近日，上海工程技術大學材料科學與工程（chéng）學（xué）院張培磊教授（shòu）領導的國際研究（jiū）團隊，在光學與（yǔ）激（jī）光領域著名期刊Optics & Laser Technology發表題為“Research status of femtosecond lasers and nanosecond lasers processing on bulk metallic glasses (BMGs)”的綜述論文（了解詳情點擊閱讀原文）。
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該論文結合作者團隊多年的經驗與成果，全麵回顧了飛（fēi）秒（miǎo）激光和納秒激光在金屬玻璃表麵的加工現狀，包括但不僅限於激光與材料相互作用機製、表（biǎo）麵微納結構的製（zhì）備、對於不同（tóng）材料性能的提升等。
近年來，激光加工對金屬玻璃進行表麵改性的研究工作越來（lái）越多，表明激光與金屬玻璃表麵的相互作（zuò）用（yòng）很有趣。短脈（mò）衝激（jī）光和超短脈衝激光加（jiā）工因其脈衝寬度窄、能量密度高、對材料作用（yòng）時（shí）間短而在該領域最（zuì）為突（tū）出。特別（bié）是飛秒激（jī）光器和（hé）納秒激光器為金（jīn）屬玻璃（BMGs）的（de）高（gāo）質量、高（gāo）效率和低損（sǔn）耗加（jiā）工提供了（le）巨大的可能性。
筆者在論文中（zhōng）綜述了這一特定研究領（lǐng）域（yù），介紹了金屬玻璃的性質和應用（yòng），飛秒激光器和納秒激光器（qì）的加工特性，並從微觀角度（dù）解釋了激光與金屬玻璃之間的複雜過程。此外，本文還分析（xī）了微納結（jié）構和宏觀形貌，並討論了微觀機理對結構（gòu）的影響。另一方麵，還討論了微納結構的性能，包括力學性能、光學性能（néng）、潤（rùn）濕性和生物相容性，這對金屬玻璃的表麵功（gōng）能化具（jù）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（de）高空（kōng）頻LIPSS與表麵上納米（mǐ）級粗糙度存在聯係。使用飛秒激光輻照兩種不同表麵結構的Zr基金屬（shǔ）玻璃表麵，如圖1所示，通（tōng）過分析單粒子和多粒子散射特征，提出了HSFL形成的情景，並解釋稱這種現象依（yī）賴於單個各向異性近場增強過程（chéng）以（yǐ）及入射場（chǎng）和（hé）粒（lì）子間（jiān）耦合驅（qū）動的（de）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，通過反饋機製驅動沿偏振方向的（de）各向（xiàng）異性結構的生長，並且討論了（le）局部反饋驅動效應和集體散射與HSFL拓（tuò）撲相關演化一致（zhì）的潛（qián）在情（qíng）況。並表明（míng）散（sàn）射和與入射場的相互作用有助於LSFL的（de）形成。
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圖（tú） 1.以F=0.38 J/cm2（a,b）和F=0.15 J/cm2（c,d）的線性偏振激光脈衝輻（fú）照（zhào）後（hòu）BMG（a,c）和CA（b,d）樣品表麵的掃描（miáo）電鏡圖像（xiàng）。插圖中顯示了CA形狀的放大（dà）區，以及（jí）BMG表麵（miàn）無定形和結晶相的EBSD結構評估。較高通量值（N=1,2,4）時使用的脈衝數較少，而較（jiào）低通量情況下使用的脈衝數較多（N=20,50,100）。(a)中的（de）插圖給出了在N=4時較高通量F=0.6 J/cm2的例（lì）子。LSFL表示通常垂直於（yú）激光偏振方向形成的LSFL波紋。(a,b)中給出了BMG和CA情況下N=4脈（mò）衝時LIPSS的（de）二維傅立葉變換（FT）表示法（fǎ），顯示了LSFL和HSFL的發（fā）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（jī）光器的激光能量密度，在Fe基金（jīn）屬玻璃上麵探究了納米（mǐ）圖案的形成（chéng），通過三種不（bú）同的激光能量密度：0.85 J/cm2、1.39 J/cm2、1.89 J/cm2，實驗表明隨著激光能（néng）量密度的增加，納米粒子的分（fèn）布是不同的。
對此，他們還對這種結（jié）構的形成及演化進行了討論(如圖2所示)，能量相對較（jiào）低時，納米粒子以離散（sàn）形式出現在照射區域；當將能量增加時，除熱影（yǐng）響區外，照射區域呈現出（chū）大麵積的網絡納米結構。這些（xiē）網絡納米結構並不總是完全（quán）封閉的，尤其是在輻照區域（yù）的中（zhōng）心（xīn）。隨著能（néng）量進一步增加，整（zhěng）個輻照區域具有熱影響區周圍的網絡納米結構和位於（yú）輻照區域中心的納米顆粒兩種結構。並且，隨著激光能量密（mì）度的增加，這種納米粒（lì）子的（de）數量不斷增多（duō），當數量過多時兩兩相互連接形成納米線，或者納米網格結構（gòu），納（nà）米顆粒可歸因於（yú）激光誘導的元素富集（即無（wú）定形（xíng）氧化鉺（ěr））及其與基材的潤濕性不匹配。此外，在反衝壓力和表麵形貌的共同影響下（xià），納（nà）米粒子（zǐ）的（de）擴散和連接會導致網絡納米結構的形成。這種納米顆粒（lì）和納米網格的應用十分（fèn）廣泛（fàn），如作為增強材料等。
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圖 2.左圖為：不同激光能量密度下激光照射（shè）後鐵基MG表麵的SEM形（xíng）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（kē）粒在Fe基金（jīn）屬玻璃基底上（shàng）的形成過程示意圖。
他們使（shǐ）用飛秒激（jī）光探索了納米結構對細菌粘附的影響，通過不（bú）同的激光參數在四（sì）個BMG表麵（miàn）上產生了（le）簇狀納米顆粒結構和不同的LIPSS結構，如（rú）圖3左（zuǒ）圖所示。測量BMG的表麵粗糙度、表麵接（jiē）觸角和表麵能時，發現拋光（guāng）表麵和LIPSS結構的表麵粗糙度和表麵能（néng）在團簇狀納米顆粒結構外較低，表現出良好的疏（shū）水（shuǐ）性。在細菌實驗中，通過熒光顯微鏡圖（tú）像對標本表麵的大腸杆菌和金黃色葡萄（táo）球菌進行（háng）實驗，發現當（dāng）BMG表麵疏（shū）水性較好時，抗菌能（néng）力也較好。此外，他們還從微觀和形態兩個角度解釋了細菌粘附，如（rú）圖3右圖所示。從微觀角度，自由細菌粘附過程中兩（liǎng）個表麵之間的能量用範德華力和庫侖力以及布朗運動來解釋（shì），從形態學角（jiǎo）度，納米結構表麵的（de）曲率和細菌的曲率半徑（jìng）大小決定了抗菌性能的好壞。
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圖3.左（zuǒ）圖為：飛秒激光納米結構表麵的形貌：(a)V105s的拋（pāo）光表（biǎo）麵；(b)V105s的納米粒子結構表麵；(c)V105的（de）LIPSS；(d-g)Zr-BMGs的納米顆（kē）粒結（jié）構表（biǎo）麵；(h-k) Zr-BMG的LIPSS。右（yòu）圖為：金黃色葡萄球菌在(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（zhān）附狀態示意圖（d）在拋光表麵上，(e)在納米結構表麵上和(f)在LIPSS上。
綜上所（suǒ）述（shù），金屬玻璃作為一（yī）種新興的材料，相較於（yú）傳統金屬（shǔ）材料，金屬玻璃有著眾多優勢，這也使得（dé）其在工業或醫療行業中有（yǒu）著巨大的潛力，飛秒激光和（hé）納（nà）秒激光的出現（xiàn）讓金屬玻（bō）璃的應用更（gèng）加廣泛。
此外，作者團隊在（zài）理解上（shàng）述研究的基礎上（shàng），也將更（gèng）進一步的對（duì）納秒（miǎo）激光和飛秒激光加工金（jīn）屬玻璃方向進行研究，提出更多二者相互作用的機製，並用（yòng）模擬的方式進行體現，為該方向提供更多有力的機理解釋。除上述（shù）兩種激光加工方式外，阿秒激光（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（nǎ）些有趣（qù）的現象，目前還有待研究，相信這（zhè）會對金（jīn）屬玻璃的發（fā）展提供重要幫助。（如有侵權來電刪（shān）除！）
