一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法

本发明涉及一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，更具体地，本发明涉及一种在液体环境下，通过激光照射金属微球光热效应产生的热量迅速汽化周围液体，在金属微球表面产生剧烈的蒸汽泡的方法。

背景技术：

1、蒸汽泡在光热转化过程中作为重要的光热载体，由于其瞬态高能的动态特性，在靶向治疗，传感，太阳能吸收，以及癌症治疗等领域显示出了巨大的应用潜力。目前蒸汽泡的生成主要集中在等离激元效应，高能量瞬时释放或者高压放电等手段。其中等离激元效应主要是通过连续激光照射纳米贵金属阵列，金属表面电子被激发，导致金属表面局部高温。高压放电主要依赖于电火花放电时产生的高温，而高能量瞬时释放过程为聚焦脉冲激光作用于液体时，其功率密度超过液体的击穿阈值时会产生高温高压的等离子体。以上三种方法均在液体中产生了局部大量的热量，进而加热周围液体，生成蒸汽泡。

2、然而以上生成方式存在贵金属、脉冲激光设备的高价值，以及电火花放电过程中电极对蒸汽泡生成过程中的影响无法估计的问题，导致蒸汽泡的光热转化介质加工工艺复杂，对高价值设备的要求较高，另外光热介质主要集中在纳米尺度。因此，扩展加工简单，成本较低、适用性强的光热材料介质或设备，一直是该领域内亟待解决的关键问题，同时微米级金属材料光热转化生成蒸汽泡的方法研究较为匮乏。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明提出一种简单、无需高价值设备和特殊的光热介质制备方式的蒸汽泡生成方法。通过低成本的连续激光辐照浸没在液体中的金属微球，利用光热效应产生大量的热，汽化金属微球周围的液体，进而生成微秒时间内成核、生长、溃灭的蒸汽泡。

2、为实现上述目的，本发明包括：提供一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，该方法使用连续波激光，经过物镜聚焦后照射在放置于液体中、通过胶水固定在基底的金属微球表面；调整激光光斑和金属微球表面的相对位置，保证光斑中心和金属微球中心重合；当打开激光后，由于光热效应导致热量在金属球体以及液体域中传递；当液体内温度达到了蒸汽泡成核的温度后，蒸汽泡在金属微球激光辐照点处成核、生长、溃灭；随激光功率越低、金属微球的直径越大，蒸汽泡成核所需时间越长，伴随热量在液体内传导的时间越长，导致过热液体体积越大，对应蒸汽泡的生长、溃灭时间越长，同时蒸汽泡的最大尺寸越大。

3、进一步的，所述的金属微球为纯金属或合金金属微球，包括但不限于镍、铜、铁、钛及其对应的合金等。

4、进一步的，所述的光热效应主要为激光的能量通过电子吸收，通过碰撞等方式将能量传递给金属晶格，晶格吸收能量后导致金属升温，进而实现激光能量到金属的光热转化。

5、进一步的，所述的液体包括但不限于水，乙醇，离子液体等。

6、进一步的，所述的固定在基底的金属微球，包括但不限于金属微球状态为固定，静置放置，或处于运动状态等。

7、进一步的，所述的连续波激光为单束激光或者多束激光，高斯光、贝塞尔光、艾里光、环形光或者其他特殊光束，通过光热效应生成的热量迅速汽化金属微球周围液体，进而生成蒸汽泡。

8、进一步的，通过改变输入激光的功率，能够改变蒸汽泡的生长、溃灭时间。

9、进一步的，通过改变输入激光的功率，能够改变蒸汽泡的最大尺寸。

10、进一步的，通过改变金属微球的直径，能够改变蒸汽泡的生长、溃灭时间。

11、进一步的，通过改变金属微球的直径，能够改变蒸汽泡的最大尺寸。

技术特征：

1.一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，所述方法包含以下内容：提供一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，该方法使用连续波激光，经过物镜聚焦后照射在放置于液体中、通过胶水固定在基底的金属微球表面；调整激光光斑和金属微球表面的相对位置，保证光斑中心和金属微球中心重合；当打开激光后，由于光热效应导致热量在金属球体以及液体域中传递；当液体内温度达到了蒸汽泡成核的温度后，蒸汽泡在金属微球激光辐照点处成核、生长、溃灭；随激光功率越低、金属微球的直径越大，蒸汽泡成核所需时间越长，伴随热量在液体内传导的时间越长，导致过热液体体积越大，对应蒸汽泡的生长、溃灭时间越长，同时蒸汽泡的最大尺寸越大。

2.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：所述的金属微球为纯金属或合金金属微球，包括但不限于镍、铜、铁、钛及其对应的合金等。

3.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：所述的光热效应主要为激光的能量通过电子吸收，通过碰撞等方式将能量传递给金属晶格，晶格吸收能量后导致金属升温，进而实现激光能量到金属的光热转化。

4.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：所述的液体包括但不限于水，乙醇，离子液体等。

5.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：所述的固定在基底的金属微球，包括但不限于金属微球状态为固定，静置放置，或处于运动状态等。

6.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：所述的连续波激光为单束激光或者多束激光，高斯光、贝塞尔光、艾里光、环形光或者其他特殊光束，通过光热效应生成的热量迅速汽化金属微球周围液体，进而生成蒸汽泡。

7.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：通过改变输入激光的功率，能够改变蒸汽泡的生长、溃灭时间。

8.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：通过改变输入激光的功率，能够改变蒸汽泡的最大尺寸。

9.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：通过改变金属微球的直径，能够改变蒸汽泡的生长、溃灭时间。

10.根据权利要求1所述的一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，其特征在于：通过改变金属微球的直径，能够改变蒸汽泡的最大尺寸。

技术总结本发明涉及光热转化领域，特指一种利用激光照射液下金属微球生成表面蒸汽泡的方法，该方法使用连续波激光，经过物镜聚焦后照射在放置于液体中、通过胶水固定在基底的金属微球表面；调整激光光斑和金属微球表面的相对位置，保证光斑中心和金属微球中心重合；当打开激光后，由于光热效应导致热量在金属球体以及液体域中传递；当液体内温度达到了蒸汽泡成核的温度后，蒸汽泡在金属微球激光辐照点处成核、生长、溃灭；随激光功率越低、金属微球的直径越大，蒸汽泡成核所需时间越长，伴随热量在液体内传导的时间越长，导致过热液体体积越大，对应蒸汽泡的生长、溃灭时间越长，同时蒸汽泡的最大尺寸越大。技术研发人员：王玉亮,夏晨亮,胡秩彬受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4