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 清華大學材料學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性的金屬氧化物納米線多尺度圖案化結構的超快激光微納加工復合化學生長制備新方法（已申請發明專利）。通過超快激光處理Cu表面，在Cu表面形成特定的微納米結構，作為氧化物納米線生長的前軀體；再通過熱氧化處理，在微納米結構表面原位生出氧化銅納米線結構。納米線直徑約為100nm，長度可達幾十微米，納米線垂直于前軀體微納結構的外輪廓，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微納米結構，以及氧化銅納米線，共同構建成為一種獨特的“宏-微納-納米線”多尺度多級復合結構體系，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波長范圍內所測平均總反射率約為10%，并且在0～60°入射角度范圍內，所測反射光譜均未見明顯變化，具有優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表于納米領域著名學術期刊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構體系中，金屬氧化物一維納米結構因具有獨特的半導體特性、優異的催化活性以及良好的化學穩定性，而成為極具發展潛力和應用前景的一個方向。目前，如何實現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，從而達到金屬氧化物納米線結構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合化學生長制備新方法，結合了“自上而下”的超快激光金屬表面微納結構制造方法與“自下而上”的熱氧化納米線化學生長方法的優勢。常規化學合成及生長方法，主要通過調控化學合成及生長過程本身的工藝條件及工藝參數，實現對目標結構的控制。本研究發現，氧化物納米線傾向于在具有微納前軀體結構的區域生長，并且微納米結構的形式與尺寸不同，所形成氧化物的形態和尺度會有明顯變化。基于此，該團隊提出通過調控金屬表面微納米前驅體結構特征，實現對氧化物納米線的生長過程和形態尺度的調控的技術路徑。通過先期進行的前軀體設計，可在后續熱氧化過程中，實現氧化物納米線在金屬基體表面設定圖案化區域，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”多維多級互聯空間結構體系。前軀體結構的存在對氧化物納米線具有支撐、釘扎和保護作用，避免了傳統熱氧化過程中面臨的剝落、開裂等問題。基于此技術路徑，有望發展出一種金屬表面微納米結構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的新方法，實現微納米結構金屬特性與氧化物納米線半導體特性的有機融合，推動金屬微納米結構以及金屬氧化物納米線在光電功能器件以及新能源領域中的應用。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.超快激光復合制備宏-微納-納米線技術路線

圖2超快激光復合制備宏-微納-納米線

圖3. 宏-微納-納米線結構優異的紅外抗反性能（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，粉紅線是優化后的結果）