二氧化钛兼具优异的光化学性质和光学性质，被广泛应用于能源材料、光学信息等领域的微纳功能器件中。二氧化钛的微纳加工与成形技术是二氧化钛微纳功能器件制备的关键技术基础。超快激光由于具有超短脉宽和超高能量峰值等特性而成为理想的微纳制造工具之一，近年来在二氧化钛的微纳加工领域中得到了广泛的关注。综述了超快激光加工二氧化钛微纳结构及功能器件的研究进展，包括二氧化钛的性质及应用、超快激光与二氧化钛的作用机理、二氧化钛微纳结构的超快激光加工技术，介绍了利用这些技术加工的二氧化钛光解水制氢器件、图案化结构色器件和光学加密器件等微纳功能器件，并对超快激光微纳加工技术在二氧化钛微纳结构及功能器件加工领域中的应用前景进行了展望。

随着科学技术的不断发展,新型能量转化和存储器件的研究受到了科学工作者的广泛关注,有望减小人类社会对化石燃料的依赖,构建全球能源新格局。激光具有能量密度高、空间分辨率高、可定制性强等特点,在先进功能材料的开发和新型能源器件的微纳结构构建方面具有独特的作用。概述了激光在新型能源器件和相关先进材料领域的研究进展,其中新型能源器件主要包括超级电容器、可充电电池、太阳能电池、水汽自发发电器件等;先进材料领域的研究进展涉及器件电极的激光微纳加工、材料的激光改性和功能化、器件结构的激光微结构构建、柔性能源器件制备等。最后,对激光在新型能源器件领域的相关研究进行了总结和展望。

开发了一种具备湿度刺激响应的复合水凝胶前驱体,并利用飞秒激光双光子聚合技术,对该智能响应水凝胶材料进行三维微纳成形制造。系统研究了激光功率和直写速度对该水凝胶材料成形中的线宽、墙高、溶胀度以及机械模量的影响规律,进一步通过对双层结构的有限元仿真和直写结构的设计,实现了三维微纳结构在外界环境刺激下的可控形变。理论计算和实验结果表明,激光功率和直写速度能实现对智能水凝胶材料三维成形和结构性能的精确调制,实现了双层水凝胶微结构的自主可编程形状转换,推动了微纳软体机器人和精细组织工程的发展。

随着便携式可穿戴电子产品的快速发展,亟需开发小型化柔性新能源储能器件与之匹配。平面型微型超级电容器(MSC)因具有功率密度高、循环寿命长、易于集成等特点,在微型储能器件中备受关注。在多种构建微型超级电容器的方法中,激光处理是一种便捷高效、可快速集成化的加工手段。鉴于此,综述了激光加工平面型微型超级电容器的研究进展,包括激光辅助构建微型储能器件的方式、典型的激光加工的平面型微型超级电容器及其电极材料,材料包括石墨烯类、MXene类、金属氧化物类、聚合物类以及金属有机框架(MOF)类等。同时,对激光加工微型超级电容器未来的发展趋势和面临的挑战进行了展望。

透明介质材料具有高透光性、高耐热性和良好的耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、微电子器件和光学元件等领域,这些应用对透明介质材料微纳加工的精度与质量提出了一定的要求。超快激光具有超高的峰值强度与超短的脉冲持续时间,可突破衍射极限并极小化热影响区,具有出色的加工精度与加工质量,为透明介质材料的微纳尺度加工提供了多样化的手段。综述了透明介质材料的超快激光微纳加工研究进展,包括超快激光加工透明介质材料的内部结构、相关机理和应用领域三个方面,并对透明介质材料的超快激光微纳加工进行了总结与展望。

物联网和可穿戴器件的快速发展对传感器的制备和性能提出了更高的要求。由于加工速度快、精度高、可控性强、易集成、与材料兼容性高等优点,激光微纳制造已逐渐成为一种流行的材料制备和器件加工技术。通过激光诱导加热、反应和分离这三种激光加工方式实现了对不同材料的激光处理,这为传感器的制备奠定了基础。近年来,研究人员利用激光微纳加工技术制备了应用于紫外线、气体、湿度、温度、应变/应力、生物、环境等信号监测的不同传感器。总结和归纳了目前存在的问题,展望了激光微纳制造在传感领域中的发展方向。希望文中对激光微纳制造应用于传感领域的介绍和总结能够为未来的研究和发展提供思路和参考。

为直接制备小尺度且具有可控形貌的导电聚合物微结构,利用一种基于飞秒激光的双光子聚合法,实现了聚苯胺在基底上任意位置处微纳米尺寸线条的精准可控制备。以苯胺为单体、硝酸为氧化剂,通过调控苯胺与硝酸的浓度,可以制备出具有不同形貌的聚苯胺微纳米线。不溶于水的苯胺高聚物在水相界面处合成,苯胺与硝酸的浓度及激光功率会影响水溶性苯胺低聚物的分布,进而影响聚苯胺微纳米线的形貌。当苯胺与硝酸浓度分别为0.69mol·L -1和0.60mol·L -1时,可制备出具有致密光滑形态、电导率为5.79×10 -6 S·cm -1的聚苯胺微纳米线。本研究为导电聚合物的制备及其在传感器、微型探测器等微纳米器件中的广泛应用提供了新思路。

物质的结晶在生物制药、大分子结构分析等领域有着重要的应用,这些应用对结晶结果(包括晶体数量、大小、晶型等)提出了一定的需求,而通过蒸发溶剂或改变温度使溶质析出结晶的传统方法,存在结晶结果难以控制的问题。近年来,超快激光在调控晶体形核生长中的应用得到了关注和研究。超快激光以其超快、超强的特点,在调控晶体形核与生长方面具有独特的作用,且具有热影响区域小、适用材料范围广等优势。本文综述了超快激光调控晶体形核生长过程的研究进展,主要包括超快激光诱导结晶形核、控制晶体生长过程以及晶面图案化加工三个方面,并对超快激光调控晶体形核生长研究的应用前景进行了展望。

氧化石墨烯(GO)是结构中含有部分含氧官能团的石墨烯衍生物,通过加热、化学反应和激光诱导等方法,该材料可以被还原。激光辐照可以诱导一定区域内的GO发生还原反应,具有灵活、区域选择性良好、无需特殊环境等优点。提出了一种基于空间整形的飞秒激光图案化加工GO的方法,即空间整形激光辐照法,分别采用空间整形激光辐照法和激光逐点扫描法在GO上加工图案,并对加工结果进行表征和对比,分析了辐照时间、激光通量等参数对加工结果的影响。结果表明空间整形激光辐照法可以图案化加工GO并使加工区域的GO被还原,从而提高图案化加工效率,且该方法具有良好的可重复性和图案灵活性,在制备GO基底的微电路、微器件方面具有应用潜力。