飞秒激光诱导的银微纳结构可编程混合增材/减材制造技术研究

为解决金属微纳结构制备中传统光刻技术复杂低效的问题，研究人员创新性地将飞秒激光多光子光还原（multiphoton photoreduction）与激光诱导化学刻蚀技术结合，开发出可编程银微纳结构的混合制造方法。该技术实现了78纳米线宽的银线制备，为微纳电子器件（MEMS）、超材料（metamaterials）和表面增强拉曼散射（SERS）基底等领域的精密制造提供了新方案。

　　

在微纳制造领域，金属结构的精密加工一直是制约功能器件发展的瓶颈。传统光刻技术虽然成熟，但面临工艺流程复杂、成本高昂且缺乏灵活性的困境。特别是在柔性电子、超材料和生物传感器等领域，对复杂三维金属微纳结构的需求日益增长，亟需开发新型制造技术。

曲阜师范大学（QFNU）的研究团队在《Materials Today Nano》发表的研究中，提出了一种革命性的解决方案——将飞秒激光多光子光还原（一种非线性光学加工技术）与激光诱导化学刻蚀相结合，实现了银微纳结构的可编程制造。这项技术不仅突破了衍射极限的限制，还通过"写-擦-改"的循环操作，为微电路的原位修正提供了可能。

关键技术方法包括：1）飞秒激光多光子还原银氨溶液制备纳米线；2）利用H₂O₂溶液进行激光诱导选择性刻蚀；3）通过能量密度调控实现78纳米线宽。研究使用场发射扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）进行表征。

【实验部分】通过优化激光参数（脉宽35 fs，中心波长800 nm）和溶液配方，实现了银线的高质量制备。NDSS表面活性剂的加入显著改善了银线的形貌规整度。

【机制研究】发现H₂O₂浓度与激光能量的协同作用是刻蚀效率的关键。当能量密度为0.15 nJ/μm²时，刻蚀速率达到最优，且不会损伤基底材料。

【结构制备】成功制造出线宽仅78纳米的银线，较传统方法提升38%。通过混合工艺制作的"QFNU"微字母和可修正光子结构，证明了技术的实用价值。

这项研究的突破性在于：首次实现了金属微纳结构的原位增材/减材制造，将加工精度推向新高度。相比电子束光刻等传统方法，该技术具有环境友好、操作简便和成本低廉的优势。特别是为微电路的原位修复提供了新思路，在柔性电子、超材料等领域展现出广阔应用前景。研究团队指出，该方法可拓展至金、铂等其他金属材料的加工，为下一代微纳器件的制造开辟了新途径。