激光烧蚀（Laser Ablation，LA）是一个十分复杂的过程。激光脉冲以一定深度击穿材料表面，这个深度通常在10nm范围内。激光产生的强电场使电子在一纳秒激光脉冲下，在10ps内从被轰击体中迁移出来。在电磁场中产生自由电子振荡，并且与块体靶材中的原子发生碰撞，因此将一定的能量传递给晶格，辐照表面随之被加热并蒸发。材料在足够高的激光流下转变成等离子体。等离子体中包含多种活性物质，包括原子、分子、电子、离子、团簇、微粒和熔融球体等，因此等离子体具有一些特殊的性质，例如高温（4000~5000K）、高压（10~20GPa）和高密度（>1023cm-1）等。因此，激光等离子体发射源与周围环境间产生了巨大的压力差，导致了等离子体羽快速扩散和冷却，这个过程是几乎绝热并且超音速的。等离子体在合适的冷凝条件（温度和压力）下，形核并且生长成一定的纳米结构。论文网

图1。1 典型的LAL装置

二十年前，激光烧蚀首先被应用于液相介质中制备纳米颗粒的胶体溶液（实验装置如图1。1所示）。脉冲激光经由透镜聚焦后，穿过液相介质并到达靶材与液相介质的界面[1]。LAL已发展成为一种制备金属或半导体纳米颗粒的重要方法。LAL与在真空或气体环境中的激光烧蚀方法略有不同，其液相介质不仅能有效控制制备参数，并且可以对产物的形貌和微观结构产生巨大的影响。液相中纳米颗粒的产生和修饰改性，以及其性能和应用，都呈现出的惊人前景，引起了众多科研团队的关注。

对LAL早期的研究主要关注两个方面：1）通过激光烧蚀（贵）金属靶材制备纳米颗粒； 2）对纳米颗粒的尺寸和形状进行修饰。近几年，除了合成传统金属纳米颗粒，有研究者开始充分利用LAL的特点，以制备具有新型形貌[2, 3]、微观结构、物相[4, 5]的纳米结构，这使得开发这些新型产物的新性能和应用成为可能，例如良好的生物检测[6, 7]和可控发光[8, 9]性能。

1。2 液相激光烧蚀的机制

激光烧蚀纳米结构主要有两种产生机制：1）热蒸发（形成蒸汽或等离子体相）以及与液相的相互作用；2）纳米液滴的爆炸性喷射。

1。2。1 热蒸发机制

对于热蒸发机制，Zeng等[8, 10]在水中采用Nd：YAG脉冲激光，分别对Zn、Fe、Si靶进行激光烧蚀，并对此进行了详细的研究。纳米结构的形成是热等离子体的超快速淬灭和与周围介质的相互作用综合造成的[10]。在使用固体靶材的情况下，例如图1。2所示的Fe靶，在脉冲激光发射后，固-液相界面的相互作用产生了高温、高压的Fe等离子体，随后的热等离子体超声绝热膨胀使等离子羽区快速冷却，形成了Fe团簇。生成的Fe团簇与周围的水溶液相互作用，最终形成FeO纳米颗粒。

图1。2 LAL生成FeO纳米颗粒的示意图

1。2。2 爆炸性喷射机制

另一个机制为爆炸性喷射模型，它解释了在长脉宽激光（即毫秒脉冲激光）下，金属氧化物和硫化物的纳米结构的形成，如图1。3所示。由于长脉宽激光的能量密度较低（106~107 W cm-2），激光烧蚀的最初产物主要为金属纳米液滴（图1。3a）。金属纳米液滴产生后高速喷射至液相介质中，并逐渐与周围介质反应[2]（图1。3b）。这种反应的深度和速率取决于液相活性和激光参数，从而其产物具有不同的形貌和化学成分[2]，（图1。3c）。因此，通过选用合适的液相介质、靶材以及激光参数，可对反应过程和最终产物进行调控。

图1。3 爆炸性喷射模型示意图：a）纳米液滴的形成；b）喷出的金属液滴与周围液相的反应；c）液相活性和激光频率对LAL所产生的纳米结构形貌的影响