飞秒激光诱导前向转移技术实现铂微结构的精密直写及其应用研究

本研究针对微纳制造中热损伤控制难题，采用飞秒激光诱导前向转移（fs-LIFT）技术，系统优化脉冲能量、脉冲数等参数，实现了铂纳米颗粒（PtNPs）的高精度沉积。该工作为燃料电池、电子器件等领域提供了热影响最小化的微结构制备新方案，推动精密制造技术发展。

　　

在微电子和生物医学工程领域，精密微结构的制备一直是核心技术挑战。传统光刻技术虽精度高，但流程复杂且成本昂贵；而常规激光加工又难以避免热扩散导致的材料性能退化。铂（Pt）因其优异的耐腐蚀性、高熔点和催化特性，在燃料电池、传感器等领域需求迫切，但其高熔点特性使得传统加工方法极易引发热损伤。如何实现铂材料的无损精密图案化，成为制约微型器件性能提升的关键瓶颈。

针对这一难题，来自中国的研究团队在《Optical Materials》发表论文，创新性地采用飞秒激光诱导前向转移（femtosecond laser-induced forward transfer, fs-LIFT）技术，通过216-fs脉冲激光（1030 nm波长）对500 nm厚铂膜进行精确转移。研究发现，通过调控脉冲能量（15-150 nJ）、重复频率（1 kHz）和扫描速度（50 μm/s），可实现对转移线宽（5-20 μm）的精准控制，并首次揭示了脉冲数对阈值通量的非线性影响规律——从单脉冲的0.43 J/cm²降至100脉冲的0.16 J/cm²，这种"孵化效应"为高效转移提供了理论依据。

关键技术包括：1）磁控溅射制备500 nm铂膜；2）216-fs飞秒激光系统（NA=0.40物镜聚焦）；3）光学表征结合SEM分析形貌；4）通过控制脉冲数（1-100 pulses/spot）研究孵化效应。

【Experimental】
研究采用直流溅射法制备铂薄膜，通过飞秒激光系统（Yb KGW，216-fs）结合高精度位移平台，系统考察了能量参数对转移形貌的影响。

【Results and discussion】

1. 线宽调控：脉冲能量从15 nJ增至150 nJ时，转移线半径由5 μm扩展至20 μm，呈现明显能量依赖性；
2. 孵化效应：多脉冲作用下阈值通量降低63%，证明累积效应对材料转移的促进作用；
3. 纳米颗粒生成：在优化参数下成功制备出铂纳米颗粒（PtNPs），其表面等离子体共振（SPR）特性为传感器应用奠定基础。

【Conclusions】
该研究确立了fs-LIFT技术制备铂微结构的最佳工艺窗口：单脉冲条件下需0.43 J/cm²阈值通量，而多脉冲可显著降低能量需求。这一发现不仅解决了高熔点金属精密加工的难题，更为燃料电池催化剂、柔性电子等领域的微器件制造提供了新范式。研究团队特别指出，该方法对热敏感材料（如生物分子）的转移具有普适性价值，未来可拓展至器官芯片等跨学科应用。

（注：全文数据均来自原文实验部分，专业术语如SPR、fs-LIFT等均按原文格式标注，作者J. M. P. Almeida等署名信息保留原始拼写）