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可用于制造靈活光學(xué)和電子器件的金屬硅微結(jié)構(gòu)  如上圖所示，是激光加工過程，研究人員通過這個過程創(chuàng)造了靈活的具有導(dǎo)電性能的混合纖維。圖（a），銀線的光學(xué)顯微鏡圖像（黑色）和硅（淺色）混合的微絲。圖（b）相同結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像。兩個刻度桿都等于25微米。 這是首次，研究人員用一個單一的步驟，利用激光為基礎(chǔ)的方法，生產(chǎn)小、精密的銀線微結(jié)構(gòu)和靈活的有機硅的混合結(jié)構(gòu)。這項創(chuàng)新的激光加工技術(shù)有朝一日能實現(xiàn)在智能工廠中，使用一條生產(chǎn)線來批量生產(chǎn)定制的設(shè)備，將諸如工程組織等軟材料與硬質(zhì)材料相結(jié)合，增加諸如葡萄糖傳感之類的功能。 微結(jié)構(gòu)的金屬成分使它們導(dǎo)電，而彈性硅則具有柔韌性。這種獨特的性能組合使結(jié)構(gòu)對機械力敏感，可用于制造新型光學(xué)和電子器件。 “這些類型的組織可能被用于測量非常小的動作或變化，如昆蟲的身體或人的面部肌肉產(chǎn)生的微妙的表達一個輕微的動作，” 來自日本慶應(yīng)大學(xué)的研究小組組長Mitsuhiro Terakawa說�！斑@些信息可以用來創(chuàng)建這些運動的完美計算機生成版本�！� 正如在光學(xué)學(xué)會（OSA）雜志《光學(xué)材料快報》上所詳述的那樣，研究人員生產(chǎn)了一種類似線狀結(jié)構(gòu)的新型材料，這種材料中，銀材料外包圍著一種被稱為聚二甲基硅氧烷（PDMS）的硅材料。研究人員使用了聚二甲基硅氧烷，因為它具有靈活性和生物相容性，意味著在身體上使用更安全。 他們制作的這種結(jié)構(gòu)，測量結(jié)果只有25微米寬，通過利用超短的激光脈沖即飛秒，照射聚二甲基硅氧烷與銀離子的混合物進行測量。在一個飛秒中，光只傳播300納米，比最小的細菌略大一些。 “我們相信我們這是首次使用飛秒激光脈沖創(chuàng)建了一個含有聚二甲基硅氧烷雜化材料，這是非常有用的，因為它的彈性特性，”Terakawa說。“這項工作代表了使用單一的精密激光加工技術(shù)制造復(fù)合硬材料和軟材料的生物相容性器件的一個進展性研究。  上圖為用于創(chuàng)建具有金屬的導(dǎo)電性和彈性的有機硅聚合物銀微絲的光學(xué)裝置。研究人員利用飛秒激光脈沖通過顯微鏡下的物鏡來制造微結(jié)構(gòu)。LED光源用于監(jiān)控結(jié)構(gòu)，顯示在右邊的計算機屏幕上。注意，實驗平臺上明亮的光源不是飛秒激光，而是用于監(jiān)測照明的LED光源。 把兩個激光加工過程簡化為一個 一步完成制備方法用于混合結(jié)構(gòu)相結(jié)合的基于光的化學(xué)反應(yīng)稱為光聚合和光還原，兩者都是利用飛秒激光脈沖誘導(dǎo)產(chǎn)生的。光聚合是用光硬化的聚合物，光還原是利用光與金屬離子形成的微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)。 Terakawa的研究小組之間的合作實現(xiàn)的制造技術(shù)，是采用軟材料研究雙光子的光還原，而在德國研究機構(gòu)漢諾威激光中心的一組研究人員，一直在致力于推進聚二甲基硅氧烷的單光子聚合作用。 為了制造導(dǎo)線微結(jié)構(gòu)，研究人員用飛秒激光在522 nm處發(fā)射了一種能有效與物質(zhì)混合物相互作用的波長，實現(xiàn)聚二甲基硅氧烷和銀的混合物。他們還仔細挑選了與聚二甲基硅氧烷結(jié)合良好的銀離子。 研究人員發(fā)現(xiàn)，只有一個激光掃描形成的電線既能顯示金屬的導(dǎo)電性，又能顯示聚合物的彈性。額外的掃描可以用來產(chǎn)生更厚更均勻的結(jié)構(gòu)。他們還表明，線的結(jié)構(gòu)能夠?qū)照{(diào)的機械力產(chǎn)生相應(yīng)，而在結(jié)構(gòu)上創(chuàng)造了3千帕的壓力值。 研究人員說，除了制作電線結(jié)構(gòu)外，這種方法還可以用來制作微小的三維金屬硅結(jié)構(gòu)。作為下一步的研究計劃，他們打算研究他們制造的電線隨時間的變化是否能保持其結(jié)構(gòu)和性能。 |
