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Opto-ElectronicEngineering光电工程Features2017年,第44卷,第12期1230激光微纳加工领域的代表人物编者按:自1960年激光问世以来,激光制造技术经历了以激光打标、激光表面处理、激光切割、激光打孔和激光焊接等为代表的激光宏观制造技术,以激光精密切割、激光精密钻孔和激光烧蚀等为代表的激光微加工技术,和以激光制备纳米颗粒、激光诱导表面微纳米结构、干涉光刻和近场纳米制造为代表的激光微纳加工技术等多个发展阶段,覆盖了从毫米到纳米等不同的尺度,成为不可或缺的先进制造技术.
其中,激光微纳加工技术涉及光学、物理、材料、化学、生物、信息、控制、机械、纳米科技等学科,必将推动制造及相关学科的深入发展,并为航空、能源、集成电路制造、国防、汽车、生物医疗等领域实现跨越式发展提供重要的制造支撑.
各国科研工作者纷纷投身于激光微纳加工技术的研究之中,以期用先进的科技力量,改写人类社会的工业文明.
作为行业研究中的佼佼者,美国的陆永枫教授、英国的李琳教授、日本的杉冈幸次教授以及我国的钟敏霖教授正以其卓越的科研成就引领着激光微纳加工领域的发展方向.
激光纳米制造开拓者——陆永枫图1陆永枫.
陆永枫(1963-),博士,现任美国内布拉斯加大学电气工程系Lott主席教授,中国长江学者奖励计划讲座教授,美国激光学会(LaserInstituteofAmerica,LIA)、美国光学学会(theOpticalSociety,OSA)、国际光学工程学会(SocietyofPhoto-OpticalInstrumentationEngineers,SPIE)、国际光电子与激光工程学会(InternationalAcademyofPhotonics&LaserEngineering,IAPLE)会士,美国内布拉斯加州立材料与纳米科学中心顾问委员会委员,松下波士顿实验室顾问,LIA董事会成员,曾任2014年LIA主席.
他于1984年获清华大学学士学位,于1988年和1991年分别获得日本大阪大学硕士和博士学位,1991年至2002年任教于新加坡国立大学,此后于2002年加入美国内布拉斯加大学林肯分校,并于当年成立了激光辅助纳米工程实验室.
陆永枫教授在基于激光的微/纳米结构材料加工和表征领域已开展科研工作30余年,是激光微/纳米制造领域的开创人之一.
陆永枫教授的研究方向包括激光增材和减材三维微纳加工,激光辅助扫描探针光刻,激光压印可调谐光子带隙晶体,三维定向碳纳米管的激光辅助合成与集成,激光辅助沉积类金刚石碳、金刚石和碳/氮化合物薄膜,石墨烯图案与亚波长结构的激光直写,激光诱导击穿光谱,大气激光剥蚀质谱,二维材料的超快非线性光学成像,生物医学领域相干反斯托克斯拉曼光谱及成像,以及激光照射下纳米粒子的行为.
他领导研究小组从固体表面激光去除纳米颗粒(俗称激光清洗),并通过微粒中的光学共振进行纳米级图案化.
他是第一批在理论上提出模型来解释在激光照射下纳米粒子在固体表面上的行为并且在纳米球中利用激光诱导光学共振实验获得亚波长纳米结构的研究人员之一.
他与工业界密切合作,开发了激光蚀刻、激光清洗、激光切割、激光钻孔、激光表面纹理和激光冲击强化等商业产品.
陆永枫教授主持了来自美国国家科学基金、美国海军、美国空军、美国能源部、美国运输部和企业的多项重大科研项目.
他的研究小组在过去十年间从政府机构和私人公司获得的科研经费超过2500万美元,并且目前有13个资助项目,总计640多万美元.
他先后在国际重要学术期刊上发表学术论文近400多篇,会议论文400余篇,获得美国发明专利近20项,被邀请作国际会议主题或特邀报告百余次,在历届国际激光与光电子应用(InternationalCongressonOEE|Features1231ApplicationsofLasersandElectro-Optics,ICALEO),美国西部光子学会议(PhotonicWest),激光与光电子大会(ConferenceonLasersandElectro-Optics,CLEO)等重要国际激光会议上均担任过大会主席、分会主席或会议学术委员会成员.
陆永枫教授还是美国自然科学基金评审人,以及《Nature:ScientificReports》、《NatureCommunications》、《ACSNano》等重要学术期刊的审稿专家;并担任《JournalofLaserApplications》的主编以及《Light:ScienceandApplications》和《ScientificReports》两本知名学术期刊的编委.
陆永枫教授的相关研究成果受到国际同行的广泛认可和高度关注,他因此获得了包括德国国际激光奖(InternationalLaserAward)等多项激光界最主要的国际性奖励以及新加坡国家科技奖(1998年唯一获奖人).
2016年美国激光学会授予他肖洛奖(SchawlowAward),以表彰他在激光科学研究方面的长期贡献.
2017年美国内布拉斯加大学授予他杰出研究和创新活动奖(OutstandingResearchandCreativeActivityAward).
陆永枫教授已培养博士27人,硕士研究生31人.
现有博士研究生12人.
他还担任数十名博士后和客座教授的导师,2016年被美国内布拉斯加大学授予杰出博士后导师奖(OutstandingPostdoctoralMentorAward).
国际激光微纳加工研究领域杰出学者——李琳(LinLi)图2李琳(LinLi).
李琳,男,英国皇家工程院院士,英国曼彻斯特大学激光工程研究中心主任,国际光子学和激光工程学会(IAPLE)主席(2013~2015),美国激光学会主席(2016),英国工业激光用户协会主席(2017~2019),激光先进制造技术领域专家.
李琳教授于1982年获得大连理工大学电子工程系制动控制学士学位,1989年获得伦敦帝国理工学院激光工程博士学位.
1988至1994年在利物浦大学任职,担任高功率激光工程的博士后研究员,并在1994年在曼彻斯特科技学院(UniversityofManchesterInstituteofScienceandTechnology,UMIST)开始他的学术生涯(讲师),2000年晋升为正教授.
李琳教授在UMIST设立了第一个高功率激光加工研究实验室.
UMIST和维多利亚曼彻斯特大学(VictoriaUniversityofManchester)合并成立曼彻斯特大学(UniversityofManchester)后,李琳教授任激光加工研究中心主任,2004~2014年任先进制造技术研究组组长,于2009~2013年任曼彻斯特大学机械、航天、土木工程院副院长,并在2015~2018年期间任曼彻斯特大学自然科学与工程学部副部长.
李琳教授主要从事激光及材料处理技术以及应用方面的研究,带领课题组完成了一系列卓越的科研成果.
如与劳斯莱斯及路虎公司合作研发的激光清洁技术,已经应用于航空、汽车工业焊前材料表面准备,取代了传统的化学清洁方法,有效减少了废品和环境污染.
与BNFL合作研发的激光剥离技术可以将核废料的表面高污染物质分离出来,使其它部分作为低污染核废料处理.
李琳教授的团队与Delphi公司合作发明了倒孔钻孔技术,许多汽车企业将这一技术用于汽车柴油嘴加工,可以有效减少燃油耗费、降低环境污染.
其团队与DeLaRue公司合作研究了激光材料内部脱金属技术的科学问题.
目前许多国家已经将该技术用于纸币防伪.
李琳教授的研究团队与新加坡科学家合作,2011年研制出了微球超分辨率光学显微镜,实现了50nm光学分辨率,并发表在《NatureCommunications》杂志上.
该技术打破了光学衍射极限(200nm),实现了纳米结构和生物材料的超分辨率成像,引起全球媒体广泛报道.
该团队最近的研究方向是激光微纳米制造和纳米成像.
李琳教授先后在国际知名期刊上发表了论文350多篇,还有50份与激光加工和光子科学有关的专利.
他还经常在重要国际会议上担任大会主席、分会主席等职务,包括第36、37、38届MATADOR先进制造OEE|Features2017年,第44卷,第12期1232业国际会议的主席.
李琳教授2001年获得了机械工程师学会的亚瑟·查尔斯(Arthur-CharlesMain)奖,以表彰其在核设施拆除技术方面的激光应用工作.
并在2013年被授予皇家工程院颁发的弗兰克·维特爵士(SirFrankWhittle)勋章,以表彰其在创新先进制造技术产业化中的杰出成就.
2014年获得了英国皇家学会的沃尔夫森研究优秀(WolfsonResearchMerit)奖,同年获得曼彻斯特大学年度杰出成就奖(ResearcheroftheYear).
图3皇家工程院授予李琳教授的弗兰克·维特爵士(SirFrankWhittle)勋章.
日本超快激光加工技术的领跑者——杉冈幸次图4杉冈幸次.
杉冈幸次,男,美国激光学会(LIA)和日本激光加工学会(JapaneseLaserProcessingSociety,JLPS)理事会成员,SPIE、OSA、LIA和IAPLE会士,东京理科大学和东京电机大学客座教授.
杉冈博士分别于1984年、1986年和1993年在早稻田大学获得电子学学士、硕士和博士学位,并于1986年加入RIKEN,现任RIKEN先进光子中心RIKEN-SIOM联合研究部门的负责人.
他从2004年开始就成为东京电机大学的客座教授,2006~2014年东京理科大学客座教授,2016~2017年为东京大学客座教授.
作为材料加工和合成的重要工具,激光被广泛应用于实际工程.
杉冈博士被誉为超快激光加工技术的领跑者.
他对激光物质相互作用的基础研究以及在实际工程中的各种应用都做出了重要贡献,他在激光掺杂、激光刻蚀、激光表面改性、激光诱导选择性金属化、透明材料微细加工、真空紫外激光加工、激光表面纳米结构和三维微纳加工等方面的技术享誉国际.
目前,杉冈博士的研究兴趣主要包括微流控,超快激光加工、微电子和光电子的应用.
他的研究团队致力于研究和开发先进的激光加工技术,以实现低环境负荷、高质量、高效率的材料加工.
具体来说,利用飞秒和皮秒激光以极高的峰值强度发射超短脉冲,研制出了其他传统技术无法实现的新材料加工.
开发的技术包括三维微/纳米加工、高纵横比的加工和高质量的焊接材料,这些技术有望被应用于制造生物芯片和高功能的光子和电子微器件.
杉冈博士在国际期刊上以作者或者共同作者身份发表19篇特邀论文,在日本国内的同行评议期刊上发表170多篇文章.
他还出版了两本专著,撰写和出版了11章英文书籍和26章日文书籍,并编辑了2本国际书籍和4本日文书.
他拥有光学和激光应用领域的19项专利.
他在激光材料加工方面取得了17项大奖,在国际会议上进行了10次大会报告、7次主题报告、10次授课讲座,并在日本100多个会议上做特邀报告.
他还被邀请在许多学术和行业组织会议上发表演讲.
杉冈博士曾担任许多激光和激光应用国际会议的主席、联合主席和委员.
他是激光精密微细加工国际研讨会(InternationalSymposiumonLaserPrecisionMicrofabrication,LPM)创始人.
他还担任了期刊《激光微/纳米工程学报》(JournalofLaserMicro/Nanoengineering,JLMN)的主编和期刊《先进光学技术》(AdvancedOpticalTechnology,AOT)的编辑.
OEE|Features1233中国激光加工领域代表人物——钟敏霖图5钟敏霖.
钟敏霖,男,清华大学材料学院长聘教授,博士生导师,激光材料加工研究中心主任;美国激光学会(LIA)现任秘书长、执行董事会成员、候任主席(2018),会士;国际光电子与激光工程学会(IAPLE)前任主席、会士.
钟敏霖于华中科技大学取得学士学位,于清华大学取得博士学位,1997年6月至1998年12月,在法国焊接研究所激光中心和德国汉诺威激光中心从事博士后与访问研究.
钟敏霖自1983年起长期从事激光材料加工学术研究,包括激光微纳制造、激光表面工程技术、激光增材制造和新材料制备.
前期在激光熔覆、激光制备颗粒增强金属基复合材料、激光增材制造领域开展了长期的基础性研究,发表了一系列中外论文,发明的激光熔覆同轴送粉喷嘴曾被广泛使用,在国际刊物发表的激光熔覆综述论文得到全球1100多次阅读,指导山东能源机械集团将激光熔覆技术成功应用于强化矿山机械关键零件,为国内激光熔覆最大应用规模,产生了显著的经济效益和社会效益.
近期重点研究基于第二代高功率超快激光的微纳制造技术,在超快激光与金属材料作用机制、大面积高耐久微纳米结构制备原理、超宽光谱高效抗反、超疏水抗结冰研究、超快激光与石墨烯相互作用、基于微纳米界面结构的异种材料连接等方面开展系统研究,发表了一系列高影响因子论文,产生了良好的国际影响.
他承担完成了19项国际合作项目,包括英国皇家工程院合作项目、中德科学中心国际合作项目以及美、英、德、法、日知名企业的国际合作项目;承担或完成重点研发计划项目、973、国家自然科学基金重大国际合作项目、重点项目、面上项目及企业合作项目等40余项.
发表学术论文300多篇,授权与申请专利22项,出版著作4部.
获中国汽车工业科技进步奖、清华大学科研成果推广应用效益显著奖等.
图6钟敏霖课题组利用超快激光制备出最黑人工金属表面,并将成果以"GeneralStrategytowardDual-Scale-ControlledMetallicMicro–NanoHybridStructureswithUltralowReflectance"为题刊发在2017年7月的《ACSNano》期刊.
钟敏霖教授长期活跃于国际激光加工学术领域,担任40余次重要国际会议主席、共主席,包括PICALO-08国际会议总主席,IAPLE-13/14/15/16/17国际会议共主席、LAM-17/18国际会议共主席、SPIE/COS-17会议共主席、LPC-06/07/09/10/11/12会议共主席及ICFL-2011会议共主席等,以及一系列重要国内会议的主席、共主席等.
在ICALEO、IAPLE、LANE、METADOR、PhotonicsWest、LAMP、UKP、IWSLaserSymposium等美、英、德、日重要国际会议做大会报告、邀请报告40余次,以及一系列国内重要学术会议大会报告、邀请报告30余次.
2010年钟教授当选美国激光学会会士,为中国大陆唯一的会士,2015年当选国际光电子与激光工程学会主席,2016年当选美国激光学会秘书长和执行董事会成员,2017年当选美国激光学会2018候任主席.
他还担任了期刊《JournalofLaserApplications》资深编辑,《Light:Science&Applications》(英国自然出版集团)编委,《中国激光》终审常务编委,《金属热处理》编委,以及《红外与激光工程》编委.