**摘自《高能束处理技术与应用》。
印度马德拉斯理工学院的研究人员在国际期刊《光学与激光技术》上发表了一篇文章：Near-Infrared FemtoSecond Laser Direct Writing of Microchannel and Controlled Surface Wettability。
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**阅读指南
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是最有前途的微流控材料之一，因为它具有光学透明度、化学惰性和低成本制造方法的固有特性。 PMMA属于一类热塑性高分子材料，已广泛应用于DNA分析、毛细管电泳、微反应器的微流控组分等领域。 最近，激光直写已成为制造微流体部件最有前途的技术之一，因为激光源种类繁多，加工步骤简单，并且没有与物理工具相关的问题，例如工具破碎和振动。
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概述
飞秒激光在聚甲基丙烯酸甲酯微通道制备中的应用已在许多文献中得到证实和报道，以及通过诱导化学官能团变化来改变润湿性的研究。 然而，关于飞秒激光在不进行显着化学改性的情况下改善表面润湿性的研究尚未报道。 本文利用焦光束直径以下产生的表面形貌，通过调整亲水态和疏水态的润湿行为，报道了飞秒掺镱光纤在近红外波长（1030 nm）范围内的消融。 第一部分重点介绍近红外飞秒激光烧蚀技术，以获得焦点直径以下的微腔和微通道。 后一部分涉及激光表面改性以获得亲水性和疏水性表面。 在激光能量为 40 J 时，最大水接触角为 129在05°时，脉冲激光的重叠率为96%，获得了高度的疏水性。 使用40 j的激光脉冲能量和0%的脉冲重叠，也可以实现56最小水接触角为35°。 报告的工作避免了对表面进行化学改性以控制润湿性。
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解析
图1（a）实验装置示意图，（b）微通道直接激光写入的脉冲重叠策略，以及（c）激光光栅扫描的润湿性和表面化学表征。
图 2 显示了在 12 J 激光能量下记录的单脉冲激光烧蚀腔的 3D 剖面和 2D 线扫描。 可以看出，对于单脉冲（图3b）和1000脉冲照射（图3d），激光诱导的校正直径分别约为4%4 m 和 43 m。
图2使用 12 J 能量的消融部位的 3D 图像，具有 AFM 和非接触式轮廓，使用单脉冲和 1000 脉冲照射和线扫描轮廓。
图3激光照射的不同环形区域的示意图。
从图4中可以看出，烧蚀直径随着激光脉冲数（沿行）和激光能量（沿行）的增加而增加。 此外，可以观察到消融被可见的白色表面修饰区域包围。 该区域是缺陷积累的标志，最终被更多的后续激光脉冲消融。 图 4 中明显缺陷的白色周边堆积区域在 24 J 的高能量下比 16 J 的低能量要小。
图4激光能量为 16 J 和 24 J 的消融部位的 SEM 图像，使用 50 脉冲脉冲照射。
图 5 显示了激光处理微通道的微观俯视图和非接触式轮廓仪 3D 图像，扫描速度为 40 J，扫描速度为 30 J，扫描速度为 30 mm。 从 3D 轮廓图中可以看出，微通道的深度与色标的深度为 484μm。
图5（a） 显微俯视图和 （b） 非接触式轮廓仪记录的激光直写微通道的 3D 图像，激光能量为 40 J，激光扫描次数为 30 次，扫描速度为 1 mm s。
从图6中宽度标签的测量中可以清楚地看出，尽管微通道宽度增加（沿色谱柱），但随着激光扫描次数的增加，微通道宽度表现出更大的均匀性和一致性。 此外，随着扫描次数的增加，微通道侧壁显示出更好的平滑度。 从图6中也可以观察到，随着扫描速度从1 mm s增加到5 mm s（沿线），通道宽度减小。 然而，沿通道的长度存在部分烧蚀的不规则微纳米结构。 这是因为激光器没有足够的时间与PMMA材料相互作用并烧蚀其路径中的完整材料。
图6在5000倍放大倍率下，在40 J能量下，在不同的激光扫描和速度下制备的微通道的SEM图像。
图7在40 J的激光能量下，不同脉冲重叠（a）19%（b%c）、70%和（d）96%重叠的图案表面的显微图像。
从图8中可以明显看出，激光扫描样品的润湿性表现出润湿性的变化，包括低亲水性和高疏水性。 未经处理的母体样品的水接触角为7467，表示它是亲水的。 在激光照射下，地表水接触角范围为 56约35的最小接触角变为12905 高接触角。
图8具有重叠脉冲的水接触角以及具有不同脉冲的 10 和 40 J 的激光能量。
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总结
在本文中，对微观特征（包括低于焦径的微腔和微通道）进行了激光制造。 本研究成功地证明了近红外飞秒激光在获得润湿和非润湿表面方面的应用，表面化学变化可以忽略不计。 通过实验研究获得不同的润湿性行为，了解激光加工PMMA样品的烧蚀阈值、腰围直径、形貌、表面化学和润湿性。 这项研究开辟了激光系统在焦点下加工组件的能力，而不会产生具有较小焦距尺寸的额外短焦距镜头的成本。 此外，这项工作的额外优点是传统的化学处理技术，需要多个步骤才能获得不同的润湿性状态。
基于这项工作，可以得出以下结论。
1.焦径 光束腰部以下微通道的宽度可以直接用飞秒激光写入。 在这项工作中，在 30 J、5 mm s 的激光能量和单次激光扫描下制备了最小宽度为 13 m 的微通道。
2.在近红外波长下对PMMA进行飞秒激光照射不会产生任何显着的表面化学变化。 因此，参与激光加工PMMA表面润湿性行为的表面化学成分可以忽略不计。 然而，它可以通过引入不同的纹理表面来产生不同的润湿性行为。
3.该研究能够改变具有高度疏水特性的表面，因为以 96% 的脉冲激光重叠率和 40 J 的激光能量记录了 129 个表面05 最大接触点。
4.飞秒激光照射样品能够表现出亲水性表面。 使用 0% 激光脉冲重叠和 40 J 的能量，最小接触角为 5635◦。本研究可作为PMMA表面改性的指南，以使用在红外波长下工作的飞秒激光器获得疏水性和亲水性表面。
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*链接：转弯线---
飞秒激光直写设备
上海金雷光电研发的飞秒激光微纳加工系统，集成度高，体积小; 采用轻质高强度工业级铝材作为主体结构，保证了系统的稳定性，运输安装更加方便。 光路配有辅助模块，这也简化了光路的调整，使系统的光路设置更加容易。 系统配备集成软件，操作简单，可实时观察整个加工过程。 可根据不同的应用需求进行定制，完美匹配用户的不同应用需求，达到理想的加工效果。 不同类型的设备可应用于光纤光栅的制备、光波导、光学表面改性、周期性微纳结构、微孔加工等。 该设备的精度可以满足大多数用户在微纳米结构加工制造方面的探索：如微流控芯片、光栅、微透镜、柔性传感器、精密切割、材料表面处理等。