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

2019年6月28日,，激光制造與再制造技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì) 在北京興基鉑爾曼酒店召開(kāi)�,，F(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)人士眾多,，南極熊3D打印網(wǎng)是本次研討會(huì)的合作媒體。


下面是現(xiàn)場(chǎng)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(xué)鐘敏霖教授介紹“超快激光納米結(jié)構(gòu)制備與創(chuàng)新應(yīng)用”

鐘敏霖：大家上午好,，很高興有機(jī)會(huì)跟大家交流一下我們最近十年來(lái)的一些工作,。原來(lái)給我是30分鐘，現(xiàn)在40分鐘,，所以可以說(shuō)一點(diǎn)閑話,。
    第一，今年1月1日開(kāi)始,，我擔(dān)任《中國(guó)激光》的執(zhí)行總編,，《中國(guó)激光》是目前國(guó)內(nèi)在激光領(lǐng)域最有影響的刊物，而且現(xiàn)在國(guó)家也提倡把好的成果發(fā)表在祖國(guó)大地上,，所以我特別歡迎大家把好的研究工作向《中國(guó)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(guò)目，所以只要是好的論文,，一定不會(huì)漏掉的,。
    第二，6月1日開(kāi)始擔(dān)任美國(guó)激光協(xié)會(huì)主席,，現(xiàn)在正好美國(guó)跟中國(guó)打貿(mào)易戰(zhàn),，所以我這個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)挑戰(zhàn)。我們知道目前從激光領(lǐng)域來(lái)講,，有三個(gè)方面的熱點(diǎn)研究方向,，一個(gè)是高端激光裝備，像高動(dòng)力的超快激光和高動(dòng)力工業(yè)型的,，比如萬(wàn)瓦級(jí)甚至十萬(wàn)瓦級(jí)工業(yè)應(yīng)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(guó)有一個(gè)大學(xué)教授,，是激光領(lǐng)域非常有名的專(zhuān)家,，他曾經(jīng)說(shuō)過(guò)這樣一段話,。文件非常有用。我們現(xiàn)在的目標(biāo)是希望（英文）,。王總已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一條目標(biāo),，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(gè)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(yīng)用”。主要四個(gè)方面,，一個(gè)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?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)有神奇的性能,，所以我們可以開(kāi)發(fā)出一系列的創(chuàng)新的應(yīng)用,。先考慮一下納米結(jié)構(gòu)，因?yàn)榧{米目前是材料領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向之一,，我們都知道納米相當(dāng)于10的負(fù)9次方米,，或者是10億分之一米，七萬(wàn)分之一頭發(fā)絲大小,，因?yàn)槲覀兊念^發(fā)死是70微米,。納米非常小，三四個(gè)原子那么大,，所以有納米效應(yīng),。一個(gè)是表面和界面效應(yīng)，小尺度效應(yīng),，量子效應(yīng),，宏觀量子隧道效應(yīng)。所以無(wú)論任何材料,，一旦它的結(jié)構(gòu)縮小到納米尺度的時(shí)候,，都有神奇性能。目前研究最熱門(mén)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(yīng)用過(guò)程中,，我們碰到兩個(gè)重大的難題，一個(gè)就是納米材料如何分散,，因?yàn)榧{米的小尺度效應(yīng),，所以?xún)蓚�(gè)納米顆粒碰到一起一定會(huì)聚集，它長(zhǎng)到一定的尺度以后,，所有的納米特性就會(huì)消失,。你只要碰到一起，它繞不開(kāi),，因?yàn)樗�這個(gè)結(jié)合能力非常強(qiáng),。所以如何把納米材料均勻分散在一個(gè)體系里面,，這是一個(gè)大的難題，所有的納米材料都會(huì)碰到這樣的問(wèn)題,，分散不好,，性能達(dá)不到，雖然看起來(lái)很漂亮,。
    第二個(gè)問(wèn)題就是穩(wěn)定,，因?yàn)楝F(xiàn)在大部分用的都是納米的顆粒，納米顆粒你要用到一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域里面,，一般來(lái)講我們要變得大,，所以還是要把納米顆粒結(jié)合到一個(gè)宏觀上面。納米顆粒在工作的過(guò)程中,，很多就掉出來(lái),，一掉出來(lái)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?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)本來(lái)就分散,，本來(lái)就穩(wěn)定,，這是我選擇納米結(jié)構(gòu)的第一個(gè)原因。第二個(gè)原因,，因?yàn)樽匀唤缋锩娼?jīng)過(guò)千百年進(jìn)化,，進(jìn)化出來(lái)獨(dú)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(huì)吸到水滴上去，水滴滾落上來(lái),，所以就干凈,，自清潔功能。壁虎可以隨時(shí)調(diào)整粘貼力,，爪子上有成千上萬(wàn)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(yú)游得非�,？�,，所以有減阻結(jié)構(gòu),。這些是逐漸進(jìn)化以后,，形成的納米結(jié)構(gòu)沒(méi)有分散問(wèn)題，也是穩(wěn)定,，我選擇這個(gè)方向的第二個(gè)原因,。
    自然界里面有微米、納米,，微米提供機(jī)械穩(wěn)定性,、靈活性、強(qiáng)度,。納米提供性能,，目前納米有13類(lèi)神奇的性能。比如說(shuō)紅色的是跟荷葉相關(guān)的,，超疏水,、超親水、定向潤(rùn)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(huì)大幅度增加,，所以自然界進(jìn)化的結(jié)果是以微米、納米,，納米是功能,，微米用來(lái)保護(hù)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有結(jié)構(gòu)納米很容易破壞,，因?yàn)榧{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(gè)功能不是我來(lái)做,，有仿生學(xué)家專(zhuān)門(mén)研究，當(dāng)然還有一些新的探索,，會(huì)設(shè)計(jì)出來(lái)新的納米結(jié)構(gòu),，自然界有的或者沒(méi)有。我們的任務(wù)是拿激光把那些納米結(jié)構(gòu)做出來(lái),，能夠調(diào)控,，這樣我們就實(shí)現(xiàn)像王總做的那么漂亮都是有用的，否則看起來(lái)很漂亮,，但是沒(méi)用,。這幾年我們的團(tuán)隊(duì)人不多,，也就9到10人，我們承擔(dān)了一些國(guó)家的重大項(xiàng)目,，其他的教授也不在乎經(jīng)費(fèi),，沒(méi)什么問(wèn)題。我們博士研究生一年只招一個(gè),，我們?nèi)比�,，�?xiàng)目沒(méi)問(wèn)題，經(jīng)費(fèi)沒(méi)問(wèn)題,，但是缺人,。
    我們運(yùn)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(gè)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(guò)去十年,，國(guó)際上超快激光發(fā)展非常快,，產(chǎn)生了所謂的新一代的超快激光,，什么特點(diǎn)？可以達(dá)到數(shù)百飛秒或者皮秒,。平均功率很高,，我實(shí)驗(yàn)室平均功率150飛秒，德國(guó)已經(jīng)做出1000瓦飛秒,，明年參加亞運(yùn)會(huì)可能做到10000瓦飛秒,，發(fā)展非常快,。
    重復(fù)程度比較高,，有了這三個(gè)特點(diǎn)以后，我可以寫(xiě)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(méi)涉及到，因?yàn)闆](méi)有這個(gè)手段�,，F(xiàn)在有這個(gè)手段,，德國(guó)做出來(lái)的第一臺(tái)的40瓦的飛秒激光，先放在實(shí)驗(yàn)室，用了半年,，我們學(xué)生用了感覺(jué)很好用,，就把它買(mǎi)下來(lái)。我這個(gè)團(tuán)隊(duì)就是對(duì)新一代超快激光,，德國(guó)人也在用，我們應(yīng)該是比較早的團(tuán)隊(duì)之一,。
    但是,，物理里面學(xué)過(guò)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(jì)上面是多少。如果我們把數(shù)字統(tǒng)計(jì)當(dāng)作1,，就是說(shuō)我把激光弄到最小,，大概是二分之一波長(zhǎng)。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(duì)應(yīng)的尺度,。
    當(dāng)然,，我們現(xiàn)在做的芯片，用什么激光做的,？波長(zhǎng)13.5那米極紫外激光,。極紫外激光，現(xiàn)在國(guó)際上只有荷蘭能做,。一套裝備多少錢(qián),？1.5億美元，顯然我們工業(yè)學(xué)校是用不起那樣的裝備,，我們大家能用的就是上面的這個(gè)常用波長(zhǎng),，那個(gè)大概多少？從幾十萬(wàn)到一二百萬(wàn),，我買(mǎi)的激光大概在200萬(wàn)以?xún)?nèi),，那可能是用的這個(gè)，后面1.5億,。也就是說(shuō)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(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)來(lái)講，對(duì)近場(chǎng)光學(xué),，聚焦鏡的距離小于1個(gè)波長(zhǎng)的時(shí)候,，這叫近場(chǎng)光學(xué)，我們有很多的辦法,，可以實(shí)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(yīng),，是能夠突破衍射極限的,，但是遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)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(qiáng)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(tuán)隊(duì)十年做了兩件事，一個(gè)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(méi)有調(diào)控就做不出來(lái)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?yàn)槲易龅闹饕�是金屬材料。這個(gè)過(guò)程超快激光非�,？�,，所以這個(gè)過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及到數(shù)字模擬,。我演示的是美國(guó)有一個(gè)教授,，他們專(zhuān)門(mén)做數(shù)字模擬，模擬超快激光跟經(jīng)濟(jì)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(guò)程,。實(shí)際上這中間的過(guò)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(lái),，這需要十多年的積累。有了這個(gè)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(gè)不太難，大家有這個(gè)裝備都可以做,。我們可以做任何的微米結(jié)構(gòu),，因?yàn)槌�快激光都是跟（英文）連在一起,，計(jì)算機(jī)可以編程,，沒(méi)有問(wèn)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(qǐng)了好多專(zhuān)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(jí)調(diào)控能力,，以后我們就非常強(qiáng)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(lèi)性能定義了五大領(lǐng)域,，每個(gè)領(lǐng)域都有市場(chǎng)研究,。
    第一是超疏水和應(yīng)用。第二是高抗反技術(shù)與應(yīng)用,。第三是高敏感性技術(shù)與應(yīng)用,。第四是界面結(jié)合力調(diào)控與應(yīng)用。第五是生醫(yī)與檢測(cè)應(yīng)用,。今天時(shí)間有限,，給大家匯報(bào)前三點(diǎn)。
    我們?cè)诔�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(gè)微米級(jí)小鼓包，有納米級(jí)蠟絲。通過(guò)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?yàn)樗�滴下面在微納米結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成了成千上萬(wàn)個(gè)小氣囊,，這些小氣囊把水滴跟固體相當(dāng)于分開(kāi),，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(kāi)始狀態(tài),，用開(kāi)始描述。這個(gè)特性是低黏性,，是荷葉的特性,。但是一旦這個(gè)水滲透到這個(gè)結(jié)構(gòu)里面，就變成另外一種狀態(tài),，這個(gè)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(huì)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(méi)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?cè)谌魏谓饘俦砻娲竺娣e過(guò)水，性能指標(biāo)優(yōu)于荷葉,。大家可以看到超疏水水滴到表面上以后,，會(huì)完全的流下去。我們實(shí)現(xiàn)了組合材料的超疏水,，這個(gè)性能都非常好,。我們也實(shí)現(xiàn)了玻璃的完全透明和超疏水，這個(gè)也有相當(dāng)大的難度,。左邊是激光處理完以后的玻璃,，透明性幾乎沒(méi)什么減少,，右邊是正常的玻璃。我們實(shí)現(xiàn)玻璃的防護(hù),，玻璃不粘霧,，周?chē)�可以看得�?jiàn)。
    做了前面這些工作以后,，我們可以寫(xiě)很多論文,，但是如果考慮運(yùn)用，我還有三大難題要解決,，這個(gè)難題遠(yuǎn)遠(yuǎn)比我做超疏水表面難得多,。像王總前面說(shuō)的，要把它用起來(lái)可以開(kāi)發(fā)很多的挑戰(zhàn),。三大挑戰(zhàn)是什么,，剛才說(shuō)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(huì)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(gè)問(wèn)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(guó)際難題。怎么樣實(shí)現(xiàn)抗結(jié)冰,？超疏水是抗結(jié)冰的基礎(chǔ),，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(wèn)題,，我們做的很多的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可以?xún)?yōu)化出來(lái),，什么樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較小,。這是我們得到一個(gè)非常高穩(wěn)定性的表面,，可以把水滴壓成什么也看不見(jiàn)，分開(kāi)以后它仍然是疏水的,，這個(gè)難度非常大,，一般的表面變成這個(gè)狀態(tài)以后完全失效。
    我們也請(qǐng)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(guò)這樣下去以后，我們目前得到的穩(wěn)定性是國(guó)際上最好的,。這個(gè)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(gè)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(kāi)始狀變成玫瑰花狀,，就失效了,。
    我們研究了多級(jí)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(hù)納米,，但是用化學(xué)方法,，一說(shuō)出來(lái)它就是納米結(jié)構(gòu)，這個(gè)微米很難做到,，也沒(méi)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(shí)驗(yàn),，磨了70次,。我們也有沖沙實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn),，經(jīng)過(guò)這樣處理以后,，仍然沒(méi)有改變超疏水的狀態(tài),。我們目前已經(jīng)達(dá)到可以工業(yè)運(yùn)用的量級(jí)，我們還專(zhuān)門(mén)做了風(fēng)動(dòng)吹沙和吹塵的實(shí)驗(yàn),，可以達(dá)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(gè)水滴下面就變成冰了,，我們24小時(shí)還不結(jié)冰,，這個(gè)非常好。主動(dòng)抗結(jié)冰,，因?yàn)轱w機(jī)表面一般都是有加熱裝置,，我們?cè)谝延械娘w機(jī)原有的加熱裝置情況下，我們?cè)诔�疏水表��,，再做�?shí)驗(yàn)�,，F(xiàn)在我們完全可以消除飛機(jī)翅膀前邊結(jié)冰，我們節(jié)能可以達(dá)到70%,。一般的表面是50度,，它冰還會(huì)結(jié)，我這個(gè)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(yīng)用？我們研究生做了一個(gè)很有意思的研究工作,。沙漠里面有一種甲殼蟲(chóng),，一部分親水,，一部分疏水,。在早上空氣溫度比較低的時(shí)候，只要空氣里面有一點(diǎn)濕度,，甲殼蟲(chóng)就把尾巴翹起來(lái),，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(cuò)的論文,，我們集中自然界三種動(dòng)物,，一個(gè)就是剛才說(shuō)的甲殼蟲(chóng)，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(dòng)到底下，所以仙人掌也不怕沒(méi)水,。我們?cè)倮�用�?shù)葉的葉脈的結(jié)構(gòu),，把這三種結(jié)構(gòu)集中起來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的超疏水的結(jié)構(gòu),，像這樣,。周?chē)�粉紅色的是超疏水，把中間變成仙人掌,，就會(huì)有自驅(qū)動(dòng)的功能,。這樣我們就可以把周?chē)�地方的水全部吸收起�?lái)，到水庫(kù)這個(gè)地方,，我們就可以把水集中起來(lái),，高效收集起來(lái)。
    先模擬三種狀態(tài),，第一種是甲殼蟲(chóng)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(jī)分布,，都是分布在這個(gè)點(diǎn)上。中間的點(diǎn)上平衡的,，平行的,，所以水滴會(huì)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(huì)集中在右邊比較寬的地方,，因?yàn)樗�有一個(gè)驅(qū)動(dòng)。
    這樣我們就可以把周?chē)�地方的水全部收集過(guò)來(lái),，大家看這個(gè)視頻,。一會(huì)兒我這個(gè)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?yàn)槲业尿?qū)動(dòng)力足夠大,，可以把水從底下驅(qū)動(dòng)到表面上,，各個(gè)角度我們都試驗(yàn)過(guò)，無(wú)論是垂直,、左右,，都可以把水收集過(guò)來(lái)。收集水的效率非常高,，比甲殼蟲(chóng)高70多倍,。所以我們的設(shè)想,，只要在沙漠里面，我?guī)б黄�這樣樹(shù)葉狀的結(jié)構(gòu),，在沙漠里面我就有水喝,。
    剛才講的第一個(gè)應(yīng)用是超疏水應(yīng)用，第二是高抗反的應(yīng)用,，它非常有應(yīng)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(kāi)、有點(diǎn),、有細(xì)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(méi)有引申的功能，沒(méi)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(jìn)一步下降,，1.73,，更下降了。后來(lái)做了微那雙級(jí)調(diào)控的方法,，我們得到了當(dāng)時(shí)世界上最低反射率的金屬表面,，只有1.4左右。
    我們?cè)谶@個(gè)基礎(chǔ)上講到雙級(jí)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(tuán)來(lái)，我們也交流一下,，他們有一個(gè)ARRI公司對(duì)我們非常感興趣,，我們做了幾個(gè)樣品給他展示，我們?cè)阡X合金表面,，比如說(shuō)12種非常高抗反的材料，這個(gè)比較好一點(diǎn),。
    我們?cè)诮饘俦砻孀隽朔浅４蟮募{米波紋的結(jié)構(gòu),，金屬表面就是彩虹顏色。我們也可以實(shí)現(xiàn)高抗反跟超疏水的結(jié)合,。第三方面是高敏感性,，因?yàn)楝F(xiàn)在氫燃料汽車(chē)非常熱門(mén),，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?cè)斐闪硕�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(lái)制氫和制氧,，這是我們第一個(gè)工作。我們第一個(gè)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(yáng)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(diǎn)。我們會(huì)有一系列的測(cè)試,，看它的性能指標(biāo)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(shuō)明激光做的納米結(jié)構(gòu)確實(shí)是穩(wěn)定的,。
    我們?cè)倏紤]鎳比較貴，能不能更便宜一點(diǎn),，我們找了不銹鋼,，把不銹鋼表面做成納米結(jié)構(gòu)，我們來(lái)分解,。左邊是氫氣,，右邊是氧氣，冒出來(lái)，這個(gè)效果非常好,，我們申請(qǐng)了國(guó)際專(zhuān)利,。我們把它做成氧機(jī)，用來(lái)制氫制氧,�,？吹街蒲跣�率非常好��
    還有一個(gè)可能的應(yīng)用,，我們知道鋰離子的電池用得非常多,，但是大家都覺(jué)得鋰離子電池作為汽車(chē)?yán)锍逃悬c(diǎn)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(shí)間以后硅就會(huì)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(huì)發(fā)現(xiàn)它的充放電性大幅度提高。
    我們的目標(biāo)希望能夠?qū)W習(xí)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(zhǎng)的路要走,。我看了兩個(gè)加號(hào)，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(diǎn),，超親水是一樣，定向潤(rùn)濕好一點(diǎn),，自清潔好一點(diǎn),，減阻。我們現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)要產(chǎn)業(yè)化,，找到幾個(gè)產(chǎn)品,，因?yàn)槲覀冞@些技術(shù)實(shí)際上好多方面都非常有應(yīng)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(wèn)：有一個(gè)問(wèn)題,，您最后說(shuō)要做成產(chǎn)業(yè)化,，所以我有一個(gè)問(wèn)題，就是效率和成本的問(wèn)題,。
    鐘敏霖：這是幾乎所有人都會(huì)問(wèn)我的問(wèn)題,，我前面提到激光一個(gè)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(jī)上標(biāo)準(zhǔn)化是A4紙大小,，原來(lái)24小時(shí)做一片,，現(xiàn)在是1個(gè)半小時(shí)做1片，我希望明年10分鐘左右做1片,，這樣覺(jué)得可以吧,？還有它的面積大概七個(gè)平米，我不到一周可以做一架,，您覺(jué)得可以了吧,。
    提問(wèn)：我過(guò)去聽(tīng)過(guò)您的報(bào)告，今天我依然聽(tīng)的如癡如醉,，非常棒,。請(qǐng)教一個(gè)問(wèn)題，您是從自然學(xué)習(xí)了很多,，例如說(shuō)在微米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上進(jìn)行納米化,。在實(shí)驗(yàn)室如果純粹把這個(gè)比例結(jié)構(gòu)做很好的特性，你微米基礎(chǔ)上進(jìn)行納米化和純粹納米化之間的區(qū)別,，如果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的時(shí)候,，會(huì)有什么樣的價(jià)格？
    鐘敏霖：實(shí)際上搞化學(xué)的人有N多的辦法,，把一個(gè)表面做一下就出納米,，但是這種納米制造的問(wèn)題不太耐久。功能不穩(wěn)定,，因?yàn)樗�容易損壞,。我們激光的好處就是我可以用微米來(lái)保護(hù)納米，因?yàn)槲覀兊奈⒚拙拖喈?dāng)于成千上萬(wàn)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(yàn),，可以把它磨掉，但是我周?chē)�的納米還在,，所以我這個(gè)性能肯定比化學(xué)方法做的平的表面好,。我們也對(duì)比過(guò)，平的表面沙子磨一下，馬上就什么都沒(méi)了,。我們可以磨六七十次,，仍然還有，這個(gè)耐久性就顯著提高,。
    從性能來(lái)講,，如果說(shuō)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?yàn)樗�有微米和納米,。光有微米也可以實(shí)現(xiàn)超疏水,，但是性能非常不穩(wěn)定，溫度稍微加一點(diǎn),，沒(méi)了,。
    提問(wèn)：非常贊同，我的意思在微米基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)納米化,，把它提高到兩個(gè)或者更多的數(shù)量級(jí),，這里面存在著一個(gè)問(wèn)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(gè)實(shí)際的期限，可能對(duì)于不同的case by case肯定不一樣,，這是不是定的標(biāo)準(zhǔn),？
    鐘敏霖：實(shí)際現(xiàn)在很多人在研究，論文都是成千上萬(wàn)篇,，但是最后發(fā)現(xiàn)應(yīng)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(shí)候好很多,，我們應(yīng)該說(shuō)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(zhǎng)處,。
    提問(wèn)：您的這個(gè)應(yīng)用前景非常廣闊，我們做激光器,，超半導(dǎo),。您剛才提到效率提升的過(guò)程中,，對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)變化了以后,，性能也會(huì)變,，所以穩(wěn)定性特別重要,，功率高一點(diǎn),、低一點(diǎn)也可以，穩(wěn)定性如果不行就沒(méi)法用,。切割焊接的時(shí)候沒(méi)問(wèn)題,，做納米結(jié)構(gòu)很敏感。
    提問(wèn)：鐘老師一直帶領(lǐng)著我們向前進(jìn),，已經(jīng)一二十年了,。您在選擇這個(gè)方向的時(shí)候，你是根據(jù)自己的長(zhǎng)項(xiàng)還是前沿,？同時(shí)對(duì)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(lái),。因?yàn)樵蹅冊(cè)瓉?lái)的方向差不多,，后來(lái)您轉(zhuǎn)到這來(lái)，非常棒,，非常成功,，一般人不敢邁出這一步，您認(rèn)為是因?yàn)榍迦A大學(xué),，或者因?yàn)槟�本��,，或者是因�(yàn)槭裁矗�讓您自己做的轉(zhuǎn)型非�,？�,，特別成功？謝謝,。
    鐘敏霖：我本科是學(xué)激光專(zhuān)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(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利，也給王教授,、徐工,、黃教授他們都用過(guò),。但是我覺(jué)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(gè)團(tuán)隊(duì)教授非常有限，不超過(guò)10個(gè)人,，我們周?chē)鷽](méi)這個(gè)環(huán)境,，也沒(méi)有這個(gè)氣氛。而且現(xiàn)在我們?cè)诓牧蠈W(xué)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(dāng)時(shí)在2004年的時(shí)候,，雖然我們有3D打印，有非常好的技術(shù),，激光服務(wù),，我們也做了很多。但是從我個(gè)人來(lái)講,，我還是找另外一個(gè)方向,，人家說(shuō)扭頭就走。甚至我們前期參與好多的工作,，后來(lái)兩期專(zhuān)項(xiàng)全部不參與,，專(zhuān)門(mén)做微納米，發(fā)現(xiàn)微納米非常有應(yīng)用前景,，而且非常有意思,。我選擇的主要的標(biāo)準(zhǔn)，我們要發(fā)展研究,，我本身是學(xué)工科出身的,，所以我還是要兼顧本身的應(yīng)用。所以現(xiàn)在選擇這個(gè)應(yīng)用,，我們搞物理,、化學(xué)的比我們強(qiáng)多了，肯定比我們強(qiáng)多了,。但是純粹搞物理化學(xué)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(méi)碰到天,，也沒(méi)挨著地，在中間晃悠著,。
    提問(wèn)：鐘老師,，問(wèn)您一個(gè)問(wèn)題,，您在做表面納米結(jié)構(gòu)的時(shí)候，最大的深度是多少,？
    鐘敏霖：沒(méi)有影響,。到300微米。
    提問(wèn)：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(lái)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(wèn)：好,，謝謝。
    提問(wèn)：鐘老師您好,，很久以前就聽(tīng)您在這方面做得很好,，今天頭一次聽(tīng)您報(bào)告，想問(wèn)的很多,。我想問(wèn)一下您在表面疏油這一塊做過(guò)嘗試沒(méi)有,？
    鐘敏霖：做過(guò)，吉林大學(xué)的蘇（音）老師應(yīng)該比我早得多,，他們團(tuán)隊(duì)做得非常好,，我跟他稍微方向不同。其實(shí)有兩個(gè)原因,，因?yàn)橛捅人�低很��,，油大�?0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(guó)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(lái)，因?yàn)榈怪鴣?lái)可以有向上的力,，可以把它強(qiáng)度做大,。我們有一個(gè)碩士研究生做的工作,，先是在平面上，因?yàn)榈共褰Y(jié)構(gòu)一般方法可以做,，但是這個(gè)成本很高,，也做不了太大。還有一個(gè)纖維的方法,，因?yàn)樗�是表面��,，下表面直接以下還有一丁點(diǎn)，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(gè)微米柱上的納米草,，實(shí)現(xiàn)了疏油,。什么原因？因?yàn)榘阉�放在平面��,，下面倒插結(jié)構(gòu)非常少,，如果把這個(gè)纖維放再一個(gè)三維的柱子表面豎起來(lái)，倒插的結(jié)構(gòu)就會(huì)出來(lái)很多,，比平的表面出來(lái)很多,，所以通過(guò)這樣我們實(shí)現(xiàn)了完全的疏油。


激光制造與再制造技術(shù)及應(yīng)用研討會(huì) 介紹

會(huì)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(duì)航空航天交通領(lǐng)域高質(zhì)量復(fù)雜產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈以及全壽命維護(hù)等迫切需求，開(kāi)展面向增材制造及再制造的設(shè)計(jì),、材料,、工藝及裝備、檢測(cè)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等相關(guān)光電技術(shù)應(yīng)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(dòng)中國(guó)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(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式形成歷史性交匯，為我國(guó)實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略提供了難得的重大機(jī)遇,。制造業(yè)是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的主戰(zhàn)場(chǎng),，推動(dòng)制造業(yè)先進(jìn)性發(fā)展，是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效,、重塑產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,，實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè),，是加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)步伐,，加速推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由數(shù)量和規(guī)模擴(kuò)張向質(zhì)量和效益提升轉(zhuǎn)變的重要途徑,，以實(shí)際行動(dòng)貫徹落實(shí)黨的十九大精神的具體體現(xiàn)。

主辦單位：
中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)
北京亦莊國(guó)際投資發(fā)展有限公司
承辦單位：
國(guó)際激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用協(xié)同聯(lián)盟
再制造技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
高能束流加工技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
增材制造航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
高能束流增量制造工藝及裝備北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
會(huì)議網(wǎng)址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html