近期，合肥工業大學儀器科學與光電工程學院吳思竹教授、勞召欣教授課題組在超快激光加工領域取得多項研究成果，相關論文分別發表于國際知名期刊《Advanced Functional Materials》、《Small》和《Corrosion Science》。

研究團隊將飛秒激光加工引導的雙向對稱毛細力自組裝用于手性光學結構加工。提出了一種基于角度補償和pH調控策略的雙向對稱手性微結構原位制備方法。該方法采用飛秒激光直寫構建pH智能響應性水凝膠微柱陣列，巧妙利用溶液蒸發產生的動態毛細力驅動自組裝過程，通過將智能材料動態響應特性與激光微加工精準操控相結合，突破了傳統手性結構調諧困難的瓶頸。為了克服傳統智能材料變形不對稱的問題，團隊引入了結構角度補償與pH協同調控策略，并建立了手性結構參數化設計模型。通過渦旋光探測技術，驗證了所制備手性微結構的對稱渦旋二色光譜特性。該進展以“Bidirectionally Symmetric Self-Assembly of Switchable Chiral Microstructures based on Angle Compensation and pH Regulation Strategy for Chiroptical metamaterials”為題于2025年2月11日發表在《Advanced Functional Materials》。

圖1. 飛秒激光加工引導的對稱調諧手性自組裝

研究團隊設計了一種電熱-磁復合驅動的形狀記憶微夾持器（EM-SMP）。該微夾持器通過飛秒激光加工技術實現高精度制造，并在形狀記憶聚合物基體中嵌入Fe?O?顆粒和電阻絲，從而能在電流和磁場作用下實現快速響應（響應時間約為0.9s）。該設計在操作過程中僅在夾持器張開時施加磁場，閉合則通過電熱觸發的形狀記憶效應完成，使其能夠在無磁干擾的情況下安全夾持磁性物體，并在冷卻后實現無需能耗的穩定鎖定狀態。此外，其獨特的爪形結構有效提升了負載能力，自重負載比高達2380，顯著增強了夾持性能。該進展以“High-Load Shape Memory Microgripper with Embedded Resistive Heating and Magnetic Actuation”為題于2025年2月3日發表在《Advanced Functional Materials》。

圖2. EM-SMP夾持器工作機理示意圖

研究團隊設計了一種磁/光雙響應形狀記憶夾持器。通過將Fe?O?納米顆粒嵌入形狀記憶聚合物（SMP）基體，賦予材料光熱轉換與磁響應特性。基于飛秒激光加工與模板復刻技術，制備了可精確調控的微結構夾爪。在近紅外光（NIR）與環形磁場協同作用下，夾爪通過光熱效應軟化并受磁力驅動展開至臨時開合態；撤去磁場后，其形狀可固定，而再次施加NIR則觸發形狀記憶效應恢復閉合態。實驗表明，該夾持器可操控跨尺度物體（微米級液滴至厘米級金屬件），最大負載達自身重量的1730倍，并能在密閉空間內精準轉移固體與液體。此外，其成功應用于多種微液滴操控及液態金屬電路控制，為微創手術器械與工業精密操作提供了創新解決方案。該進展以“A Versatile Dual-Responsive Shape-Memory Gripper via Additive Manufacturing Toward High-Performance Cross-Scale Objects Maneuvering”為題于2025年1月24日發表于《Small》。

圖3. 磁/光雙響應形狀記憶微爪磁熱協同驅動與跨尺度操控

研究團隊提出飛秒激光表面處理（FLSP）新策略。通過調控激光功率（100–400 mW）在LPBF鈦合金表面構建周期性納米波紋與微納分級結構，結合空氣暴露加速Ti2?氧化為Ti??，形成致密TiO?鈍化膜。實驗表明，FLSP處理后的樣品在3.5% NaCl溶液中腐蝕電流密度（icorr）由2.05 μA/cm2降至0.044 μA/cm2（降幅97.8%），鈍化電流密度（ip）降低70.8%，且呈現多層鈍化行為。XPS分析證實，空氣暴露30天后，表面Ti??占比提升，氧化膜厚度與致密度顯著增加，有效阻隔Cl?侵蝕。經過45天浸泡實驗，FLSP處理樣品未出現明顯局部腐蝕，驗證了其長效防護能力。該進展以“Femtosecond laser-induced micro/nanostructures facilitated multiple passivation and long-term anti-corrosion property of laser powder bed fused Ti-6Al-4V alloy”為題于2025年1月30日發表于《Corrosion Science》。

圖4.飛秒激光誘導微納米結構促進合金的多重鈍化和長期防腐性能

課題組與中國科學技術大學吳東教授、香港中文大學張立教授課題組等分別開展合作，相關研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、合肥工業大學優秀青年人才培育計劃等項目的支持，系列進展可以為先進制造、集成傳感器、智能機器人、生物醫療等領域提供重要技術支撐。