在许多情况下 成本很高 ;二是很多气体体系的反应速度很低 。因此 , 激光气 相 合 成 法 只 对 少 数 特 定 的 材 料 体 系 如 Si 及 Si3N4 、SiC 陶瓷等可以达到较高的粉末产率 ,而对于大 部分金属 、硅基以外的其它体系陶瓷及各种复合粉末
与其它纳米颗粒制备方法相比 ,激光烧蚀法具有 以下特点 : (1) 采用的是脉冲宽度很窄的 YA G 激光或 准分子激光 ,峰值功率高 。(2) 激光使靶材发生气化的 时间很短 ,小于 10ms ,比激光热蒸发快 103 倍以上 ,是 直接从固态到气态的相变过程 。(3) 适合制备任何成 分固体靶材的纳米粉末 ,包括金属 、陶瓷 、高分子材料 及复合材料等 ,尤其是对多元合金或陶瓷粉末 ,不会因 为组元间物理性能的差异导致纳米粉末成分与靶材有 很大差别 。(4) 由于激光将靶材爆炸式蒸发为原子 、离 子或原子簇 (clusters) ,因而可得到粒径小于 10nm 的纳 米粒子 。这种小粒径的粒子在一些特殊应用领域 ,如 催化剂 、气体传感器中的敏感元件等很有用处 。
米结构及其复合膜则可以满足要求 ,因此 ,有关研究成 面靶 、薄膜 、微米级粉末以及烧结或压实靶材 。制得的
为近年来国际热点 。迄今为止 ,采用激光烧蚀法已制 纳米粉末粒度变化范围较小 ,粒度分布也比较窄 ,通过
备出 Si ,Au ,Ag ,Cu ,Co ,Ni 及 Sr TiO3 , Fe2O3 ,CdS ,Cd Te 控制工艺参数 ,粒径可以容易控制在 10nm 以内 。激光
8
《激光杂志》2002 年第 23 卷第 2 期 LASER J OU RNAL (Vol. 23. No. 2. 2002)
激光烧蚀法制备纳米粉的现状及前景 3
王泽敏 曾晓雁
(华中科技大学激光技术国家重点实验室 ,武汉 430074)
提要 :本文综述了激光烧蚀法制备纳米颗粒的发展现状 ,展望了该技术的发展前景 。 关键词 :激光烧蚀 ,纳米颗粒 ,现状 ,前景
10～80nm 的 SiO2 、红宝石和钛 宝石纳米粉末
O2
物质形态 、粒子的分布
块 状 Cu 、Al 靶〔23〕
XeCl
308
617J / cm2
小于 50nm 的 ( Cu0 ) 6 ·Cu2O 和 30nm 以下的 A1N 纳米粒子
空气 、N2
形貌及粒径大小
4 实例
图 1 激光烧蚀微米级小球的装置示意图 针对目前烧蚀法制备纳米粉末产率低的缺点 ,美 国 Texas 大学 Austin 分校的 J . W. Keto 等人认为〔24〕, 以往的研究都是采用块状平面靶 ,大部分能量都被基 材消耗 ,用于纳米粒子蒸发 - 冷凝所消耗的有效能量 所占比例很小 。因此 ,他们以 8～60 微米的玻璃球和 金属球 (金 、银 、坡莫合金等) 为靶材 ,以对激光束透明 的石英板作为导向板 ,采用不同波长激光束在大气环 境下制备纳米粉末 ,获得了无硬团聚 、纯度很高 (具体 值取决于原始球粒的纯度) 、粒子尺寸可控的纳米粉 末 ,粒径小于 100nm。其装置原理如图 1 所示 。 结果表明 ,激光烧蚀小球所需的最低能量值 (即门 槛值) 远远低于烧蚀同样成分块状平板靶材时所需的 能量值 ;而将该装置置于真空中 ,在相同激光工艺参数 下获得的纳米粉末尺寸和产率都远小于在大气条件下 的相应值 。尽管制备过程中可以源源不断地输送小 球 ,但该工艺的粉末产率仍然很低 。这除了因为他们 所采用的是准分子激光器 ,能量密度不够高外 ,更主要 是由于 ,小球的运动轨迹难以精确确定 ,使激光束与微 米级小球的耦合率非常低 ,造成不必要的能量损耗 。 同时该方法也无法对粉末进行有效的收集 。