本文聚焦激光融合制造，從全局視角討論該工藝在柔性微納傳感器制造中的應用形式，依次介紹了激光增材、等材與減材三種制造方法，并重點分析加工機理與典型目標材料，突出了激光融合制造在柔性微納傳感中的技術優(yōu)勢。之后具體展示了激光融合制造在柔性物理、化學、電生理與多模態(tài)微納傳感器中的典型應用，并對相關研究及最新進展進行討論。最后，針對該領域現(xiàn)存技術挑戰(zhàn)與未來發(fā)展趨勢進行總結(jié)與展望。

二、激光增材制造

激光增材制造，即利用激光作為局部能量源，將納米前驅(qū)體材料加熱熔融（還原），并經(jīng)燒結(jié)、累加、逐層堆積形成功能結(jié)構(gòu)。迄今為止，基于激光加工的增材制造技術已與各類納米材料實現(xiàn)良好兼容，如納米顆粒（NP）、納米線（NW）、納米管（NT）、納米球等（圖2）。 金屬納米油墨作為典型的納米前驅(qū)體之一，主要包括以下幾類：1）單元素金屬納米油墨：如Au、Ag、Cu、Zn納米油墨等；2）金屬氧化物納米油墨：如CuO、NiO、Cu2O、ZnO納米油墨等；3）核殼雙金屬納米油墨；如Cu-Ag納米油墨等；4）合金金屬納米油墨：如Cu-Ni合金納米油墨、Au-Ag合金納米油墨、液態(tài)金屬合金納米油墨等。

圖2 激光增材制造技術特點及典型目標材料

三、激光等材制造

激光等材制造，即通過激光誘導界面反應，使材料在基本保持初始體量的同時改變其本征組織結(jié)構(gòu)和物化特性。目前，基于激光加工的等材制造正廣泛用于誘導改性碳基前驅(qū)體（如激光誘導石墨烯-LIG等），其生成產(chǎn)物具有良好力學性能與優(yōu)異電化學特性，是柔性功能器件中最有前途的材料之一。而且，激光誘導碳化產(chǎn)物可轉(zhuǎn)印至彈性聚合物（PDMS、Ecoflex、SEBS等），拓展了該技術的應用場景（圖3）。 作為一種典型的等材制造方法，激光誘導碳基前驅(qū)體生成石墨烯及其衍生物將LIG合成和圖案化一步融合，目前已拓展至包括含碳的多種聚合物（如PI、PEI、PAI、PEEK、PPS、PSU、PES、PPSU、PDMS、PR、PTFE等）、布料、紙張、食物、木材、樹葉等前驅(qū)體中。

圖3 激光等材制造技術特點及典型目標材料

四、激光減材制造

激光減材制造，即基于激光精確可控的熱效應以及直接能量去除機制對材料進行熱解、燒蝕、圖案化刻寫與微納結(jié)構(gòu)制造。其中，激光刻寫/切割常用于獲得特定輪廓形狀圖案和小尺寸、微型化器件；激光燒蝕/熱解可實現(xiàn)高效、高質(zhì)量去除材料，促進精密微加工；激光微納織構(gòu)可跨尺度形成多級復合結(jié)構(gòu)，并動態(tài)調(diào)控材料的界面性能，如激光誘導周期表面結(jié)構(gòu)（LIPSS技術）相較于燒蝕工藝可以生成更為復雜的表面納米結(jié)構(gòu)。基于激光加工的減材制造現(xiàn)被廣泛應用于增強壓力傳感器性能、實現(xiàn)高分辨互聯(lián)電路、構(gòu)建微流控系統(tǒng)等功能元件（圖4）。

圖4 激光減材制造技術特點及典型目標材料

五、總結(jié)與展望

激光融合制造涵蓋了光學工程、材料科學、機械制造等多學科內(nèi)容，以多脈沖、多波長激光為工具，充分集成增材、等材、減材多形式加工特點，將敏感單元的高效沉積、材料介質(zhì)的誘導改性與微納結(jié)構(gòu)的精密制造融為一體，為實現(xiàn)高性能柔性微納傳感器提供了有效解決方案。 雖然激光融合制造正在不斷豐富和拓寬柔性微納傳感器的加工渠道，然而面向?qū)嶋H應用場景，其發(fā)展仍存在許多挑戰(zhàn)，包括制造精度、制造效率、加工材料多樣性等。總之，激光融合制造將加速柔性微納傳感器的創(chuàng)新與迭代，開辟柔性電子制造新路徑，拓展激光加工應用新場景。

參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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