液相激光烧蚀(LAL)
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展摘要：随着激光技术的发展,当今社会激光烧蚀技术越来越受到了人们的关注。
本文主要介绍了几种激光烧蚀技术的不同应用,以及对激光烧蚀技术的进展做了简单的研究。
关键词：烧蚀等离子体聚合物激光烧蚀技术是通过飞秒-纳秒量级的脉冲激光来将材料表面烧蚀，已经被广泛应用于微加工、外科手术、X射线激光、生物分子质谱以及一些艺术品修复/清洁等领域；对激光烧蚀产生的等离子体的光学/光谱诊断是研究等离子体动力学的主要方法之一。
1 激光烧蚀技术的应用1.1 激光烧蚀光谱(LAS、LIBS)技术的应用近年来光谱领域发展迅速，其中激光烧蚀光谱技术是其中一种比较崭新的分析手段。
该技术主要是通过聚焦强激光束激发样品靶面，产生高温等离子体，通过测定等离子体冷却过程中发射光谱的波长与强度来进行定量分析、元素定性。
激光烧蚀光谱技术虽然对于痕量元素的分析能力不足，但是该技术并不需要对样品进行繁琐的化学处理，具有破坏性小，具有快速、实时、可远程监测等特点，被广泛应用于地质、冶金、核工业、材料、燃料能源、生物医药等领域；电感耦合等离子体质谱(ICP2MS)分析技术是一种公认的高灵敏度、强有力的、多元素及同位素分析技术。
1.2 激光烧蚀技术在微纳米材料制备中的应用激光与靶材相互作用后，周围的物理空间便可粗略的分为高温高压等离子体聚集区、液相区和固相区三个区域，如图1所示。
等离子体聚集区是由离子、电子以及未电离的中性粒子集合组成，整体呈现电中性，该区域对激光能量的传输障碍比较小。
液相区是靠近等离子聚集区的熔融层，材料处于液态或固-液共存态。
靠近液相区的是固相区，该区域虽然也吸收了激光能量，能使温度升高，但是能量强度不足以使该层进行熔化。
基于激光烧蚀技术制备的各类材料的生长过程，如一维纳米线和零维纳米颗粒、二维薄膜等，几乎都是通过应用高温高压等离子体的成核、生长所完成。
因此，激光烧蚀产生的高温高压等离子体在激光烧蚀技术制备微纳米材料中起着重要的作用。
液相下激光烧蚀快速制备图案化铜微纳结构
第 31 卷第 15 期2023 年 8 月Vol.31 No.15Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering液相下激光烧蚀快速制备图案化铜微纳结构于苗苗1，翁占坤1，2*，王冠群1，郭川川1，胡俊廷1，王作斌1（1.长春理工大学国家纳米操纵与制造国际联合研究中心，吉林长春 130022；2.佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东佛山 528225）摘要：为了实现大面积图案化铜微纳结构的制备，基于液相下激光烧蚀技术，以硅片为衬底，将其浸没在含有Cu2O微米粒子的乙醇溶液中，采用纳秒脉冲激光进行加工。
研究了激光功率、扫描速度和扫描次数对铜微纳结构的影响，分析了图案化铜微纳结构的形成机制，并研究了图案化铜微纳结构的浸润特性。
扫描电子显微镜结果表明，随着激光功率、扫描速度和扫描次数的增加，图案化铜微纳结构中的铜颗粒熔融现象加剧，光斑中心区域的纳米颗粒粒径逐渐增大，光斑交界处形成呈现周期性分布的微米量级单元结构。
能量色散X射线光谱证明少量Cu元素分布在光斑中心区域，大量Cu元素集中在光斑交界处。
随着扫描次数的增加，样品表面粗糙度和纯净水/食用油接触角均呈现先上升后下降的趋势。
当扫描次数为6时，表面平均粗糙度为（1.3±0.11）μm，纯净水接触角可达（155.2±1.5）°，食用油接触角达（100.0±1.3）°。
该大面积图案化铜微纳结构制备方法简单快速，无粉尘污染，在微流体芯片、集水系统和废水处理等领域具有广泛的应用前景。
关键词：激光烧蚀；图案化铜微纳结构；浸润特性；二元结构中图分类号：TN249 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233115.2248Rapid fabrication of patterned Cu micro-nano structure bylaser ablation in liquidYU Miaomiao1，WENG Zhankun1，2*，WANG Guanqun1，GUO Chuanchuan1，HU Junting1，WANG Zuobin1（1.International Research Centre for Nano Handling and Manufacturing of China，Changchun University of Science and Technology， Changchun 130022， China；2.School of Mechatronic Engineering and Automation， Foshan University， Foshan 528225， China）* Corresponding author， E-mail：wengzk@Abstract：A large-scale patterned Cu micro-nano structure was prepared via laser ablation technology in liquid. A Si wafer was used as the substrate， which was immersed in an ethanol solution containing Cu2O microparticles and processed by a nanosecond pulsed laser.The effects of the laser power，scanning speed， and number of scans on the Cu micro-nano structure in liquid， the formation mechanism of the pat⁃terned Cu micro-nano structure，and the wetting characteristics of the patterned Cu micro-nano structure were analyzed. The results of scanning electron microscopy indicated that with increases in the laser pow⁃文章编号1004-924X（2023）15-2248-12收稿日期：2023-05-26；修订日期：2023-06-15.基金项目：国家自然基金面上项目（No.62175019）；广东省基础与应用基础研究基金委员会地区培育项目（No.2022A1515140053）；广东省科技计划季华实验室项目（No. X220961UZ230）第 15 期于苗苗，等：液相下激光烧蚀快速制备图案化铜微纳结构er， scanning speed， and scanning time， the melting of Cu particles in the patterned Cu micro/nanostruc⁃ture intensified， the particle size of nanoparticles in the center of the laser spot increased， and a micron unit structure was formed at the junction of the laser spot， exhibiting a periodic distribution. Energy-dispersive X-ray spectroscopy confirmed that a small amount of Cu was distributed in the central region of the spot，and a large amount of Cu was concentrated at the junction of the spot. In addition， both the surface rough⁃ness and static contact angle of the sample increased with the number of scans. When the number of scans was 6，the average surface roughness，water contact angle，and oil contact angle are （1.3±0.11）μm，（155.2±1.5）°， and （100.0±1.3）°， respectively. The proposed simple and rapid preparation method for large-area patterned Cu micro/nano structures has wide application prospects in the fields of microfluidic chips， water-collection systems， and wastewater treatment.Key words： laser ablation； patterned Cu micro-nano structure； wetting characteristic； binary structure1 引言金属具有良好的延展性、导电性、导热性和抗摩擦性等特性，广泛应用于生产生活中，如半导体器件、基础设施和工业设备等［1］。
液体中激光烧蚀法制备纳米材料优选演示
Reaction temperature Reaction time pH value
3. LAL-based complex oxide–noble metal nanocomposites
Adv. Mater. 2013, 25, 2040–2044
液体中激光烧蚀法制备纳米材料
优选液体中激光烧蚀法制备纳米材料
Basic mechanism of LAL(laser ablation in liquids)
Sketch of the main stages of LAL
Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15 , 3027--3046
LALinduced
NPs
Quantum size effects New structures and properties Easy-functionalization
High activity and reactivity
Nanoparticles Synthesized by Chemical Routes
Basic mechanism of LAL
Sketch of the plasma plume formed by laser ablation of a metal target. * Denotes excited and/or ionized states
Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11 , 3805–3821
J. Mater. Chem., 2012, 22, 17210–17214
Design for ternary oxides based on A + B = C
various ternary oxides
激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的进展
激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的进展近年来，纳米材料在材料科学领域中引起了广泛的关注和研究。
纳米材料具有独特的物理化学性能和潜在的应用价值，因此备受科学家们的关注。
在这些纳米材料中，二氧化钛复合型纳米材料因其优异的光电性能和稳定性，在光催化、光电子器件、传感器等领域具有广泛的应用前景。
而激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料在近年来备受研究者们的青睐，成为了研究的热点之一。
本文将就激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料的研究进展进行探讨。
一、激光脉冲液相烧蚀法的原理激光脉冲液相烧蚀法是一种独特的纳米材料合成方法，其原理是利用激光脉冲能量将金属或氧化物靶材表面瞬时加热、融化，形成高温、高压的等离子体，使靶材表面发生溶解、汽化和离子化等过程，最终在惰性气氛中沉积成纳米颗粒。
激光脉冲液相烧蚀法具有合成过程简单、纯度高、颗粒大小可控等优点，因此在纳米材料合成领域受到了广泛的关注。
二、二氧化钛复合型纳米材料的研究现状当前，钛基复合型纳米材料已经成为了研究的热点之一。
主要是由于其比表面积大、晶格缺陷多、禁带宽度可调、光催化性能优异等优点使得其在环境净化、能源转换等领域具备广泛应用前景。
目前对于二氧化钛复合型纳米材料的研究还处于起步阶段，尤其是对于其在激光脉冲液相烧蚀法下的合成研究更是寥寥无几。
近年来，一些研究者开始利用激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料，并取得了一定的研究进展。
Liu等人利用激光脉冲液相烧蚀法成功合成了钛基二氧化钛纳米纤维材料，其具有优异的光催化性能和光电性能。
Zhang等人利用激光脉冲液相烧蚀法合成了钛基石墨烯复合型二氧化钛纳米材料，其具有良好的稳定性和光电性能。
研究者们还通过调控激光脉冲参数、靶材成分和溶液成分等方式，对激光脉冲液相烧蚀法合成二氧化钛复合型纳米材料进行了系统的研究和优化。
研究结果表明，激光脉冲参数对纳米颗粒的尺寸和形貌具有重要的影响，通过合理设计激光参数，可以控制纳米颗粒的大小和分布。
液相准分子激光烧蚀制备碳纳米颗粒及其发光性能
液相准分子激光烧蚀制备碳纳米颗粒及其发光性能王颖;余云洁;刘京;朱骏;王伟;夏炜炜【摘要】将碳化硅(SiC)粉末分散于去离子水中,用准分子脉冲激光进行烧蚀反应,离心后得到分散于去离子水中的碳纳米颗粒.透射电子显微镜观测表明这些碳纳米颗粒大多为空心结构,直径为20~30 nm.碳纳米颗粒表面钝化良好,具有优良的发光性能.在紫外光激发下,纳米颗粒在去离子水中的悬浮液在紫-蓝光区域有较强、较稳定光发射,其发光与缺陷态,量子限制效应有关.%Silicon carbide (SiC) powders were dispersed in de-ionized water and ablated with the excimer pulsed laser.The carbon nanoparticles suspended in de-ionized water were prepared via the centrifugation.The trans-mission electron microscopy images show that the carbon nanoparticles are mostly hollow with a diameter of 20-30 nm.The surfaces of the nanoparticles are passivated well.The carbon nanoparticles have excellent photolu-minescence properties.Excited by the violet lines,the nanoparticles have strong and stable photoluminescence emission in the violet-blue region,which is related to the defect states and the quantum confinement effect.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2017(048)009【总页数】4页(P167-170)【关键词】碳;纳米颗粒;脉冲激光烧蚀;光致发光【作者】王颖;余云洁;刘京;朱骏;王伟;夏炜炜【作者单位】扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 225002;扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 225002;扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州225002;扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 225002;南京大学固体微结构物理国家重点实验室,南京 210093;扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 225002;扬州大学物理科学与技术学院,江苏扬州 225002【正文语种】中文【中图分类】TB32发光纳米颗粒在光电子器件，生物标记成像和传感器等领域有着广泛的应用前景，是现在纳米材料研究的热点之一[1-3]。
激光烧蚀系统(LA)和电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)简介讲解
激光烧蚀系统（LA）和电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）简介
仪器名称：激光烧蚀系统（Laser ablation，简写为LA）
型号：GeoLasPro
生产厂家：美国Coherent Inc
主要技术指标：激光器为ArF193nm紫外准分子激光器，单脉冲能量20mJ以上；脉冲频率20Hz以上。
经光学系统匀光和聚焦，能量密度可达50J/cm2，剥蚀坑直径可设置为4、8、16、24、32、44、60、90和120µm。
功能及用途：该仪器和等离子质谱仪联用，主要用于固体微区微量元素原位分析、微区原位锆石U-Pb定年及单个流体包裹体成分研究等，在地球科学、环境科学、材料科学、生命科学、海洋科学等领域都有广泛的应用。
仪器名称：等离子体质谱仪（ICPMS）
型号：Agilent 7500
生产厂家：美国安捷伦科技有限公司
主要技术指标：该仪器为美国Agilent公司最新一代Agilent 7500cx等离子体质谱仪，可完成样品中常量-微量-痕量等多数量级的多元素含量分析，具有分析检出限低、精密度好、准确度高、分析速度快并能进行同位素分析的特点，是当今世界最为先进的分析技术之一，被广泛的应用于科学研究的各个领域。
功能及用途：该仪器主要用于各种地质样品中微量元素分析，在环境、半导体、医学、生物、冶金、石油、核材料等领域也有广泛应用。
ICPMS和激光剥蚀系统联用，主要用于锆石原位U-Pb定年以及矿物微区微量元素分析。
液体中脉冲激光烧蚀的作用
液体中脉冲激光烧蚀的作用引言：脉冲激光是一种高能量、短脉冲宽度的激光，具有很高的能量密度和较强的穿透能力。
液体中脉冲激光烧蚀是一种利用脉冲激光对液体材料进行加工的方法。
本文将探讨液体中脉冲激光烧蚀的作用及其应用领域。
一、液体中脉冲激光烧蚀的基本原理液体中脉冲激光烧蚀是通过将脉冲激光聚焦到液体表面，使其产生高温和高压，从而使液体材料发生热膨胀、汽化和燃烧等物理化学过程，最终达到去除或改变液体表面的目的。
液体中脉冲激光烧蚀具有以下特点：1. 高能量密度：脉冲激光具有很高的能量密度，能够将液体材料加热到高温状态，使其发生热膨胀和汽化。
2. 快速作用：脉冲激光的脉冲宽度非常短，通常为纳秒级别，能够在极短的时间内将液体表面加热并蒸发，实现快速烧蚀。
3. 较强穿透能力：脉冲激光具有较高的穿透能力，能够深入液体材料内部进行加工。
二、液体中脉冲激光烧蚀的作用液体中脉冲激光烧蚀可以实现以下作用：1. 去除杂质：液体中常常存在着各种杂质，如氧化物、硅胶等。
脉冲激光烧蚀能够将这些杂质迅速烧蚀，从而净化液体并提高其质量。
2. 改变表面性质：脉冲激光烧蚀还能够改变液体表面的性质，如增加表面粗糙度、改善液体的润湿性等，从而影响液体的流动性和附着性。
3. 制造微细结构：通过控制脉冲激光的能量和聚焦点位置，可以在液体表面制造出微细的凹凸结构，用于制备微流控芯片、微电极等微纳加工领域。
三、液体中脉冲激光烧蚀的应用领域液体中脉冲激光烧蚀具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化学工业：液体中脉冲激光烧蚀可以用于液体催化剂的制备和改性，提高催化剂的反应活性和选择性。
2. 生物医药：液体中脉冲激光烧蚀可以用于生物医药领域中的细胞杀灭、组织切割和手术治疗等，具有精准、无创伤的特点。
3. 材料科学：液体中脉冲激光烧蚀可以用于材料表面的改性和涂层制备，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
4. 环境保护：液体中脉冲激光烧蚀可以用于污水处理、废物处理和空气净化等领域，去除有害物质并净化环境。
液体中脉冲激光烧蚀的作用
液体中脉冲激光烧蚀的作用脉冲激光烧蚀是一种利用激光脉冲能量在液体中产生高温和高压作用，从而实现材料烧蚀的技术。
这种技术在很多领域中都有广泛的应用，如航空航天、能源、材料科学等。
本文将从液体中脉冲激光烧蚀的原理、应用领域和优势等方面进行阐述。
液体中脉冲激光烧蚀的原理是利用激光的特殊性质和材料的特性相互作用。
当激光束照射到液体表面时，激光能量会被液体吸收，产生局部高温和高压。
这种高温和高压能够使液体中的材料发生化学反应、物理相变或分解等变化，从而实现烧蚀效果。
液体中脉冲激光烧蚀的应用领域非常广泛。
首先，它在航空航天领域中得到了广泛的应用。
例如，宇航员的太空服外层材料需要具备耐高温和耐烧蚀的特性，以保护宇航员免受宇宙空间中的高温和高压的影响。
通过液体中脉冲激光烧蚀技术，可以对太空服外层材料进行烧蚀性能测试和改进，确保宇航员的安全。
液体中脉冲激光烧蚀还在能源领域中有重要的应用。
燃烧器内壁材料需要具备耐高温和耐烧蚀的特性，以保证燃烧器的正常运行。
通过液体中脉冲激光烧蚀技术，可以对燃烧器内壁材料进行烧蚀性能测试和改进，提高燃烧效率和热能利用率。
液体中脉冲激光烧蚀还在材料科学领域中有广泛的应用。
通过液体中脉冲激光烧蚀技术，可以对材料的烧蚀性能进行研究和评估，为材料的制备和应用提供指导。
例如，在航空材料中，液体中脉冲激光烧蚀可以用于评估材料的耐高温性能和耐烧蚀性能，从而提高航空器的安全性和性能。
液体中脉冲激光烧蚀技术具有许多优势。
首先，它可以实现对材料的高精度烧蚀，避免了传统方法中可能存在的材料损伤和变形问题。
其次，液体中脉冲激光烧蚀速度快，效率高，可以大大节省时间和成本。
此外，该技术还具有非接触性和无污染性的特点，可以保持材料的原始性能和表面质量。
液体中脉冲激光烧蚀技术在航空航天、能源、材料科学等领域具有重要的应用。
它通过利用激光的特殊性质和材料的特性相互作用，实现对材料的高精度烧蚀。
该技术在太空服外层材料研发、燃烧器内壁材料改进以及航空材料性能评估等方面有着重要的作用。
液相激光烧蚀(LAL)
液相激光烧蚀法制备纳米材料✧引言液相激光烧蚀（Laser Ablation in Liquid，LAL）是一种简单、绿色的纳米材料制备技术，通常只需在水中或有机液相条件下进行。
近年来，LAL已被用于制备一系列具有特殊形貌、微观结构的纳米材料，以及在探索新兴的，在光学、显示、探测、生物等领域的性能和应用中，实现了功能化纳米材料的一步制备。
与传统的纳米材料制备方法相比，液相激光烧蚀法有以下的优势：（1）它是一种“简单且干净”的合成手段，由于减少了副产物的生成。
并且简化了反应的前驱物的使用，确保了最终产物很高的纯度，而且具有较高的表面活性；（2）液相激光烧蚀法在温和的条件下能够制备出高温高压的亚稳相；（3）更重要的是这种制备方法几乎对所有纳米材料都有普适性，由于用液相激光烧蚀法制备新的纳米材料需要用到液体和固体靶材，研究者可以根据材料的属性来选择所需的靶材和液体来合成纳米颗粒和结构；（4）纳米结构的相、尺寸和形状可以通过改变激光参数和外部条件来合成，而且很多反应一步就能实现，避免了繁杂的后处理。
液相激光烧蚀法能够制备多种亚稳相的纳米材料，得到的纳米颗粒胶体的纯度接近100%，并且适用于几乎所有材料体系，因此，已经成为一种普适的，并且有效的制备纳米材料的手段。
✧实验目的(1)了解液相激光烧蚀法的基本原理、应用领域与发展前景；(2)以纳秒激光器为例，了解液相激光烧蚀过程的物理化学变化，观察液相激光烧蚀过程；(3)学习利用液相激光烧蚀法制备纳米材料。
✧实验原理等离子体主导着纳秒激光的反应过程，其中包括了等离子体的产生，转化与淬灭。
具体的反应过程如下：当激光作用于浸没在液体下的靶材时，激光脉冲以一定深度击穿靶材表面，产生的强电场使电子在1 ns激光脉冲下，从被轰击体中迁移出来。
电子在电磁场中产生自由电子振荡，并且与块体靶材中的原子发生碰撞，将一定的能量传递给晶格，材料随之被加热并蒸发，在高能量的激光下转变成等离子体。
激光烧蚀系统(LA)和电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)简介讲解
激光烧蚀系统（LA）和电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）简介
仪器名称：激光烧蚀系统（Laser ablation，简写为LA）
型号：GeoLasPro
生产厂家：美国Coherent Inc
主要技术指标：激光器为ArF193nm紫外准分子激光器，单脉冲能量20mJ以上；脉冲频率20Hz以上。
经光学系统匀光和聚焦，能量密度可达50J/cm2，剥蚀坑直径可设置为4、8、16、24、32、44、60、90和120µm。
功能及用途：该仪器和等离子质谱仪联用，主要用于固体微区微量元素原位分析、微区原位锆石U-Pb定年及单个流体包裹体成分研究等，在地球科学、环境科学、材料科学、生命科学、海洋科学等领域都有广泛的应用。
仪器名称：等离子体质谱仪（ICPMS）
型号：Agilent 7500
生产厂家：美国安捷伦科技有限公司
主要技术指标：该仪器为美国Agilent公司最新一代Agilent 7500cx等离子体质谱仪，可完成样品中常量-微量-痕量等多数量级的多元素含量分析，具有分析检出限低、精密度好、准确度高、分析速度快并能进行同位素分析的特点，是当今世界最为先进的分析技术之一，被广泛的应用于科学研究的各个领域。
功能及用途：该仪器主要用于各种地质样品中微量元素分析，在环境、半导体、医学、生物、冶金、石油、核材料等领域也有广泛应用。
ICPMS和激光剥蚀系统联用，主要用于锆石原位U-Pb定年以及矿物微区微量元素分析。
液体中激光烧蚀法制备纳米材料 PPT
• Laser-generated NMs show unique application …in catalyst, biosensor etc.
More products can be synthesized·····
Nb in ethonal
NbC@C
Mo in ethonal
MoxC@C
Co in acetone
Co3C@C
the formation process of carbon-encapsulated metal carbides
A AA
or A
A+B
A+ B
= C → New compounds
C
=AB → Composites
AB
Examples
1. LAL-based to fabricate carbon-encapsulated metal carbides 2. LAL-based synthesis of ternary oxides 3. LAL-based complex oxide–noble metal nanocomposites
2. LAL-based synthesis of ternary oxides
J. Mater. Chem., 2012, 22, 17210–17214
Design for ternary oxides based on A + B = C
various ternary oxides
液体中脉冲激光烧蚀的作用
液体中脉冲激光烧蚀的作用脉冲激光烧蚀是一种利用高能激光束对材料进行加工和改性的技术。
在液体中使用脉冲激光进行烧蚀，具有许多独特的作用和应用。
本文将探讨液体中脉冲激光烧蚀的作用，并讨论其在不同领域的应用。
液体中脉冲激光烧蚀可以实现高精度的材料去除。
激光束在液体中的传播会导致液体的蒸发和产生气泡，这些气泡爆破时会产生冲击波和高温，从而使材料表面的部分去除。
由于液体的存在，激光束与材料的接触面积增大，能量更加均匀地传递到材料中，从而实现更加精确的烧蚀效果。
液体中脉冲激光烧蚀可以减少热损伤。
在空气中使用脉冲激光进行烧蚀时，激光束与空气中的氧气发生化学反应，产生的气体和高温会导致材料表面的氧化和烧伤。
而在液体中，激光束与液体中的分子发生相互作用，化学反应的速度较慢，从而减少了热损伤的可能性。
这对于一些易受热损伤的材料，如有机材料和生物组织，具有重要意义。
液体中脉冲激光烧蚀还可以实现精确的控制和调节。
通过调节激光束的能量和脉冲宽度，可以实现对烧蚀深度和形状的精确控制。
同时，液体中的冷却效果可以帮助控制烧蚀过程中的温度分布，从而实现更加精确的控制。
这对于一些需要精确加工的应用，如微加工和光刻技术，具有重要意义。
液体中脉冲激光烧蚀在许多领域都有广泛的应用。
首先，它在材料加工领域具有重要作用。
通过调节激光参数和液体环境，可以实现对材料表面的去除、刻蚀和改性。
这对于制备微电子器件、制造微结构和进行表面处理等有着重要意义。
在医学领域，液体中脉冲激光烧蚀可以用于进行精确的组织切割和手术。
由于液体中的冷却效应和减少的热损伤，可以实现对生物组织的精确切割和去除，从而在手术中提供更加安全和有效的操作方式。
液体中脉冲激光烧蚀还可以应用于环保领域。
例如，通过对污染物进行激光烧蚀处理，可以实现高效、无污染的污染物处理。
由于激光烧蚀过程中产生的高温可以将污染物分解，而液体中的冷却效应可以有效控制污染物的扩散，从而实现对污染物的高效处理。
液体中激光烧蚀法制备纳米材料
液体中激光烧蚀法制备纳米材料液体中激光烧蚀法制备纳米材料是一种先进的材料合成方法，通过高能密度激光束直接作用于液体中的材料，使其瞬间升温并蒸发，生成纳米尺度的颗粒或纳米材料。
这种方法具有操作简单、高效、灵活性强等优点，逐渐成为材料制备领域的研究热点。
液体中激光烧蚀法主要包括以下几个步骤：首先，选择适合的溶剂和溶质，将其组成溶液；然后，将激光束对准溶液表面，通过调节激光参数，使其能够较快地加热和蒸发；最后，通过物理或化学方法，将生成的纳米颗粒从溶液中分离提取出来。
在液体中激光烧蚀法制备纳米材料中，激光参数对生成的纳米颗粒的形状和尺寸有着重要影响。
激光功率、激光脉冲宽度和重复频率等参数的调节，能够控制纳米颗粒的大小和形貌。
此外，溶液的组成和浓度也会影响纳米颗粒的形成。
通过调节这些参数，可以实现对纳米颗粒的精确控制。
液体中激光烧蚀法制备纳米材料具有许多优势。
首先，这种方法可以制备出高纯度的纳米材料。
由于激光束的能量非常集中，只会对溶液表面的材料起作用，减少了杂质的产生。
其次，激光能量的高度集中使得材料瞬时加热并蒸发，避免了与其他材料的不良反应。
此外，液体中烧蚀法还具有制备样品尺寸可控、操作简单、生产效率高等优点。
液体中激光烧蚀法制备纳米材料的应用领域非常广泛。
在能源领域，利用这种方法制备纳米材料可以提高材料的比表面积，进而提高材料的催化活性和电极反应速率。
在材料科学领域，这种方法可以制备各种纳米颗粒，如金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒等，用于制备新型材料和观察纳米材料的特殊性质。
在医学领域，纳米材料可作为药物传递系统和生物标记物，用于诊疗和生物成像。
此外，液体中激光烧蚀法还有着许多其他的应用，如纳米传感器、纳米电子器件等。
虽然液体中激光烧蚀法制备纳米材料具有许多优点，但也面临一些挑战。
首先，对激光参数的精确调节需要一定的技术。
其次，溶液的选择和浓度的控制对纳米颗粒的制备也有一定的影响。
此外，对于有机溶液，激光烧蚀过程易引发材料的燃烧，需要特殊处理。
激光烧蚀系统(LA)和电感耦合等离子体质谱仪(ICPMS)简介讲解
激光烧蚀系统（LA）和电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）简介
仪器名称：激光烧蚀系统（Laser ablation，简写为LA）
型号：GeoLasPro
生产厂家：美国Coherent Inc
主要技术指标：激光器为ArF193nm紫外准分子激光器，单脉冲能量20mJ以上；脉冲频率20Hz以上。
经光学系统匀光和聚焦，能量密度可达50J/cm2，剥蚀坑直径可设置为4、8、16、24、32、44、60、90和120μm。
功能及用途：该仪器和等离子质谱仪联用，主要用于固体微区微量元素原位分析、微区原位锆石U-Pb定年及单个流体包裹体成分研究等，在地球科学、环境科学、材料科学、生命科
学、海洋科学等领域都有广泛的应用。
仪器名称：等离子体质谱仪（ICPMS）
型号：Agilent 7500
生产厂家：美国安捷伦科技有限公司
主要技术指标：该仪器为美国Agilent公司最新一代Agilent 7500cx等离子体质谱仪，可完
成样品中常量-微量-痕量等多数量级的多元素含量分析，具有分析检出限低、精密度好、准
确度高、分析速度快并能进行同位素分析的特点，是当今世界最为先进的分析技术之一，被广泛的应用于科学研究的各个领域。
功能及用途：该仪器主要用于各种地质样品中微量元素分析，在环境、半导体、医学、生物、冶金、石油、核材料等领域也有广泛应用。
ICPMS和激光剥蚀系统联用，主要用于锆石原
位U-Pb定年以及矿物微区微量元素分析。
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液相激光烧蚀法制备纳米材料
✧引言
液相激光烧蚀（Laser Ablation in Liquid，LAL）是一种简单、绿色的纳米材料制备技术，通常只需在水中或有机液相条件下进行。
近年来，LAL已被用于制备一系列具有特殊形貌、微观结构的纳米材料，以及在探索新兴的，在光学、显示、探测、生物等领域的性能和应用中，实现了功能化纳米材料的一步制备。
与传统的纳米材料制备方法相比，液相激光烧蚀法有以下的优势：（1）它是一种“简单且干净”的合成手段，由于减少了副产物的生成。
并且简化了反应的前驱物的使用，确保了最终产物很高的纯度，而且具有较高的表面活性；（2）液相激光烧蚀法在温和的条件下能够制备出高温高压的亚稳相；（3）更重要的是这种制备方法几乎对所有纳米材料都有普适性，由于用液相激光烧蚀法制备新的纳米材料需要用到液体和固体靶材，研究者可以根据材料的属性来选择所需的靶材和液体来合成纳米颗粒和结构；（4）纳米结构的相、尺寸和形状可以通过改变激光参数和外部条件来合成，而且很多反应一步就能实现，避免了繁杂的后处理。
液相激光烧蚀法能够制备多种亚稳相的纳米材料，得到的纳米颗粒胶体的纯度接近100%，并且适用于几乎所有材料体系，因此，已经成为一种普适的，并且有效的制备纳米材料的手段。
✧实验目的
(1)了解液相激光烧蚀法的基本原理、应用领域与发展前景；
(2)以纳秒激光器为例，了解液相激光烧蚀过程的物理化学变化，观察液相激光烧蚀过程；
(3)学习利用液相激光烧蚀法制备纳米材料。
✧实验原理
等离子体主导着纳秒激光的反应过程，其中包括了等离子体的产生，转化与淬灭。
具体的反应过程如下：当激光作用于浸没在液体下的靶材时，激光脉冲以一定深度击穿靶材表面，产生的强电场使电子在1 ns激光脉冲下，从被轰击体中迁移出来。
电子在电磁场中产生自由电子振荡，并且与块体靶材中的原子发生碰撞，将一定的能量传递给晶格，材料随之被加热并蒸发，在高能量的激光下转变成等离子体。
等离子体中通常包含多种活性物质，包括原子、分子、电子、离子、团簇、微粒和熔融球体等。
最初形成的等离子体直接形成于激光与靶材的相互作用，因而被称为激光诱导等离子体。
接着，该激光诱导等离子体的扩散强烈地被其周围的液相介质束缚，从而继续吸收激光的后半部分能量，并且得到靶材离化材料的补充，等离子体迅速绝热膨胀，伴随着膨胀，在等离子膨胀方向的前端产生冲击波，在液体的束缚下，冲击波的反作用力导致等离子内部额外的压力。
该额外的压力被称为等离子体诱导压力。
并且，该压力会导致等离子的温度上升。
因此，
激光诱导的等离子体会处于高温（4000~5000 K），高压（10~20 GPa），高密度（>1023 cm-1）的热力学状态，如图1所示。
图1 纳秒激光作用机制：（a）当激光聚焦在靶材表面时，靶材表面离化，形成等离子体；（b）等离子体在液体束缚下绝热膨胀，把能量传递给周围的液体，在等离子体周围形成蒸汽层；（c）该蒸汽层逐渐扩张成气泡，并且压缩使等离子体收缩，此时，部分等离子体形成的纳米颗粒扩散到气泡中；（d）等离子体淬灭，所有等离子体形成的纳米颗粒都释扩散到气泡中；（e）气泡淬灭，纳米颗粒在液相中扩散，形成胶体溶液。
在这个非平衡的热力学过程中，有四种化学反应发生于等离子体内部、等离子体与液体的界面和液体环境中。
在等离子体扩散与凝聚淬灭的过程中，它把能量传递给周围的液滴，周围很薄一层的液体会汽化，形成汽化层。
这个薄汽化层被视为气泡的初始状态，伴随着内部温度和压力的降低，等离子体冷却、缩小，最终淬灭并释放出微小的纳米颗粒。
图2所示的快速成像照片显示激光在水中烧蚀Pt线，很明确地展示了等离子的扩张和消失的过程。
图2 液相激光烧蚀在水中的Pt线(线的直径545 μm，激光波长532 nm，辐照的能量12 GW cm-2)，高速相机
拍摄的激光诱导的等离子体和气泡的演化过程。
当这层薄气层产生后，它开始膨胀变成气泡，并且抑制等离子体，使之逐渐缩小。
气泡的能存在大约几百微秒，比等离子的寿命大两个数量级。
气泡里面的温度和压力可以通过van der Waals 模型以及实验观察到的气泡的半径来判断。
P∞与T∞分别代表液体中的温度和压力，R代表bubble的半径，R∞当液体的压力与气泡里的压力一致时，气泡的半径。
σ是液体的表面张力。
结合实验数据的分析，气泡里的温度和压力估计高于1000 K和107~108 Pa。
图3不同脉宽的激光诱导的气泡演化过程，实验条件是液相激光烧蚀在水中的Cu靶，延时时间从400 ns到
400 μs。
气泡的产生，膨胀以及淬灭可以通过原位的影像图观察。
图3表示的是激光与水下Cu靶的作用，产生的气泡在不同时间的演化图。
我们通过影像图可以很明显地看到，在400 ns到400 μs 的时间段内，气泡经历了生长于淬灭的过程。
而且在19、90、150 ns三个不同脉宽的激光器都
可观察到。
若脉宽越长，气泡的体积就越大，并且在100 μs 这个时刻达到它的最大体积，然后体积变小，最后淬灭。
淬灭后的气泡会释放出其中的物质到液体中，包括团簇和纳米颗粒。
初期释放的团簇和纳米颗粒非常不稳定，很容易团聚，熟化过程经常发生于早期用液相激光烧蚀法制备胶体溶液中。
由于液相烧蚀法中液体的束缚，当激光与靶材相互作用后会产生高温高压的等离子体，这种远离平衡态的环境非常有利于合成在常温常压环境很难制备的亚稳相，这对于亚稳态材料的基础研究和应用探索非常重要。
另外，液相激光烧蚀法制备的金属氧化物纳米材料，有表面干净，缺陷多，化学活性高等特点。
实验仪器
实验采用北京镭宝光电技术有限公司的SGR-10型号灯泵浦脉冲纳秒Nd:YAG固体激光器，如图4所示。
可提供高能量、光束平顶分布的脉冲激光输出，1064 nm、532 nm、355 nm、266 nm 多个波长可选，重复频率为1~10 Hz，脉宽约为10 ns，输出光束直径为9 mm。
图4 Nd:Y AG固体激光器
图5液相激光烧蚀光路、石英反应腔与智能恒温磁力搅拌器
实验过程
(1)将高纯金属靶材（本实验选用高纯Mo靶，纯度为99.99%）固定于石英反应腔中，装入
所配制的溶液（30 mL无水乙醇和30 mL过氧化氢溶液（30 wt%）），磁力搅拌片刻，使溶液混合均匀；
(2)开启激光器预热，在激光器控制面板上点击“Setup”进行参数设置：波长1064 nm或
532 nm、频率10 Hz，待输出能量稳定后，通过调节输出偏压来调节激光能量（本实验选取250 mJ/pulse）；
(3)点击激光器控制面板上的“Flash”，此时激光器输出普通光斑，并不输出能量。
调整反
应腔位置进行光斑的对准，使激光光束聚焦在靶材表面的合适位置。
点击“Qswitch”，此时激光器输出能量，脉冲激光从出光口输出，通过反射镜和聚焦镜聚焦于靶材表面；
(4)烧蚀结束后依次关闭“Qswitch”、“Flash”、“开关”（与开启时顺序相反）。
反应腔内溶
液从无色透明变为明黄色，即得到Mo元素组成的高活性胶体溶液。
(5)注意：激光器的最佳工作温度为20~22 ℃；烧蚀过程需佩戴防护眼镜，严禁眼睛长时间
直视光斑；若液相介质易燃，需在反应腔上加盖石英片，并且通入惰性气体，防止溶液燃烧；由于1064 nm激光肉眼不可见，进行烧蚀时需注意安全，以防受伤。