近日，上海工程技術大學材料科（kē）學與工程學（xué）院張培磊教授領導的國（guó）際研究團隊，在光學與（yǔ）激光領域著名期刊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（xiáng）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，全麵回顧了飛秒激光和納秒激光在金屬玻璃表麵的加工現狀，包（bāo）括但不僅限於（yú）激光與材料相（xiàng）互（hù）作用機製、表麵微納（nà）結構的製備、對（duì）於不同材（cái）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越多，表明激光與金屬玻璃表麵的（de）相互作用很有趣。短脈（mò）衝激光和超短脈衝激（jī）光加工因其脈衝寬度窄、能量密度高、對材料作用時間短而在（zài）該領域最為突出。特別是飛（fēi）秒激光器和納秒激光器為金屬玻璃（BMGs）的高質量、高效率（lǜ）和低損耗加工提供了巨大的可能性。
筆者在論文中綜述了這一特（tè）定研究領域，介紹了金屬（shǔ）玻璃的性質和應用，飛秒（miǎo）激光器和納秒激光器的加工特（tè）性，並從（cóng）微觀角度解釋了激光與（yǔ）金屬玻（bō）璃之間的複雜過（guò）程（chéng）。此外，本文還分析了微納結構和宏觀形貌，並（bìng）討論了微觀機理對結構（gòu）的影（yǐng）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、潤濕性和生（shēng）物相容性（xìng），這對金（jīn）屬玻璃的表麵（miàn）功（gōng）能化具有重要意義。
作者（zhě）團隊（duì）通過實驗和模擬發現激（jī）光偏振方向的（de）高空頻LIPSS與表麵上（shàng）納米級粗（cū）糙度（dù）存在聯係。使用飛秒激光輻照兩種不（bú）同表麵結構的Zr基金屬玻璃表麵，如圖1所示，通過分析單粒子和（hé）多粒子散射特征，提出了HSFL形（xíng）成的情景，並解釋稱這種現象依（yī）賴於（yú）單個（gè）各向異性近場增強過程以及入射（shè）場和粒子間（jiān）耦合驅動的集體混（hún）合散射和幹涉效應。近場增強（qiáng）對於200-400 nm範圍（wéi）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各向異性結構（gòu）的生長，並且討論了局部反饋驅動效應和集體散射與HSFL拓撲相關演化一致的潛在情況。並表明散射和與入射（shè）場的相互作用有助於LSFL的形成。
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圖 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照後BMG（a,c）和CA（b,d）樣品表麵的掃描電鏡圖像。插圖中顯（xiǎn）示了CA形狀的放大區，以及BMG表麵無定形和結（jié）晶相的EBSD結構評估。較（jiào）高通量值（N=1,2,4）時使用的脈衝數較（jiào）少，而較低通量情況下使用的脈衝數（shù）較多（N=20,50,100）。(a)中的插圖給出了在（zài）N=4時較高通量F=0.6 J/cm2的例子。LSFL表示通常垂直於激光偏振方向形成的LSFL波紋。(a,b)中給（gěi）出了BMG和CA情況（kuàng）下N=4脈衝時LIPSS的（de）二維傅立葉（yè）變換（FT）表示法，顯示了LSFL和HSFL的發展及其在空間-頻率空間（K空間）中的特定空間周期性。
通過改（gǎi）變納秒激光器的激光能量密度，在Fe基金屬玻璃上（shàng）麵探究了納米（mǐ）圖案的形成，通過三種不同的激光能量（liàng）密度：0.85 J/cm2、1.39 J/cm2、1.89 J/cm2，實驗表明隨（suí）著激光能量密度的增加，納米粒子的分布（bù）是不（bú）同的。
對此，他們還對這種結構的形成及演化（huà）進行了討論(如圖2所示)，能量相對較低時，納米粒子以（yǐ）離散形式出現（xiàn）在照射區域；當將能量增（zēng）加時，除熱影響區外，照射區域呈現出大麵積的網絡納米結構。這（zhè）些網絡納米結構並（bìng）不總（zǒng）是完全封閉的（de），尤其是在輻照區域的中心。隨著能量進（jìn）一步（bù）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輻照區域中心的納米（mǐ）顆粒兩種結構。並且，隨著激光能量密度的增加，這種（zhǒng）納米粒子（zǐ）的數量不斷增多，當數量過多時兩兩相互連接形成納米線（xiàn），或者納米網格結構，納米顆粒可歸因於（yú）激光誘導的元素富集（即無定形（xíng）氧化（huà）鉺）及其與基材的潤濕性不匹配。此外，在反衝（chōng）壓力和表麵形貌的共同影（yǐng）響（xiǎng）下，納米（mǐ）粒子的擴散和連接（jiē）會導致網絡納米結構（gòu）的形成。這種納米顆粒和納米網格的應用十分廣泛，如（rú）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後鐵基（jī）MG表麵的SEM形貌：(a、b)0.85 J/cm2、(c、d)1.39 J/cm2和(e、f)1.89 J/cm2；右圖為：納米顆粒在Fe基金屬玻璃基底上的形成過程示意圖。
他們使用飛秒激（jī）光探索了納米結（jié）構對細（xì）菌粘附的影響，通過不同（tóng）的激光參數在四個BMG表麵（miàn）上產（chǎn）生了簇狀納米顆粒結構和不同的LIPSS結構，如圖3左圖（tú）所（suǒ）示。測量BMG的表（biǎo）麵粗糙度、表麵接觸角和表麵能時，發現拋光表麵和LIPSS結構的表麵粗（cū）糙度和表麵能在團簇狀納米（mǐ）顆粒結構外較低，表現出（chū）良好的疏水性。在細菌實驗中，通過（guò）熒光顯微鏡圖像（xiàng）對標本表麵的大腸（cháng）杆菌和金黃色葡萄（táo）球（qiú）菌進行實驗，發現（xiàn）當BMG表麵（miàn）疏水性較好時，抗菌能力（lì）也較好。此外，他們還從微（wēi）觀和形（xíng）態兩個（gè）角度解（jiě）釋了細菌粘附（fù），如圖3右圖所示（shì）。從微（wēi）觀角度，自由細菌（jun1）粘附過程中兩個表麵之間的能量用範德華（huá）力和庫（kù）侖力以及（jí）布朗運動來解釋，從（cóng）形態學角度，納米結構表（biǎo）麵的曲率和細菌的曲率半徑大小決定了抗菌性能的好壞。
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圖（tú）3.左圖為：飛秒激光納米結構表麵的（de）形貌：(a)V105s的拋光表（biǎo）麵；(b)V105s的納米（mǐ）粒子結（jié）構表麵；(c)V105的LIPSS；(d-g)Zr-BMGs的納米（mǐ）顆粒結構表（biǎo）麵；(h-k) Zr-BMG的LIPSS。右圖為：金黃色葡萄球（qiú）菌在(a)拋光表（biǎo）麵、(b)納（nà）米顆粒結構表麵和(c)LIPSS上的表麵（miàn）接觸狀態。表麵細菌粘附狀態示意圖（d）在拋光表（biǎo）麵上，(e)在納米結（jié）構表麵上和(f)在LIPSS上。
綜上所述，金屬玻璃作為一種（zhǒng）新興的材料，相較於傳統金屬材料，金屬玻璃有（yǒu）著眾（zhòng）多優勢，這也使得其在工業或醫療行業中有著巨大的（de）潛力，飛秒激光和納秒激光的出現讓金屬玻璃的應用更加廣泛。
此外，作者團隊在理解上述研究的基礎上，也將更進一步的對納秒激光和飛秒激光（guāng）加工金屬玻璃方向進行研究，提（tí）出更（gèng）多（duō）二者相互作用的機製，並用模擬的方式進行體現，為該方向提供更多有力的機理解釋。除上述兩種激光加工方式外，阿秒激光作為（wéi）脈衝時間更短的激光，在與金屬玻（bō）璃的作用中（zhōng）會產生哪些有趣的現象，目前還有待研究，相（xiàng）信這會對金屬玻璃的發展提供重要幫助（zhù）。（如有（yǒu）侵權來電刪除！）
