激光器是20世纪最伟大的发明之一,具有发射出的激光质量纯净、光谱稳定、方向准直、能量密度大的优异特点。光流控技术在微流控系统、生物、化学基础研究以及医学器件中具有大量的应用,利用光驱动流体具有能量无损耗,无接触无污染,时间空间上易精确控制等优异特点。由于光子具有线动量与机械动能,将激光的动量传给流体并高效精确地控制流体一直是近几十年的研究热点所在。目前的方法大多是利用光-热,光-电等能量转换方法将光的能量间接转移到流体中,可以实现毫米每秒的运动速度。2017年,通过纳秒脉冲激光入射金纳米颗粒水溶液产生的光致超声驱动流体运动现象,将激光驱动流体速度提升到4 cm/s的级别,随后,通过金离子注入石英基板实现了激光对流场的实时驱动,使其在微流控方面具有更广阔的应用前景。但是对于光致超声器件的制备材料器件选取与机理依然存在很多未知,离子注入金属和基板材料对光致超声的性能影响尚未系统性地研究,实现高驱动力、长寿的光致超声驱动流体器件仍然是一个挑战。本研究基于光致超声驱动流体运动与离子注入的研究,进一步从理论与实验上进行激光驱动流体器件的制备优化与机理研究。本项目从驱动流体持续时间与驱动流速两个角度设计了相应的实验研究不同参数对器件的影响。对比了不同基板厚度、不同离子注入浓度对器件驱动液体流速的影响,发现流场速度随注入浓度的增大而变强,这说明了光声效应的驱动能力与吸光度相关;在同样的条件下对比了铁,金,钨三种金属注入的器件对液体驱动的最大速度与器件驱动寿命,发现金的初始速度最快,这与其较高的热导率相关;但是铁与钨具有更优的流场持续能力,能在激光照射至10到30分钟后保持速度基本不发生变化,这与其相对较高的金属熔点密切相关。也分析对比了注入基板种类对器件性能的影响,综合看来石英基板能给予器件最好的流场寿命与流场强度,因为其导热系数较低且由于晶体形状和较高机械强度导致粒子析出较少。最后,本项目还设计实验探讨了在不同激光功率下时低功率预处理与否对器件性能的影响。另外测量了在120 m W的激光功率下的最大速度,金,铁都可以达到分米每秒的数量级别,这比之前记录的同等功率下的速度提升了3到4倍,这为后续光致超声驱动流体机理研究提供了实验依据,并推动了光致超声驱动流体器件的实际应用。