全新激光绘晶技术实现材料“按需”生长

发布:cyqdesign 2025-10-15 22:04 阅读:25

美国密歇根州立大学团队发现了一种“绘制”晶体的新方法。这种全新的激光绘晶技术,可在指定时间和位置“按需”生成晶体,为太阳能电池LED照明及医学成像等领域提供更精准的材料制造手段。这一突破性成果发表于最新一期《ACS Nano》杂志。

晶体几乎无处不在,从电视屏幕、烟雾报警器到超声波设备和声呐系统,它们独特的光学和电学特性支撑着现代科技的发展。但在传统的生长方法中,晶体往往在随机时间和位置生成,难以保证质量与一致性,这一不确定性长期制约着高性能器件的制造。

在哈雷尔集团的激光仪器中发现的分束器立方体的特写。

为解决这一难题,团队借助超快激光技术,首次实现了在纳米尺度上“绘制”晶体。他们选择在实验中生成卤化铅钙钛矿晶体,这是一类在LED、太阳能电池及医学成像中具有重要应用的材料。

与以往复杂的晶体生长步骤不同,团队没有使用种子晶体作为晶体生长模板,而是将激光瞄准一个微小而闪亮的目标,即直径不到人类头发千分之一的金纳米颗粒。当单束激光脉冲照射金纳米颗粒表面时,会产生瞬时加热,这种相互作用诱导了晶体的生长。利用高速显微技术,他们甚至能够实时观察这一过程的发生。

激光绘晶方法类似于用激光在金属或木材上雕刻图案,不仅能提升晶体制造的可控性,也为能源、电子和量子技术等领域提供了新的研究手段。同时,也帮助化学家进一步理解晶体形成这一长期难解的过程。

通过这种方法,团队可以让晶体在精确的时间和位置生长。他们能坐在显微镜前亲眼观看晶体诞生的第一瞬间,并能控制它的成长方向。接下来,他们计划进一步使用多种颜色的激光“绘制”更加复杂的晶体图案,并尝试制造传统工艺无法实现的新型材料。

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