长春理工：飞秒激光辅助定域电化学沉积

近日，长春理工大学机电工程学院跨尺度微纳制造教育部重点实验室许金凯教授团队，在机械制造领域国际顶级期刊《国际机床与制造》（《International Journal of Machine Tools and Manufacture》，简称“IJMTM”，中科院一区，IF=18.8）上发表题为“一种新型电化学增材制造策略：飞秒激光辅助定域电化学沉积”（“A novel strategy for electrochemical additive manufacturing: Femtosecond laser-assisted localized electrochemical deposition”）的研究类论文。

《国际机床与制造》在学术界具有极高的影响力，2024年度全球接稿量仅有49篇。此次发表的研究论文，长春理工大学为第一通讯单位，机电工程学院博士研究生邹兆强为第一作者，任万飞副教授、许金凯教授为共同通讯作者。

定域电化学沉积（LECD）技术在制造微尺度三维金属结构方面具有显著优势，传统LECD技术长期受困于一个核心矛盾：提高沉积效率会导致沉积质量下降，内部缺陷增多，降低结构力学性能，而追求精度又需要牺牲速度。这种效率与质量难以兼得的困境，严重限制了电化学沉积技术的发展。该论文提出了一种创新性解决方案：飞秒激光辅助定域电化学沉积（FsLA-LECD）技术，通过将飞秒激光辐照与电化学沉积微区精确耦合，并利用激光能量调控电化学沉积过程，同步实现高性能复杂金属微结构的高效制造。

研究从“点—面—体”演化全过程，揭示了激光辐照对传质过程、成核动力学及晶粒生长演化的调控作用。实验与计算分析表明：激光在反应微环境中诱导的马兰戈尼效应增强了微区电解液补充能力，使沉积电流密度显著提升，最终实现15.47μm³/s的体积沉积速率，在保证沉积质量的同时，沉积效率提升3倍以上，成功制备出等直径、竹节状及沙漏形等多种微结构。此外，脉冲激光能量驱动阶梯式电流增强，在铜微结构内诱导纳米孪晶形成，使其屈服强度达到1.08GPa，显著超越传统电化学沉积材料。研究证明FsLA-LECD技术兼具高效制造与增强力学性能的双重优势，可有效解决沉积速率与制造质量相互制约的电化学沉积固有难题，为高性能微制造创新方法奠定了研究基础。