淺談激光燒蝕技術的應用及研究進展

宮琳琳 李爽

摘 要：隨著激光技術的發展，當今社會激光燒蝕技術越來越受到了人們的關注。本文主要介紹了幾種激光燒蝕技術的不同應用，以及對激光燒蝕技術的進展做了簡單的研究。

關鍵詞：燒蝕 等離子體 聚合物

中圖分類號：O657.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0019-01

激光燒蝕技術是通過飛秒-納秒量級的脈沖激光來將材料表面燒蝕，已經被廣泛應用于微加工、外科手術、X射線激光、生物分子質譜以及一些藝術品修復/清潔等領域；對激光燒蝕產生的等離子體的光學/光譜診斷是研究等離子體動力學的主要方法之一。

1 激光燒蝕技術的應用

1.1 激光燒蝕光譜（LAS、LIBS）技術的應用

近年來光譜領域發展迅速，其中激光燒蝕光譜技術是其中一種比較嶄新的分析手段。該技術主要是通過聚焦強激光束激發樣品靶面，產生高溫等離子體，通過測定等離子體冷卻過程中發射光譜的波長與強度來進行定量分析、元素定性。激光燒蝕光譜技術雖然對于痕量元素的分析能力不足，但是該技術并不需要對樣品進行繁瑣的化學處理，具有破壞性小，具有快速、實時、可遠程監測等特點，被廣泛應用于地質、冶金、核工業、材料、燃料能源、生物醫藥等領域；電感耦合等離子體質譜（ICP2MS）

分析技術是一種公認的高靈敏度、強有力的、多元素及同位素分析技術。

1.2 激光燒蝕技術在微納米材料制備中的應用

激光與靶材相互作用后，周圍的物理空間便可粗略的分為高溫高壓等離子體聚集區、液相區和固相區三個區域，如圖1所示。等離子體聚集區是由離子、電子以及未電離的中性粒子集合組成，整體呈現電中性，該區域對激光能量的傳輸障礙比較小。液相區是靠近等離子聚集區的熔融層，材料處于液態或固-液共存態。靠近液相區的是固相區，該區域雖然也吸收了激光能量，能使溫度升高，但是能量強度不足以使該層進行熔化。基于激光燒蝕技術制備的各類材料的生長過程，如一維納米線和零維納米顆粒、二維薄膜等，幾乎都是通過應用高溫高壓等離子體的成核、生長所完成。因此，激光燒蝕產生的高溫高壓等離子體在激光燒蝕技術制備微納米材料中起著重要的作用。

激光燒蝕技術在微納米材料制備過程中所表現出來的優點主要體現在以下幾個方面：（1）可瞬間提供超高溫、超高壓等極端環境，有利于特殊納米結構的形成；（2）反應器壁不參與整個反應，因此對產物無污染，保證了產物的純度；（3）操作可控性好、便利、易于排除雜質；（4）激光能量可以高度集中，反應區與周圍環境之間的溫度梯度比較大，有利于成核粒子的快速凝結；（5）反應室與激光器相互分離，產物不會對激光造成污染。（見圖1）

1.3 激光燒燭技術在改變材料表面的性能與制備納米結構和團族中的應用

高功率的脈沖激光束在材料表面的匯聚可以在瞬間產生非常高的溫度，可對材料表面的性能進行修改，比如進行表面修飾、切割、打孔等，特別是隨著激光器性能的不斷提高，激光用于材料加工受到了國內外研究人員的極大關注。近年來，采用激光燒燭技術制備微納米結構與團族隨著納米科學與技術的興起，成為新材料研究領域的一個非常重要的發展方向，高功率脈沖激光燒燭技術具備超快速的光與物質相互作用的特性，并且其不會引入其他的化學雜質，所以在合成制備微納米材料的領域具有著顯著的優勢。

1.4 激光燒蝕聚合物技術的應用

激光燒蝕聚合物技術在微電子學器件的圖形加工和醫學的顯微外科中有著極其廣闊的應用前景。

（1）應用于徽電子學。

通過使用著大量的聚合物或主要由聚合物構成的有機材料可以制備集成電路和徽電子學器件。激光燒蝕聚合物能直接進行圖形制作，省去了以往比較繁雜的圖形制備工藝。例如，圖形加工過程中的各種光致抗腐蝕劑，可以作為大規模集成電路的鈍化膜、絕緣層、封裝材料，多層布線工藝的平坦化介質及其多片封裝中的電介質材料。

（2）應用于激光外科。

激光顯微外科以激光對生物組織燒蝕去除為基礎，具有良好的應用前景。激光束作為一種良好的手術刀，由于他們可以很好的吸收光子，特別是用紫外激光燒蝕可以切割某些組織，高的激光能量可以通過一種成為分子光致離解的非熱過程來斷裂組織的分子鍵，而不會殘留燒傷現象。雖然激光顯微外科現在還在研究中，還存在很多問題，但是已經引起了人們的廣泛注意。

2 激光燒蝕技術的進一步研究

激光燒蝕技術根據材料的制備環境，可以分為氣相燒蝕和液相燒蝕。液相燒蝕技術和氣相燒蝕技術在激光與物質的相互作用機理上是類似的，唯一不同的是激光與材料相互作用時所處的反應環境。在氣相燒蝕技術中，主要利用激光燒蝕技術來制備微納米顆粒、微納米線和薄膜、納米管、納米壁等，還可對相同或不同的多種材料進行激光加工或焊接。在液相中激光燒蝕主要用來對材料的表面進行改造，或進行微納米顆粒的制備。

3 結語

激光燒蝕技術是一門綜合固體物理、生物學、微束技術、激光化學等學科的交叉科學，激光燒蝕技術現在發展迅速，與干擾少、靈敏度高的ICP-MS聯用，具有更好的性能，稱為一種新的技術。作為一種適用于多種類型固體樣品的引入方法，開拓了質譜分析技術的新領域。因此，更好的發展這門技術還需要對其進行很好的研究探討。

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