液相媒介中选择性激光辐照制备低吸收材料微胶体球研究

Although micro colloidal spheres are very useful in many fields due to its special performance, only a few kinds of mciro spheres are available commercially. Laser selective heating aggregated nano particles in liquid medium is a recently developing technology to fabricate micro spheres, by which the spheres of high absorbance materials such as metal, alloy, semiconductor etc. could have been fabricated successfully. However, current technology is not applicable to materials with low optical absorbance to laser light. In order to solve this problem, an original approach was presented to fabricate micro spheres with low optical absorbance in this project, which assitant materials were used to enhance the absorbance of laser energy and it can be removed by succeeding laser irradiation. Not only will the fabrcation precedures be studied in detail, but also the interaction mechanism between laser and nano materials, the rules of spheres formation and phase transformation will also be researched systematically. Corresponding content, refer to many scientific problems, which have never been reported before. The results will develop and enrich the basic theory of laser and nano materials interaction, furthermore, it will also provide a new approach for the micro spheres fabrication and accelerate the application of laser micro and nano manufacturing technology.

微胶体球颗粒因其独特的性能，在诸多领域都有着十分广泛的应用，然而目前市场上成熟的微胶体球颗粒仅仅局限于少数几种材料。液相中激光选择性辐照纳米团聚颗粒制备微胶体球的技术是最近发展起来的一项新技术，目前研究刚刚起步，它解决了金属、合金、半导体等高吸收材料的微胶体球的制备问题，但现有技术对激光具有的低吸收效率的材料却无能为力。为了解决低吸收材料微胶体球的制备，本项目原创性地提出采用辅助材料增强材料的吸收，同时巧妙结合激光辐照可以使辅助材料烧蚀而去除的特性，来制备低吸收材料的微胶体球颗粒。本项目不仅要解决低吸收材料微胶体球的制备问题，还将重点研究激光与纳米材料在液相中的相互作用机理，微胶体球成型中成份及相结构变化等规律。相关研究内容，涉及众多的科学问题，此前未有文献报道。其研究成果必将极大地发展与丰富液相中激光与纳米材料相互作用的基础理论，为液相中激光微纳制造技术的应用提供了一条新的途径。

微胶体球颗粒因其独特的性能，在诸多领域都有着十分广泛的应用，然而目前市场上成熟的微胶体球颗粒仅仅局限于少数几种材料。基于此，研究小组采用液相媒介中选择性激光辐照技术（Selective Laser Irradiation in Liquid，SLIL），系统研究了碳点、微胶体球、纳米复合材料等微纳材料的可控制备，并研究SLIL与物质的相互作用机理。具体研究内容如下：.针对SLIL的技术特点，设计并制造了一套包含光路、气路、冷却、搅拌以及光谱监测系统的实验装置，并成功将其应用于多种微纳材料的制备。.针对其它前驱体制备的碳点成分复杂的现状，选择甲苯为碳源，成功通过SLIL技术实现碳点的制备，所制备的碳点具有石墨结构和荧光效应，且尺寸、荧光可调，荧光效率约为18%。进一步的研究发现石墨烯是激光辐照甲苯制备碳点过程中的中间产物。研究结果表明，SLIL技术完全可用于量子点类等超小纳米颗粒的快速可控制备。.针对现有方法制备的微胶体球颗粒存在表面结构不够致密、光滑，且尺寸、晶型难于控制的问题，以TiO2为例，通过SLIL技术实现了微胶体球的可控制备，并对SLIL技术的相关机理进行了研究。.针对低吸收材料氧化铝、氧化锆光吸收率较低的现状，利用商用的氧化铝、氧化锆纳米颗粒作为原材料，以纳米碳为辅助吸热材料，实现了低吸收材料微胶体球的快速制备。.针对纳米复合材料制备过程复杂、性能难以复合等问题，采用SLIL技术成功实现了纳米复合材料的可控制备。以Ag/TiO2为例，在液相媒介中通过激光选择性加热金属银纳米颗粒，将其焊接在半导体TiO2纳米颗粒上，在此过程中TiO2颗粒的尺寸、形貌和晶型不发生改变，而银的尺寸、含量可调，所制备的复合材料组元间结合良好，并具有优良的光吸收性能。.综上所述，SLIL技术不仅可以实现碳点、微胶体球类微纳颗粒的制备，还可以实现复合纳米材料的可控制备。表明液相媒介中选择性激光辐照技术是一种产物可控的、非常有潜力的微纳材料制备方法。