清華大學(xué)材料學(xué)院激光材料加工研究中心鐘敏霖教授團隊在金屬氧化物納米線的制備及其功能化研究方面取得進展，首次提出了一種原創(chuàng)性的金屬氧化物納米線多尺度圖案化結(jié)構(gòu)的超快激光微納加工復(fù)合化學(xué)生長制備新方法（已申請發(fā)明專利）。通過超快激光處理Cu表面，在Cu表面形成特定的微納米結(jié)構(gòu)，作為氧化物納米線生長的前軀體；再通過熱氧化處理，在微納米結(jié)構(gòu)表面原位生出氧化銅納米線結(jié)構(gòu)。納米線直徑約為100nm，長度可達(dá)幾十微米，納米線垂直于前軀體微納結(jié)構(gòu)的外輪廓，呈輻射狀密集排布于其外表面。宏觀尺度Cu基體，激光所制備Cu微納米結(jié)構(gòu)，以及氧化銅納米線，共同構(gòu)建成為一種獨特的“宏-微納-納米線”多尺度多級復(fù)合結(jié)構(gòu)體系，在16～17μm波長處所測總反射率低至0.6%，在14～18μm波長處所測總反射率不超過3%，在5～25μm波長范圍內(nèi)所測平均總反射率約為10%，并且在0～60°入射角度范圍內(nèi)，所測反射光譜均未見明顯變化，具有優(yōu)異的紅外寬光譜及寬角譜抗反射性能。該成果的研究論文近期在線發(fā)表于納米領(lǐng)域著名學(xué)術(shù)期刊Nano Letters（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b02141（影響因子13.592）上。

在眾多納米材料和納米結(jié)構(gòu)體系中，金屬氧化物一維納米結(jié)構(gòu)因具有獨特的半導(dǎo)體特性、優(yōu)異的催化活性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，而成為極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的一個方向。目前，如何實現(xiàn)金屬氧化物納米線的大面積平行生長及圖案化制備，在對納米線的生長過程進行有效調(diào)控的同時，自然完成其空間圖案化分布和器件化組裝，從而達(dá)到金屬氧化物納米線結(jié)構(gòu)功能一體化制造的目的，仍是國際性難題。

   
激光材料加工研究中心所提出的超快激光微納加工復(fù)合化學(xué)生長制備新方法，結(jié)合了“自上而下”的超快激光金屬表面微納結(jié)構(gòu)制造方法與“自下而上”的熱氧化納米線化學(xué)生長方法的優(yōu)勢。常規(guī)化學(xué)合成及生長方法，主要通過調(diào)控化學(xué)合成及生長過程本身的工藝條件及工藝參數(shù)，實現(xiàn)對目標(biāo)結(jié)構(gòu)的控制。本研究發(fā)現(xiàn)，氧化物納米線傾向于在具有微納前軀體結(jié)構(gòu)的區(qū)域生長，并且微納米結(jié)構(gòu)的形式與尺寸不同，所形成氧化物的形態(tài)和尺度會有明顯變化?；诖?，該團隊提出通過調(diào)控金屬表面微納米前驅(qū)體結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)對氧化物納米線的生長過程和形態(tài)尺度的調(diào)控的技術(shù)路徑。通過先期進行的前軀體設(shè)計，可在后續(xù)熱氧化過程中，實現(xiàn)氧化物納米線在金屬基體表面設(shè)定圖案化區(qū)域，以一定的尺度特征一次性大面積平行生長，形成獨特的“宏-微納-納米線”多維多級互聯(lián)空間結(jié)構(gòu)體系。前軀體結(jié)構(gòu)的存在對氧化物納米線具有支撐、釘扎和保護作用，避免了傳統(tǒng)熱氧化過程中面臨的剝落、開裂等問題。基于此技術(shù)路徑，有望發(fā)展出一種金屬表面微納米結(jié)構(gòu)與金屬氧化物納米線原位生長、同步功能化組裝、及多維多級空間互聯(lián)的新方法，實現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)金屬特性與氧化物納米線半導(dǎo)體特性的有機融合，推動金屬微納米結(jié)構(gòu)以及金屬氧化物納米線在光電功能器件以及新能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，針對Ti、Zn、W等金屬及其氧化物材料體系以及光吸收、光催化等其他性能的研究工作也正在進行中。

圖1.超快激光復(fù)合制備宏-微納-納米線技術(shù)路線

圖2超快激光復(fù)合制備宏-微納-納米線

圖3. 宏-微納-納米線結(jié)構(gòu)優(yōu)異的紅外抗反性能（圖中綠色線和粉紅色線是兩種宏-微納-納米線的紅外抗反性能，粉紅線是優(yōu)化后的結(jié)果）