飞秒激光辅助局部电化学沉积：实现高效微纳制造与力学性能强化的创新策略

【编辑推荐】本研究提出飞秒激光辅助局部电化学沉积（FsLA-LECD）技术，通过激光-电沉积微区耦合调控传质、成核动力学及晶粒生长，实现15.47 μm3/s的沉积速率（提升3倍）和1.08 GPa的铜纳米孪晶结构屈服强度，为高性能微纳制造提供突破性解决方案。

　　

亮点

飞秒激光辅助局部电化学沉积（FsLA-LECD）技术通过激光能量精准调控电沉积过程，突破传统扩散控制机制限制，实现效率与性能的协同提升。

材料

采用0.5 mol/L CuSO₄溶液为电解液，铜镀层硅片（0.5 mm厚）作基底，经钛/铜双层镀膜（15 nm/100 nm）和丙酮超声清洗预处理。

FsLA-LECD作用机制

传统LECD技术受电化学极化和浓度极化制约，而飞秒激光通过以下途径实现突破：

1. 1.

   马兰戈尼效应：激光诱导微区电解液流动，加速传质，沉积电流密度提升3倍；

2. 2.

   阶梯式电流放大：脉冲激光调控沉积速率，实现纳米孪晶结构自组装；

3. 3.

   晶粒演化调控：激光能量抑制枝晶生长，促进致密纳米结构形成。

飞秒激光增强结构形成

点-面-体演化机制：

1. 1.

   初始阶段：激光聚焦引发局部成核，形成高密度晶核；

2. 2.

   垂直生长：择优取向晶粒在激光调控下定向生长；

3. 3.

   三维成型：通过参数调控可制备竹节状、沙漏形等复杂异形结构。

讨论

FsLA-LECD的核心优势在于飞秒激光的时空精准控制：

• •

  时间维度：超短脉冲（10^-15秒级）避免热累积；

• •

  空间维度：微米级光斑实现局部反应区能量精准投递。该技术为心血管支架、微创手术器械等医疗微型器件的高性能制造开辟新途径。

结论

1. 1.

   激光通过增强传质、调控成核、诱导纳米孪晶三重机制协同增效；

2. 2.

   实现15.47 μm³/s的超快沉积与1.08 GPa级力学性能；

3. 3.

   为生物相容性金属植入物等医疗应用提供新工艺范式。