近日，上海工程技術大學材料科學與工程學院張培磊教授領導的（de）國際研究團隊，在光學與激光領域著（zhe）名期刊Optics & Laser Technology發表題為“Research status of femtosecond lasers and nanosecond lasers processing on bulk metallic glasses (BMGs)”的綜述（shù）論文（了解詳情（qíng）點（diǎn）擊閱讀原文）。
糖心影视精密轉發：光電匯OESHOW
該論文結合（hé）作者團隊多年的經驗（yàn）與（yǔ）成（chéng）果，全（quán）麵回顧了飛（fēi）秒激光和納秒激光在（zài）金屬（shǔ）玻璃（lí）表麵的加工現狀，包括但不僅限於激光與材料相互（hù）作用（yòng）機製、表麵微納結構（gòu）的製備、對於不同材料性能的提升等。
近年來，激光加工（gōng）對金屬玻璃（lí）進行表麵改性的（de）研究工作越來越多，表明激（jī）光與金屬玻璃表麵的相互作用很有趣。短脈衝激光和超短脈衝激光加工因其脈衝寬度窄、能量密度（dù）高、對材料作用時間短而在該領域最（zuì）為突出。特別是飛秒激光器和納秒激光器為金屬玻璃（BMGs）的高質量、高效率和低損耗加工提供了巨大的可能性。
筆者在論文中綜述了這一特定研（yán）究領域（yù），介紹了金屬玻（bō）璃的性（xìng）質和應用，飛秒激光器和納（nà）秒激光器的加（jiā）工特性（xìng），並從微觀角度解釋（shì）了激光與金屬玻璃（lí）之間的複（fù）雜過程（chéng）。此外（wài），本文還分析了微納結構和宏觀形貌，並討論了微觀機理對結構的影（yǐng）響。另一方麵，還（hái）討論了微納結構的性能，包（bāo）括力學（xué）性能、光學性能、潤濕性和生物相容性（xìng），這對金屬玻璃（lí）的表（biǎo）麵功能化具有重要意義。
作者團隊通過實驗和模擬發現激光偏振方向的高空頻LIPSS與表麵上納米級粗糙度存在聯係。使用飛秒激光輻照兩（liǎng）種不同表麵結構的Zr基金屬（shǔ）玻璃表麵，如圖（tú）1所示，通過分析單（dān）粒子和（hé）多粒子散射特征，提出了HSFL形成的情景，並（bìng）解釋稱這種現象依賴於單個各向異性近場增強過程以及（jí）入射場和粒子間耦合驅動（dòng）的集體混合散射和幹涉效應。近場增強對於200-400 nm範圍內的顆粒尺寸有很大影響，通過反（fǎn）饋（kuì）機製（zhì）驅動（dòng）沿偏振方向的各向（xiàng）異性（xìng）結構的生長，並且（qiě）討論了局部反饋驅動效應和集（jí）體（tǐ）散射與（yǔ）HSFL拓撲相關演化（huà）一致（zhì）的潛在情況。並表明散射和與入射場的相互作（zuò）用有助於LSFL的形成。
藝（yì）匠精密轉發（fā）：光電匯OESHOW
圖 1.以F=0.38 J/cm2（a,b）和F=0.15 J/cm2（c,d）的線性偏（piān）振（zhèn）激光脈（mò）衝輻照後BMG（a,c）和CA（b,d）樣品表麵的掃描電鏡圖像。插圖中顯示了（le）CA形狀的放大（dà）區，以及BMG表麵無定形和結晶（jīng）相的（de）EBSD結構（gòu）評估。較高通量值（N=1,2,4）時使用的脈（mò）衝數（shù）較少，而較低通（tōng）量情況下使用的脈衝數較（jiào）多（N=20,50,100）。(a)中的插圖給出了（le）在N=4時較高通量F=0.6 J/cm2的例子。LSFL表示通常垂直於激光偏振方向形成（chéng）的LSFL波紋。(a,b)中給出了BMG和CA情況下N=4脈衝時LIPSS的二維傅立葉（yè）變換（FT）表示法，顯示了LSFL和HSFL的發展及其（qí）在空間-頻率空間（K空間）中的特定空間周期性。
通過改變納秒激光器的激光能量密度，在Fe基（jī）金屬（shǔ）玻璃上麵探究了納米圖案的形成，通過三（sān）種（zhǒng）不同的激光能量密度：0.85 J/cm2、1.39 J/cm2、1.89 J/cm2，實驗表明隨著（zhe）激光能量密度的增加（jiā），納米粒子的分（fèn）布是不同的。
對此，他們還對這種結構的形成及演化進行了討（tǎo）論（lùn）(如（rú）圖2所示（shì）)，能量相對（duì）較低時，納米粒子以離散形式出現在照射區域；當將能（néng）量增加時，除熱影響區外，照射區域呈現出大麵積的網絡納米結構。這些網絡納米結構並（bìng）不總是完全封閉的，尤其是在輻照區（qū）域的中心。隨著（zhe）能量進一步增（zēng）加，整個輻照區域具有（yǒu）熱影響區周圍的網絡（luò）納米（mǐ）結構和位於輻（fú）照區域中心的納米顆粒兩種結構。並（bìng）且，隨著激光能量密度的（de）增加，這種（zhǒng）納米粒子的數量不斷（duàn）增多，當數量過（guò）多時兩（liǎng）兩相互連接形成納米線，或者納米網格結構，納（nà）米顆粒可歸因於激光誘（yòu）導的元素富集（即無定（dìng）形氧（yǎng）化鉺）及其與基材的潤濕性不匹配。此外，在反衝壓力（lì）和表麵形貌的共同（tóng）影響下，納米粒子的擴散和連接會導（dǎo）致（zhì）網絡納米結構的形成（chéng）。這（zhè）種納米顆粒（lì）和納米網格的應用十分（fèn）廣泛，如作為增強材料（liào）等。
糖心影视精密轉發：光電匯OESHOW
圖 2.左圖為：不同激光能量密度下激光照射後鐵基MG表麵的SEM形貌：(a、b)0.85 J/cm2、(c、d)1.39 J/cm2和(e、f)1.89 J/cm2；右圖為：納米顆粒在Fe基（jī）金屬玻璃基底上的形成過程示意圖。
他們使用飛秒（miǎo）激光探索了納米結（jié）構對細菌粘附（fù）的影響，通過不同的激光參數在四個BMG表麵上產生（shēng）了簇狀納米顆粒結構和不同的LIPSS結構，如圖3左（zuǒ）圖所示。測量BMG的表麵粗糙度、表麵（miàn）接（jiē）觸角（jiǎo）和表（biǎo）麵能時，發現拋光表麵和LIPSS結構的表麵粗糙度和表麵能在團簇（cù）狀納米顆粒（lì）結構外較（jiào）低，表現出良好（hǎo）的（de）疏水性。在細菌實驗中（zhōng），通過熒光顯微鏡圖（tú）像（xiàng）對標本表麵的大腸杆菌和金黃色葡萄（táo）球（qiú）菌進行實（shí）驗，發現當BMG表麵疏水性較好時，抗菌能力也較好。此外，他們（men）還從微觀和（hé）形態兩個角度解釋了細菌粘附，如圖3右圖所示。從微觀角度，自由細菌粘附（fù）過程（chéng）中兩個表麵之間的能量用範德華力和庫侖力以及布朗運動來（lái）解釋，從形態學角度，納米結構表麵的曲率（lǜ）和（hé）細菌（jun1）的曲率半徑大（dà）小決定了抗菌性能的（de）好壞。
糖心影视精（jīng）密（mì）轉發：光電匯OESHOW
圖3.左圖為：飛秒（miǎo）激光納米（mǐ）結構表麵的形貌：(a)V105s的拋光表麵；(b)V105s的納米粒（lì）子結構表麵；(c)V105的LIPSS；(d-g)Zr-BMGs的納米顆粒結構表麵；(h-k) Zr-BMG的LIPSS。右圖為：金黃（huáng）色葡萄球菌在(a)拋光表麵、(b)納米顆粒結（jié）構表麵和(c)LIPSS上的表麵接觸狀態。表麵細菌粘附（fù）狀態示意（yì）圖（d）在拋光表麵上，(e)在納米（mǐ）結構表麵上和(f)在LIPSS上。
綜上所述，金屬玻璃作（zuò）為一種新興的材料，相較於傳統金屬材料，金屬玻璃有著（zhe）眾多優勢，這也使得（dé）其在工業或醫療行業中（zhōng）有著（zhe）巨大的潛力，飛秒激光和納秒激（jī）光的出現讓金屬玻璃的應用更加（jiā）廣泛。
此外，作者團隊在理解上述研究的基礎上，也將更進（jìn）一步的對納（nà）秒激光和飛秒激光（guāng）加工金屬玻璃方向進行研（yán）究，提出（chū）更多二者相互作用的機製，並用模擬的方式進行體現（xiàn），為（wéi）該方向提供更多有力的機理解釋。除上述兩種（zhǒng）激光加工方式外，阿秒激（jī）光（guāng）作為脈衝時間更短的激光，在與金屬玻璃的作用中會產生哪些有趣的現象，目前（qián）還有待研究，相信這會（huì）對金屬玻璃的發展提供重要幫助。（如有侵權來電刪除！）
