图3减阻结构 。 （a）鲨鱼皮 ， （b）鸟羽毛 ， （c）龙口鱼喙
2.3结构的颜色
万物呈现出独特的色彩 ， 构成了一个色彩世界 。 事实上 ， 它们中的一些是由色素着色的 ， 其他的是由它们的结构表面着色的 ， 这些结构表面通常被称为结构色 。 形态蝶的翅膀是一个典型的例子 ， 由于其光子微或纳米结构 ， 它呈现出金属的、彩虹色的、灿烂的蓝色(图4a) 。 由于光与二维(2D)或三维(3D)周期微观结构之间的干涉导致了衍射和散射 ， 因此即使没有色素 ， 无色材料也能显示出不同的颜色 。
图4 （a）形态蝴蝶的翅膀；（b）结构硅的激光加工；（c–f）不同激光通量下黑硅的形貌 。
3激光微纳结构加工技术
激光加工技术以其超精密、低损伤、低成本等优点逐渐应用于微纳结构的加工 。 脉冲激光的最大特点是可以在单个工艺中实现特定结构 ， 避免了其他复合加工技术带来的工艺之间的相互作用 。
随着脉冲持续时间的减小 ， 热影响减小 ， 烧蚀区域边缘更平滑 。 当脉冲持续时间为皮秒级或小于皮秒级时 ， 称为超快激光 。 使用超快激光可以有效地避免长脉冲和低强度激光引起的材料熔化和连续蒸发现象 ， 并大大提高加工质量 。 当脉冲持续时间大于电子-声子耦合弛豫时间（几皮秒）时 ， 称为热烧蚀 。 当脉冲持续时间小于电子-声子耦合弛豫时间时 ， 称为非平衡烧蚀 。 在非平衡热烧蚀的情况下 ， 因为脉冲持续时间小于晶格之间的传热时间 。 在传热发生之前 ， 处理完成 。 所以被称为“冷加工” 。
3.1激光诱导的周期性表面结构
激光诱导的周期性表面结构（LIPSS）首次在20世纪60年代观察到 ， Birnbaum在75°入射角下使用红宝石脉冲激光烧蚀锗时 ， 在加工区域观察到周期性断裂结构 。 这些结构是一系列平行凹槽 。 同时 ， Emmony等人在使用纳秒脉冲激光时也发现了一种周期为激光波长的断裂结构 。 随着研究的深入 ， 人们发现脉冲激光也可以在半导体、金属、玻璃和聚合物等材料上产生这种结构 。 常见的现象称为LIPSS 。
对于LIPS的形成机制 ， 有三种理论解释：散射辐射和腔辐射之间的干扰、激光与表面等离子体的干扰和自组织 。
3.2直接激光干涉图形
与单脉冲激光相比 ， 直接激光干涉图案化（DLIP）可以产生高质量、多样的亚波长纹理 ， 具有快速、大规模和高效率的优点 。 两个或多个激光束相干重叠 ， 通过激光干涉产生图案 ， 并诱导不同的能量分布 ， 从而改变入射到表面的激光强度分布 。 图5显示了典型双光束激光干涉系统的强度分布及其干涉图 。 通过改变数量和入射角 ， 可以获得不同的周期和图案结构 。
图5（a）典型的双光束激光干涉装置；（b）及其干涉图样 。
Bieda等人使用纳秒双光束激光烧蚀不锈钢、钛和铝上的线状周期结构 ， 研究了不同材料的激光干涉诱导的温度分布和温度梯度 。 Lasagni等人利用两束和三束激光干涉制作了线和点型周期图案 ， 这被认为是由热梯度引起的表面张力驱动机制引起的 。 Voisiatet等人用四束激光干涉在薄膜表面产生孔阵列图案 ， 并研究了不同相移和能量对图案的影响 。 Rodriguezet等人模拟了不同激光束下的图案 ， 结果与上面讨论的结构非常一致 ， 如图6所示 。
图6不同激光束干涉图样的模拟 。
激光干涉引起的能量分布不均匀可以大大提高阵列图形的处理效率 。 Hauschwitzet等使用四束激光在50毫秒内用LSFL制作了1520个光斑 ， 在5毫秒内用HSFL制作了1016个光斑 。 与单束方法相比 ， 生产率显著提高 。 通过调整干涉面和焦平面之间的距离 ， 可以实现大吞吐量 。 如图7所示 ， 干涉面越高 ， 焦平面面积越大 ， 这为大规模高效制造微/纳米结构提供了新方法 。
图7干涉和焦平面之间存在明显偏差的设置 ， 以及由该设置制作的不锈钢样品上的椭圆光斑形状 。
3.3层次结构
LIPSS是单尺度结构 ， 其性质是有限的 。 因此 ， 许多生物的表面具有不同尺度的结构 ， 这些结构共同发挥着多方面的作用 。 通过层次结构拓宽了结构颜色的接收角度 。 分层结构的产生很复杂 ， 而使用脉冲激光可以大大简化过程 。 不同脉冲宽度的激光可以实现不同尺度的微结构 ， 从而产生多尺度的层次结构 。
结合脉冲激光和其他加工方法 ， 可以实现更复杂和多功能的多尺度分层加工 。 Pan等人将超快激光烧蚀和化学氧化相结合 ， 产生了一个三尺度层次结构表面 ， 表面覆盖着周期性的锥形阵列 ， 圆锥体上是纳米草和微花 ， 如图8所示 。 表面具有超疏水性 ， 同时具有优良的防冰性和防冰性能 。
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