多维多尺度形状纳米金属结构的激光复合成形与功能化制造新方法研究

本项目针对国家自然科学基金委重大研究计划"纳米制造的基础研究"2009年重点资助领域"基于物理/化学/生物等原理的纳米尺度制造"而提出，项目基于多技术复合思想，利用激光快速成形离散堆积方法在目标体表面沉积微观/介观/宏观（多尺度）、一微/二微/三维（多维）形状的特种金属，利用选择性腐蚀脱合金方法去除其中的某元素获得纳米多孔金属结构，项目系统研究孔洞材料选择性纳米级去除理论、纳米多孔结构生长动力学与成形理论，多维多尺度形状纳米多孔结构的纳米孔径、形态控制及性能演变规律，纳米多孔结构的修饰、组装功能化制造方法；对其纳米性能进行表征，探索在纳米器件、纳米传感等方面的应用潜力。本项目提出了一种纳米结构成形与纳米尺度功能化制造新方法，同时兼具纳/微/宏(跨尺度)制造特征，有可能在纳米多孔成形理论、纳米多孔修饰组装制造方面产生突破性结果，对于发展我国特色的原创纳米制造新技术有重要研究意义和价值。

本项目探索一种原创性的微纳米多孔金属结构的激光复合成形与功能化制造新方法，该方法复合了激光快速成形离散堆积成形方法与选择性腐蚀脱合金方法。项目深入研究了选择性纳米级多孔结构的生长,微纳米结构的形成，微纳米结构的调控策略以及微纳米结构的功能化。经过3年的系统研究，项目取得如下成果：（1）提出并实现了一种新的金属纳米结构制造方法，具备纳米尺度制造、多尺度/跨尺度、多维微纳米结构制造能力，实现了微米和纳米尺度的调控及微纳米结构的功能化；（2）发展了激光沉积CuMn合金复合选择性去除活性组元Mn的方法，实现了可控尺度的纳米多孔Cu结构，最小孔径35.2nm、孔隙率84.5%、比表面积65.3 m2/g；（3） 发展了激光沉积CuMn合金复合选择性去除惰性组元Cu的方法，首次实现了可控尺度的三维Mn纳米线结构，线径为30纳米，具有超高粗糙度因子(990)；（4）发展了激光沉积CuMn合金复合短脉冲激光烧蚀复合脱合金的方法，实现了可调尺度的Cu微纳米双结构，微米结构高度在2-120微米范围内可调控，纳米多孔结构平均孔径在20 nm-1微米范围内可调控；（5）发展了微纳米结构的功能化方法，证实其具备良好的甲基橙降解、CO催化转化、表面拉曼增强、光学吸收和超疏水性等性能。其中表面微纳米结构的甲基橙光降解率为78%，表面微纳米结构与水的最大接触角为158°。本项目发表论文12篇（SCI 8篇, EI 3篇），受邀撰写英文新书《Laser Surface Engineering》1章；1篇论文被日本科学技术振兴机构翻译成日文在线发布于日本“科学技术月报”；项目期间负责人参加了13次国际会议，其中6次担任会议主席，4次做大会主题报告，5次邀请报告；还参加了德/中美双边会议和4次国内会议。根据项目计划与英国曼切斯特大学进行了紧密的合作，双方分别互派研究生3人和2人，共同发表论文5篇。