地区：上海市 宝山区
关键词：北京理工大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004539
成果描述：
| 超快激光微纳制造是机械等领域的国际前沿基础热点，可为中国在航空航天、能源、IC、国防、汽车、生物等领域实现跨越式发展提供重要的制造支撑。该项目针对超快激光微纳制造中机理、方法及新材料制备展开了十余年研究：1)建立了量子等离子体模型，揭示了超快激光加工绝缘体机理。当加工作用时间短到飞秒和尺寸小到纳米时，材料的局部瞬时特性变化极为关键，许多经典的理论不再适用，建立了量子等离子体模型，首次能够预测飞秒激光加工形状，并预测了一系列反常效应，后被多个国家研究组实验确认。2)建立了改进双温度方程，揭示了超快激光加工金属机理。针对10余年未能突破的难题：微纳热传导基石之一的经典双温度方程仅适用于峰值电子温度远低于费米温度的情况（如超快激光低能量加热），不能正确描述高能量密度情况下的超短脉冲与金属相互作用（如超快激光加工），建立了改进双温度方程，成功解决了这一难题，极大地扩展了双温度方程的适用范围。3)提出超快激光微纳制造新方法并获得了重要应用。根据理论预测，提出了脉冲序列设计和共振吸收的超快激光微纳制造新方法，首次实现了制造中对局部瞬时电子动态及其对应材料特性的主动调节，使加工重铸层高度降低了约60%,效率提高了5-56倍，深径比/深宽比极限提高了30余倍，新方法被选定为国家重大专项之一的惯性约束核聚变工程中核心构件微靶靶球深孔的加工工艺。设计并加工了新型光纤微传感器及不同维度石墨烯器件，正在市场推广。发表主流学术会议主题/特邀报告55次，其中Keynote/Plenary报告12次。20篇主要论文SCI他引1562次，8篇代表作SCI他引962次，授权发明专利12项。获2014年教育部自然科学一等奖。推动了国际相关领域发展，如材料领域：美国前国家科学院院长F.Seitz创立的UIUC材料研究室以实验逐一验证了该团队模型主要假设和预测：“该现象在本质上与姜和蔡的预测吻合…弹坑形状与姜和蔡的预测十分接近”；机械领域：ASME/AAAS/SPIE/ISNM/AIMBE五会会士、加州大学S.C.Chen教授应用该模型成功解释了“飞秒激光辅助纳米加工”的原理：“姜和蔡提出了一个模型<,[9,10]>，该计算所用模型，除个别解释的地方外，大都从参考文献[10]而来”；化工领域：日本京都大学T.Maruyama教授专门发文验证该模型并拓展其应用：“该文目的是基于已有实验对比，讨论该等离子体模型在其它宽禁带材料中的应用”；物理领域：丹麦奥尔胡斯大学P. Balling教授用半页篇幅评述：“…通过姜等所提模型，可以计算电子密度和温度随时间、空间的演化规律…预测结果高度一致”。化学领域：诺贝尔化学奖得主、加州理工学院A.H.Zewail教授在论文中评价：“这样的模型对澄清激光诱导熔化和烧蚀具有重要意义”；电子领域：OSA会士、多伦多大学P.R.Herman教授在论文中将该团队所提方法列为“报导的飞秒激光最好的加工结果之一”。光学领域：意大利萨尼奥大学A. Cusano教授重点评述该团队所提的新型光纤传感器：“最高纪录是利用飞秒激光加工双空气孔马赫-曾徳尔干涉仪…”。 |
