清華大學鐘敏霖教授：超快激光納米結(jié)構(gòu)制備與創(chuàng)新應用

2019年6月28日,，激光制造與再制造技術(shù)及應用研討會 在北京興基鉑爾曼酒店召開。現(xiàn)場專業(yè)人士眾多,，南極熊3D打印網(wǎng)是本次研討會的合作媒體,。


下面是現(xiàn)場速記，或許有些不完美之處,，但總體上干貨信息量很大，值得閱讀,。

清華大學鐘敏霖教授介紹“超快激光納米結(jié)構(gòu)制備與創(chuàng)新應用”

鐘敏霖：大家上午好,，很高興有機會跟大家交流一下我們最近十年來的一些工作。原來給我是30分鐘,，現(xiàn)在40分鐘,，所以可以說一點閑話。
    第一,，今年1月1日開始,，我擔任《中國激光》的執(zhí)行總編，《中國激光》是目前國內(nèi)在激光領域最有影響的刊物,，而且現(xiàn)在國家也提倡把好的成果發(fā)表在祖國大地上,，所以我特別歡迎大家把好的研究工作向《中國激光》投稿，我們安排好的通道,，只要是好的快速發(fā)表,，而且我作為主編，每一篇激光方面的文章我都要過目,，所以只要是好的論文,，一定不會漏掉的。
    第二,，6月1日開始擔任美國激光協(xié)會主席,，現(xiàn)在正好美國跟中國打貿(mào)易戰(zhàn)，所以我這個問題有點挑戰(zhàn),。我們知道目前從激光領域來講,，有三個方面的熱點研究方向，一個是高端激光裝備，像高動力的超快激光和高動力工業(yè)型的,，比如萬瓦級甚至十萬瓦級工業(yè)應用的激光,。第二方面就是增材制造。第三方面是激光微納制造,。美國有一個大學教授,，是激光領域非常有名的專家，他曾經(jīng)說過這樣一段話,。文件非常有用,。我們現(xiàn)在的目標是希望（英文）。王總已經(jīng)實現(xiàn)了第一條目標,，打印的非常有用,，也非常漂亮。我現(xiàn)在做的工作非常小,，所以我非常努力使我這個小的東西變得有用,，精小、美麗,、有用,。
    我的題目是“超快激光納米結(jié)構(gòu)制備與創(chuàng)新應用”。主要四個方面,，一個是我們用的手段是超快激光,，第二我們做的東西是納米結(jié)構(gòu)，因為納米結(jié)構(gòu)有神奇的性能,，所以我們可以開發(fā)出一系列的創(chuàng)新的應用,。先考慮一下納米結(jié)構(gòu)，因為納米目前是材料領域的熱門研究方向之一,，我們都知道納米相當于10的負9次方米,，或者是10億分之一米，七萬分之一頭發(fā)絲大小,，因為我們的頭發(fā)死是70微米,。納米非常小，三四個原子那么大,，所以有納米效應,。一個是表面和界面效應，小尺度效應,，量子效應,，宏觀量子隧道效應。所以無論任何材料,，一旦它的結(jié)構(gòu)縮小到納米尺度的時候,，都有神奇性能。目前研究最熱門的是納米材料，包括0D納米顆粒,，1D納米線,，2D石墨烯。
    但是納米材料應用過程中,，我們碰到兩個重大的難題,，一個就是納米材料如何分散，因為納米的小尺度效應,，所以兩個納米顆粒碰到一起一定會聚集,，它長到一定的尺度以后，所有的納米特性就會消失,。你只要碰到一起,，它繞不開，因為它這個結(jié)合能力非常強,。所以如何把納米材料均勻分散在一個體系里面,，這是一個大的難題，所有的納米材料都會碰到這樣的問題,，分散不好,，性能達不到，雖然看起來很漂亮,。
    第二個問題就是穩(wěn)定,，因為現(xiàn)在大部分用的都是納米的顆粒,，納米顆粒你要用到一個應用領域里面,，一般來講我們要變得大，所以還是要把納米顆粒結(jié)合到一個宏觀上面,。納米顆粒在工作的過程中,，很多就掉出來，一掉出來性能很難保證,，所以穩(wěn)定性也是很大的挑戰(zhàn),。
    我們做的工作是納米結(jié)構(gòu)，為什么做納米結(jié)構(gòu),？因為納米結(jié)構(gòu)本來就分散,，本來就穩(wěn)定，這是我選擇納米結(jié)構(gòu)的第一個原因,。第二個原因,，因為自然界里面經(jīng)過千百年進化，進化出來獨特的納米結(jié)構(gòu),。而且這些納米結(jié)構(gòu)都是非常明確的功能,，非常穩(wěn)定的存在。比如荷葉表面有灰塵、臟東西,，下雨的話,，這些臟東西都會吸到水滴上去，水滴滾落上來,，所以就干凈,，自清潔功能。壁虎可以隨時調(diào)整粘貼力,，爪子上有成千上萬的纖毛,，可以把壁虎牢牢粘在玻璃上或者表面，有很高的黏結(jié)力,。鯊魚游得非�,？欤�所以有減阻結(jié)構(gòu),。這些是逐漸進化以后,，形成的納米結(jié)構(gòu)沒有分散問題，也是穩(wěn)定,，我選擇這個方向的第二個原因,。
    自然界里面有微米、納米,，微米提供機械穩(wěn)定性,、靈活性、強度,。納米提供性能,，目前納米有13類神奇的性能。比如說紅色的是跟荷葉相關(guān)的,，超疏水,、超親水、定向潤濕,、自清潔,、減阻、可逆附著,、定向附著,。納米結(jié)構(gòu)有調(diào)生物的能力，活性,、敏感性會大幅度增加,，所以自然界進化的結(jié)果是以微米、納米,，納米是功能,，微米用來保護結(jié)構(gòu),，沒有結(jié)構(gòu)納米很容易破壞，因為納米的結(jié)構(gòu)太小,。
    我們的工作,，首先希望理解自然界中納米結(jié)構(gòu)的功能究竟有什么關(guān)系，這個功能不是我來做,，有仿生學家專門研究,，當然還有一些新的探索，會設計出來新的納米結(jié)構(gòu),，自然界有的或者沒有,。我們的任務是拿激光把那些納米結(jié)構(gòu)做出來，能夠調(diào)控,，這樣我們就實現(xiàn)像王總做的那么漂亮都是有用的,，否則看起來很漂亮，但是沒用,。這幾年我們的團隊人不多,，也就9到10人，我們承擔了一些國家的重大項目,，其他的教授也不在乎經(jīng)費,，沒什么問題。我們博士研究生一年只招一個,，我們?nèi)比�,，項目沒問題，經(jīng)費沒問題,，但是缺人,。
    我們運用的手段是超快激光，大家在座的有搞激光的,，超快激光是十個皮秒以下的激光,，特別是飛秒激光和皮秒激光,。十年前的飛秒激光功率極低,，但是過去十年，國際上超快激光發(fā)展非�,？�,，產(chǎn)生了所謂的新一代的超快激光，什么特點,？可以達到數(shù)百飛秒或者皮秒,。平均功率很高，我實驗室平均功率150飛秒,，德國已經(jīng)做出1000瓦飛秒,，明年參加亞運會可能做到10000瓦飛秒,，發(fā)展非常快,。
    重復程度比較高,，有了這三個特點以后，我可以寫一篇非常好的paper,，也可以把它做成足夠大,，能夠真正有用，這是我采用新一代超快激光的原因,。超快激光我是最近十年才做的,，以前沒涉及到，因為沒有這個手段�,，F(xiàn)在有這個手段,，德國做出來的第一臺的40瓦的飛秒激光，先放在實驗室,，用了半年,，我們學生用了感覺很好用，就把它買下來,。我這個團隊就是對新一代超快激光,，德國人也在用，我們應該是比較早的團隊之一,。
    但是,，物理里面學過衍射極限，我們把激光聚焦到最小,，大概是多少,，數(shù)字統(tǒng)計上面是多少。如果我們把數(shù)字統(tǒng)計當作1,，就是說我把激光弄到最小,，大概是二分之一波長。現(xiàn)在工業(yè)里常用的是多少,，1064到1030,，1064除以2，532,，532除以2,，266，或者用子外激光,，是133,。我直接把激光取消，聚不到納米對應的尺度,。
    當然,，我們現(xiàn)在做的芯片,，用什么激光做的？波長13.5那米極紫外激光,。極紫外激光,，現(xiàn)在國際上只有荷蘭能做。一套裝備多少錢,？1.5億美元,，顯然我們工業(yè)學校是用不起那樣的裝備，我們大家能用的就是上面的這個常用波長,，那個大概多少,？從幾十萬到一二百萬，我買的激光大概在200萬以內(nèi),，那可能是用的這個,，后面1.5億。也就是說常用的激光,，工業(yè)上能用的激光我們聚不到那么小,，但是衍射極限物理上是對遠場光學來講，對近場光學,，聚焦鏡的距離小于1個波長的時候,，這叫近場光學，我們有很多的辦法,，可以實現(xiàn)比衍射極限更小,，只要小于它就叫突破極限。所以我們有一些效應,，是能夠突破衍射極限的,，但是遠場來講，我只能是衍射極限最小的二分之一,。
    我們的超快激光有很強大的微米+納米結(jié)構(gòu)制備能力,，但是由于衍射極限的制約，做納米是很有極限的,，制備效率低,。我們團隊十年做了兩件事，一個是大大提升超快激光的納米結(jié)構(gòu)制備能力,。另外要有調(diào)控能力,，沒有調(diào)控就做不出來東西,。
    要做好納米結(jié)構(gòu),，我們需要理解超快激光材料的相互作用，因為我做的主要是金屬材料,。這個過程超快激光非�,？�,，所以這個過程是一個非常復雜的過程，涉及到數(shù)字模擬,。我演示的是美國有一個教授,，他們專門做數(shù)字模擬，模擬超快激光跟經(jīng)濟材料相關(guān)作用里面,，吸收,，熔化，等離子體形成,，蒸發(fā),，噴射，再沉積的過程,。實際上這中間的過程不一樣,，但是等離子形成都有，后面沉積不沉積跟好多因素有關(guān),。
    我們也做了一些工作,，怎么樣研究數(shù)理模型。另外我們有的高斯光束還是不一樣的,。還建了一系列的產(chǎn)品關(guān)系,，怎么樣把微米納米結(jié)構(gòu)做出來，這需要十多年的積累,。有了這個積累之后,，現(xiàn)在任何的金屬材料可以做成非常漂亮的微米結(jié)構(gòu)，這個不太難,，大家有這個裝備都可以做,。我們可以做任何的微米結(jié)構(gòu)，因為超快激光都是跟（英文）連在一起,，計算機可以編程,，沒有問題。
    納米我們做了納米絨毛,、納米菜花,、納米顆粒、納米波紋,、納米調(diào)控等五種,，微米柱+納米顆粒、微米柱+納米球等等,，我們申請了好多專利,。有了綜合的能力，五種納米結(jié)構(gòu)加上七種納米的雙級調(diào)控能力,，以后我們就非常強大,，就可以做自然界里面有一些非常好特性的事情,，我們根據(jù)13類性能定義了五大領域，每個領域都有市場研究,。
    第一是超疏水和應用,。第二是高抗反技術(shù)與應用。第三是高敏感性技術(shù)與應用,。第四是界面結(jié)合力調(diào)控與應用,。第五是生醫(yī)與檢測應用。今天時間有限,，給大家匯報前三點,。
    我們在超快激光制備超疏水表面做了非常系統(tǒng)的研究，超疏水是荷葉不沾水的特性,，它表面放大以后有一個微米級小鼓包,，有納米級蠟絲。通過這樣的結(jié)構(gòu),，構(gòu)成了荷葉不沾水的特性,。基本的特性,，水滴滴在表面,，小于90度親水，大于90度叫疏水,。大于150度叫超疏水,，荷葉的性能是自然界里面超疏水非常好的。超疏水的原因理論上搞得非常清楚,，可以用（英文）方程式描述,。為什么荷葉能夠不沾水，是因為水滴下面在微納米結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成了成千上萬個小氣囊,，這些小氣囊把水滴跟固體相當于分開,，只有很少部分是接觸，其他部分都不是直接接觸,。這種狀態(tài)叫開始狀態(tài),，用開始描述。這個特性是低黏性,，是荷葉的特性,。但是一旦這個水滲透到這個結(jié)構(gòu)里面，就變成另外一種狀態(tài),，這個狀態(tài)跟自然界里面看到的玫瑰花花瓣的特性一樣,，是黏著狀態(tài)，會牢牢黏在表面上。一旦形成玫瑰花的狀態(tài),，所有的自清潔功能就沒有了,，所以我們一定要維持荷葉的低粘性自清的特性,，而不是玫瑰花的高黏度特性,。我們在任何金屬表面大面積過水，性能指標優(yōu)于荷葉,。大家可以看到超疏水水滴到表面上以后,，會完全的流下去。我們實現(xiàn)了組合材料的超疏水,，這個性能都非常好,。我們也實現(xiàn)了玻璃的完全透明和超疏水，這個也有相當大的難度,。左邊是激光處理完以后的玻璃,，透明性幾乎沒什么減少，右邊是正常的玻璃,。我們實現(xiàn)玻璃的防護,，玻璃不粘霧，周圍可以看得見,。
    做了前面這些工作以后,，我們可以寫很多論文，但是如果考慮運用,，我還有三大難題要解決,，這個難題遠遠比我做超疏水表面難得多。像王總前面說的,，要把它用起來可以開發(fā)很多的挑戰(zhàn),。三大挑戰(zhàn)是什么，剛才說的Cassie狀態(tài)穩(wěn)定性,，就是荷葉自清潔穩(wěn)定性,。另外亞穩(wěn)態(tài)，不是能量最低的狀態(tài),。變到玫瑰花的狀態(tài),，它是穩(wěn)定的狀態(tài)，所以在另外的條件下,，比如溫度下降,，它自然就會變成玫瑰花的狀態(tài)，一旦變成玫瑰花的狀態(tài),，它就起反作用,，如果把它表面做成玫瑰花，它完全粘住了。
    第二個問題,，超疏水怎么樣耐久性,。剛才講超疏水是微米納米結(jié)構(gòu)，非常容易損壞,，它的耐久性是國際難題,。怎么樣實現(xiàn)抗結(jié)冰？超疏水是抗結(jié)冰的基礎,，但是疏水比抗結(jié)冰難很多,，我們下了很大功夫。
    第一是系統(tǒng)研究穩(wěn)定性的問題,，我們做的很多的優(yōu)化結(jié)構(gòu),，可以優(yōu)化出來，什么樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較小,。這是我們得到一個非常高穩(wěn)定性的表面,，可以把水滴壓成什么也看不見，分開以后它仍然是疏水的,，這個難度非常大,，一般的表面變成這個狀態(tài)以后完全失效。
    我們也請博士后系統(tǒng)分析一下,，什么樣的結(jié)構(gòu)可以得到穩(wěn)定性最好的狀態(tài),。通過這樣下去以后，我們目前得到的穩(wěn)定性是國際上最好的,。這個穩(wěn)定性把水滴在超疏水表面蒸發(fā),，水分縮小以后，有一個拉夫拉絲力（音）,，跟水滴的半徑呈反比,。到一定的值以后，又從開始狀變成玫瑰花狀,，就失效了,。
    我們研究了多級的結(jié)構(gòu)，最少的也就是400,，我們幾年前做到900,，現(xiàn)在可以做到1600，穩(wěn)定性大大提高,。
    第二是耐久性,，剛才講了納米結(jié)構(gòu)非常容易損壞，自然界的結(jié)果用微米保護納米,，但是用化學方法,，一說出來它就是納米結(jié)構(gòu),，這個微米很難做到，也沒法調(diào)控,，但是用激光可以調(diào)控,。
    所以我們用微米保證納米以后，我們做的耐久性,，就非常好,。我們做的沙子磨損實驗，磨了70次,。我們也有沖沙實驗,，沖了60分鐘,。還用交代粘,，粘的500次以后還是有耐久。這是我們做的實驗,，經(jīng)過這樣處理以后,，仍然沒有改變超疏水的狀態(tài)。我們目前已經(jīng)達到可以工業(yè)運用的量級,，我們還專門做了風動吹沙和吹塵的實驗,，可以達到航空的要求。
    抗結(jié)冰也是另外的難題,，我們也做了系統(tǒng)研究,，什么樣的結(jié)構(gòu)在低溫下能夠保持穩(wěn)定，一般表面11分鐘,，這個水滴下面就變成冰了,，我們24小時還不結(jié)冰，這個非常好,。主動抗結(jié)冰,，因為飛機表面一般都是有加熱裝置，我們在已有的飛機原有的加熱裝置情況下,，我們在超疏水表面,，再做實驗。現(xiàn)在我們完全可以消除飛機翅膀前邊結(jié)冰,，我們節(jié)能可以達到70%,。一般的表面是50度，它冰還會結(jié),，我這個表面5度完全可以避免結(jié)冰,，非常有前景。
    超疏水還有什么別的應用,？我們研究生做了一個很有意思的研究工作,。沙漠里面有一種甲殼蟲，一部分親水，一部分疏水,。在早上空氣溫度比較低的時候,，只要空氣里面有一點濕度，甲殼蟲就把尾巴翹起來,，吸收一定的水,，所以即便在沙漠里面，它仍然有能力,。我們基于這樣的研究,，最近發(fā)了一篇不錯的論文，我們集中自然界三種動物,，一個就是剛才說的甲殼蟲,，它是疏水和親水圖案化，我們把它做成超疏水和超親水,。再利用仙人掌,，水滴從中間驅(qū)動到底下，所以仙人掌也不怕沒水,。我們再利用樹葉的葉脈的結(jié)構(gòu),，把這三種結(jié)構(gòu)集中起來，我們設計了一個新的超疏水的結(jié)構(gòu),，像這樣,。周圍粉紅色的是超疏水，把中間變成仙人掌,，就會有自驅(qū)動的功能,。這樣我們就可以把周圍地方的水全部吸收起來，到水庫這個地方,，我們就可以把水集中起來,，高效收集起來。
    先模擬三種狀態(tài),，第一種是甲殼蟲狀態(tài),，第二是平衡狀態(tài)，第三是仙人掌的狀態(tài),。這種情況下溫度下降以后收集的水都是隨機分布,，都是分布在這個點上。中間的點上平衡的,，平行的,，所以水滴會集中在任何可能的地方。但是右邊我只要做成三角形的,，所有的水都會集中在右邊比較寬的地方,，因為它有一個驅(qū)動,。
    這樣我們就可以把周圍地方的水全部收集過來，大家看這個視頻,。一會兒我這個地方就收了好多水,。系統(tǒng)研究一下，即便在位置比較低的地方,，我的水也是可以從低往高處流,，因為我的驅(qū)動力足夠大，可以把水從底下驅(qū)動到表面上,，各個角度我們都試驗過,，無論是垂直、左右,，都可以把水收集過來,。收集水的效率非常高，比甲殼蟲高70多倍,。所以我們的設想,，只要在沙漠里面,，我?guī)б黄�這樣樹葉狀的結(jié)構(gòu),，在沙漠里面我就有水喝。
    剛才講的第一個應用是超疏水應用,，第二是高抗反的應用,，它非常有應用前景，2013年我們發(fā)了一篇文章,，多孔三合（音）的結(jié)構(gòu),，里面有孔、有開,、有點,、有細顆粒。在這樣的表面我們得到了非常低的反射率的表現(xiàn),，從300納米到300微米這樣大的范圍內(nèi),，它的抗反性能非常好，我不知道有沒有引申的功能,，沒往那方面考慮,。
    2017年，我們采用了納米菜花的結(jié)構(gòu),，把它進一步下降,，1.73，更下降了,。后來做了微那雙級調(diào)控的方法,，我們得到了當時世界上最低反射率的金屬表面,，只有1.4左右。
    我們在這個基礎上講到雙級結(jié)構(gòu),，在中紅上得到了最低的反射率,。有一次奧地利率代表團來，我們也交流一下,，他們有一個ARRI公司對我們非常感興趣,，我們做了幾個樣品給他展示，我們在鋁合金表面,，比如說12種非常高抗反的材料,，這個比較好一點。
    我們在金屬表面做了非常大的納米波紋的結(jié)構(gòu),，金屬表面就是彩虹顏色,。我們也可以實現(xiàn)高抗反跟超疏水的結(jié)合。第三方面是高敏感性,，因為現(xiàn)在氫燃料汽車非常熱門,，從石油制成氫，但是從石油變成氫,，我們一方面消耗了石油,，另一方面我們造成了二氧化碳的排放溫室氣體。最好的辦法是直接把水分解成氫和氧,，但是常規(guī)工業(yè)電解水效果很低,，消化了大量的能量。我們就是把激光做的納米結(jié)構(gòu),，作為電催化的電極用來制氫和制氧,，這是我們第一個工作。我們第一個工作在金屬表面做了納米絨毛的結(jié)構(gòu),，把它用在水分子上,。左邊是陰極，右邊是陽極,，加上兩伏的電,，左邊冒出很多氫氣，右邊冒出很多央企,，是金屬鎳的納米絨毛結(jié)構(gòu),。不同的微納結(jié)構(gòu)有很多功能，要挖掘它的性能,。
    現(xiàn)在工業(yè)上用的都是泡沫的鎳,，我們的性能比泡沫鎳要更好一點。我們會有一系列的測試,，看它的性能指標等等,。激光做的剛才講納米結(jié)構(gòu),，非常穩(wěn)定，我們用到什么地方以后它的穩(wěn)定性都非常好,。大家看到左邊的這條紅線非常穩(wěn)定,，右邊這紅線也是非常穩(wěn)定，說明激光做的納米結(jié)構(gòu)確實是穩(wěn)定的,。
    我們再考慮鎳比較貴,，能不能更便宜一點，我們找了不銹鋼,，把不銹鋼表面做成納米結(jié)構(gòu),，我們來分解。左邊是氫氣,，右邊是氧氣,，冒出來，這個效果非常好,，我們申請了國際專利,。我們把它做成氧機，用來制氫制氧,�,？吹街蒲跣�率非常好��
    還有一個可能的應用,，我們知道鋰離子的電池用得非常多,，但是大家都覺得鋰離子電池作為汽車里程有點近，不夠,，原因是量不夠。目前已知的容量最大的是什么材料,，硅,，工作一段時間以后硅就會裂解掉。我們用激光處理,，讓它變成納米硅的結(jié)構(gòu),，這是表征，我們會發(fā)現(xiàn)它的充放電性大幅度提高,。
    我們的目標希望能夠?qū)W習自然,，超越自然，有些方面我們做到了,，但是還有好多方面,，我們還有很長的路要走。我看了兩個加號,，表示我們做得比較好,，超疏水方面我們比荷葉做得更好一點,，超親水是一樣，定向潤濕好一點,，自清潔好一點,，減阻。我們現(xiàn)在團隊要產(chǎn)業(yè)化,，找到幾個產(chǎn)品,，因為我們這些技術(shù)實際上好多方面都非常有應用前景，也希望能夠像王總這樣,，把小東西變成有用的東西,，也很大，但是需要有人去做,。
    好,，謝謝大家。

提問：有一個問題,，您最后說要做成產(chǎn)業(yè)化,，所以我有一個問題，就是效率和成本的問題,。
    鐘敏霖：這是幾乎所有人都會問我的問題,，我前面提到激光一個很大的難度之一，兩大挑戰(zhàn)是穩(wěn)定性,、耐久性,，第三大挑戰(zhàn)就是怎么樣提高效率。飛機上標準化是A4紙大小,，原來24小時做一片,，現(xiàn)在是1個半小時做1片，我希望明年10分鐘左右做1片,，這樣覺得可以吧,？還有它的面積大概七個平米，我不到一周可以做一架,，您覺得可以了吧,。
    提問：我過去聽過您的報告，今天我依然聽的如癡如醉,，非常棒,。請教一個問題，您是從自然學習了很多,，例如說在微米結(jié)構(gòu)基礎之上進行納米化,。在實驗室如果純粹把這個比例結(jié)構(gòu)做很好的特性，你微米基礎上進行納米化和純粹納米化之間的區(qū)別,，如果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用的時候,，會有什么樣的價格,？
    鐘敏霖：實際上搞化學的人有N多的辦法，把一個表面做一下就出納米,，但是這種納米制造的問題不太耐久,。功能不穩(wěn)定，因為它容易損壞,。我們激光的好處就是我可以用微米來保護納米,，因為我們的微米就相當于成千上萬小山包表面覆蓋納米結(jié)構(gòu)，所以我們前邊做的磨損試驗,，可以把它磨掉,，但是我周圍的納米還在，所以我這個性能肯定比化學方法做的平的表面好,。我們也對比過,，平的表面沙子磨一下，馬上就什么都沒了,。我們可以磨六七十次,，仍然還有，這個耐久性就顯著提高,。
    從性能來講,，如果說是超疏水性能，光納米結(jié)構(gòu)不是那么好,，有了微米和納米結(jié)構(gòu)性能反而更好,。所以為什么荷葉表面性能這么好？因為它有微米和納米,。光有微米也可以實現(xiàn)超疏水,，但是性能非常不穩(wěn)定，溫度稍微加一點,，沒了,。
    提問：非常贊同，我的意思在微米基礎上實現(xiàn)納米化,，把它提高到兩個或者更多的數(shù)量級，這里面存在著一個問題,，如果只是拿著沙子去磨,，肯定有一天要把納米給磨掉。這個實際的期限,，可能對于不同的case by case肯定不一樣,，這是不是定的標準？
    鐘敏霖：實際現(xiàn)在很多人在研究,，論文都是成千上萬篇,，但是最后發(fā)現(xiàn)應用非常難,，原因就是穩(wěn)定性和耐久性不行，所以常規(guī)很難解決,。至少目前我們已經(jīng)比那時候好很多,，我們應該說是有可能把它用得非常好。但是有些地方你要做,，他肯定受不了,。有些地方可以用得很好，就看用到什么地方,，要發(fā)揮它的長處,。
    提問：您的這個應用前景非常廣闊，我們做激光器,，超半導,。您剛才提到效率提升的過程中，對激光器有什么要求,？
    鐘敏霖：穩(wěn)定性要非常好,，穩(wěn)定性如果不行，今天做的跟明天不一樣,，而且這個結(jié)構(gòu)變化了以后,，性能也會變，所以穩(wěn)定性特別重要,，功率高一點,、低一點也可以，穩(wěn)定性如果不行就沒法用,。切割焊接的時候沒問題,，做納米結(jié)構(gòu)很敏感。
    提問：鐘老師一直帶領著我們向前進,，已經(jīng)一二十年了,。您在選擇這個方向的時候，你是根據(jù)自己的長項還是前沿,？同時對于研究生主要要求的能力在哪里,，是有探索性的精神，還是我有把握肯定能做出來,。因為咱們原來的方向差不多,，后來您轉(zhuǎn)到這來，非常棒,，非常成功,，一般人不敢邁出這一步，您認為是因為清華大學，或者因為您本人,，或者是因為什么,，讓您自己做的轉(zhuǎn)型非常快,，特別成功,？謝謝。
    鐘敏霖：我本科是學激光專業(yè)畢業(yè)的,，1983年到現(xiàn)在一直做激光,，30多年。前二十年我做激光3D打印等,，我們做了最早的脫模噴水（音）也申請了發(fā)明專利,，也給王教授、徐工,、黃教授他們都用過,。但是我覺得在清華，我們做工程的在清華不太有利,，在華中做工程有非常好的環(huán)境,。清華每一個團隊教授非常有限，不超過10個人,，我們周圍沒這個環(huán)境,，也沒有這個氣氛。而且現(xiàn)在我們在材料學院,，拼命地要發(fā)論文,，我如果不發(fā)論文，可能就死定了,。所以我當時在2004年的時候,，雖然我們有3D打印，有非常好的技術(shù),，激光服務,，我們也做了很多。但是從我個人來講,，我還是找另外一個方向,，人家說扭頭就走。甚至我們前期參與好多的工作,，后來兩期專項全部不參與,，專門做微納米，發(fā)現(xiàn)微納米非常有應用前景,，而且非常有意思。我選擇的主要的標準，我們要發(fā)展研究,，我本身是學工科出身的,，所以我還是要兼顧本身的應用。所以現(xiàn)在選擇這個應用,，我們搞物理,、化學的比我們強多了，肯定比我們強多了,。但是純粹搞物理化學的人做東西不行,，不知道從哪下手。現(xiàn)在清華要求鼎天立地,，我們現(xiàn)在沒碰到天,，也沒挨著地，在中間晃悠著,。
    提問：鐘老師,，問您一個問題，您在做表面納米結(jié)構(gòu)的時候,，最大的深度是多少,？
    鐘敏霖：沒有影響。到300微米,。
    提問：要用皮秒還是飛秒,？
    鐘敏霖：激光最大的好處就是你想做多深都可以，激光這么多的參數(shù),，給了我們很多的自由度,。一次不夠可以掃一百次，原來30微米,，現(xiàn)在變成60微米,，你再掃一百次可以變成90微米，一樣的,。
    提問：好,，謝謝。
    提問：鐘老師您好,，很久以前就聽您在這方面做得很好,，今天頭一次聽您報告，想問的很多,。我想問一下您在表面疏油這一塊做過嘗試沒有,？
    鐘敏霖：做過，吉林大學的蘇（音）老師應該比我早得多,，他們團隊做得非常好,，我跟他稍微方向不同,。其實有兩個原因，因為油比水低很多,，油大概30多,。所以一般的微納結(jié)構(gòu)超疏水非常好，超疏油就不行,。國際有一篇論文,，如果要疏油就必須倒插式的結(jié)構(gòu)。我們一般都是柱子,，上面小,，下面大，柱子,，倒著來,，因為倒著來可以有向上的力，可以把它強度做大,。我們有一個碩士研究生做的工作,，先是在平面上，因為倒插結(jié)構(gòu)一般方法可以做,，但是這個成本很高,，也做不了太大。還有一個纖維的方法,，因為它是表面上,，下表面直接以下還有一丁點，上面比下面大,，所以有一些纖維的表面有一定的疏油功能,。
    我們的想法：第一，在激光表面提供一個微米柱上的納米草,，實現(xiàn)了疏油,。什么原因？因為把它放在平面上,，下面倒插結(jié)構(gòu)非常少,，如果把這個纖維放再一個三維的柱子表面豎起來，倒插的結(jié)構(gòu)就會出來很多,，比平的表面出來很多,，所以通過這樣我們實現(xiàn)了完全的疏油。


激光制造與再制造技術(shù)及應用研討會 介紹

會議以激光技術(shù),、增材制造及再制造相關(guān)光電技術(shù)為主題,，針對航空航天交通領域高質(zhì)量復雜產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈以及全壽命維護等迫切需求，開展面向增材制造及再制造的設計,、材料,、工藝及裝備,、檢測以及標準規(guī)范等相關(guān)光電技術(shù)應用研討，提升增材制造及再制造技術(shù)的數(shù) 字化,、智能化,、高穩(wěn)定能力，驅(qū)動中國制造高質(zhì)量發(fā)展,。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯，為我國實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提供了難得的重大機遇,。制造業(yè)是創(chuàng)新驅(qū)動的主戰(zhàn)場,，推動制造業(yè)先進性發(fā)展，是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效,、重塑產(chǎn)業(yè)競爭力,，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。大力發(fā)展先進制造業(yè),，是加快制造強國建設步伐,，加速推動經(jīng)濟發(fā)展由數(shù)量和規(guī)模擴張向質(zhì)量和效益提升轉(zhuǎn)變的重要途徑，以實際行動貫徹落實黨的十九大精神的具體體現(xiàn),。

主辦單位：
中國光學工程學會
北京亦莊國際投資發(fā)展有限公司
承辦單位：
國際激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)及應用協(xié)同聯(lián)盟
再制造技術(shù)國家級重點實驗室
高能束流加工技術(shù)國家級重點實驗室
增材制造航空科技重點實驗室
高能束流增量制造工藝及裝備北京市重點實驗室
會議網(wǎng)址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html