飛秒激光直寫金屬微納結構優化光學和電學性質

　　近日，吉林大學孫洪波、張永來教授團隊對飛秒激光直寫金屬微納結構的多樣化制造方法和集成技術做了系統性的總結與評述，并對其豐富的功能應用進行了系統性的梳理和展望。

　　微納結構化金屬材料由于獨特的光學和電學性質，在超材料、電子器件、納光子器件、近場光學以及催化、儲能等諸多研究領域展示出了重要應用前景。研究者們提出了各種金屬微納結構的可控制備方法。例如，化學合成、自組裝、光刻、聚焦離子束加工、以及3D打印都成功用于金屬微納結構制備，各具優勢和特點。

　　然而，這些加工手段也同時存在一些不足，尤其三維金屬微納結構制備與集成，仍然是這些常規技術所面臨的最大挑戰。作為一項三維微納制造技術，飛秒激光直寫已經實現多種類材料三維微納結構的可控加工，并且顯示出了易于集成、無掩膜、任意形狀可設計、高分辨率、適用于非平面襯底等獨特優勢。飛秒激光直寫技術的快速發展極大地促進了功能金屬微納器件的制備和應用研究。

　　該篇論文從制造方法上詳細介紹和總結了雙光子誘導金屬離子還原、飛秒激光預制模板結合金屬填充/表面包覆復合技術、光動力金屬納米粒子自組裝以及激光誘導金屬納米粒子燒結等四種典型加工手段，并分析了各種方法的優缺點。同時，該文章還對飛秒激光直寫制備金屬微納結構在微電子、超材料、近場光學、微流體、微機械、以及傳感器等領域的應用進行了評述。文章末尾對當前金屬微納結構激光制備存在的問題也進行了深入的分析和展望。他們認為目前較高電導率的真三維實體金屬微納結構的激光加工仍然是一個領域難題。盡管飛秒激光預制模板再結合金屬填充包覆等技術能夠制造出三維微納結構，但在模板去除后，結構的變形甚至坍塌明顯。

　　此外，為避免較大的光學損耗或電導率降低，金屬微納結構表面粗糙度仍需進一步提高，目前飛秒激光直寫金屬結構的極限分辨率（約為120納米）與光刻技術相比，還有一定差距，需要不斷提高。這些問題是限制飛秒激光直寫金屬微納結構廣泛應用的因素。但其未來發展前景比較樂觀，將來隨著激光加工方案的完善和優化以及新穎的光化學、光物理策略的出現，上述難題都有望一一解決。

　　未來實現任意形貌、低表面粗糙度、以及高分辨率的金屬結構制造并不是遙不可及，該項技術的發展將大力推動光學和電學性質相關科學研究和實際應用。

　　相關綜述論文發表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700413)上，第一作者是馬卓晨博士，題為“Femtosecond-Laser Direct Writing of Metallic Micro/Nanostructures: From Fabrication Strategies to Future Applications”。