1960 年，人类点亮了第一台红宝石激光器。那束最初被视为「神奇之光」的深红光，此后一路走进工厂、实验室与手术台——如今，它又「握」起了微纳尺度的画笔，在材料表面画出肉眼难以分辨的精细结构，并在这方寸之间，「雕刻」出能感知脉搏、呼吸与气体的微型传感器。

从「激光原理」到「加工技术」，再到「材料制备—传感器设计—实际应用」，一条完整的技术脉络，正藏在这本新书里。

✦ 01 ✦ 激光，凭什么「精准」

激光之所以能在微纳世界里游刃有余，源于它与生俱来的独特品性。书中第 1 章从激光的定义与特性入手，深入解析产生机制，系统介绍激光器的类型与特性参数，为后续技术应用奠定理论基础。

「图1」 激光与普通光源谱线的比较

以单色性为例：激光的光谱线宽通常只有几纳米甚至更小，光波频率高度一致，颜色纯净无杂色；而普通光源（如白炽灯、荧光灯）的谱线则宽得多。正是这种「纯粹」，让激光在高纯度色彩的应用场合（精密光谱分析、激光显示、激光打印等）中拥有显著优势。

✦ 02 ✦ 一束光的「加工厂」

作为「加工工具」，激光极具实用价值。书中第 2 章聚焦激光加工技术，详细阐述激光合成、激光微加工与激光增材制造的核心原理与工艺优化，展现激光技术在材料加工中的多功能性与灵活性。

「图2」 用于光热激光烧结的固相材料：(a) 316L不锈钢的选择性激光烧结工艺

激光增材制造——也就是人们常说的激光 3D 打印：以激光为热源，将粉末材料逐层烧结、熔融、堆积，从无到有「长」出立体构件。书中还介绍了脉冲激光沉积、激光熔覆等工艺，以及激光刻蚀、切割、钻孔等微加工手段，它们共同构成一套完整的激光加工工具体系。

✦ 03 ✦ 光束落处，材料新生

激光不仅能「切」材料，还能「造」材料。书中第 3 章围绕激光制备微纳材料展开，涵盖金属基、半导体、碳基、陶瓷基、复合及功能化微纳材料的制备方法与性能调控，揭示激光参数与材料微观结构、宏观性能之间的关联规律。

「图3」 激光诱导技术制备纳米棒典型案例：(c) 飞秒激光处理的纳米棒生长过程

例如银纳米线：激光能量被基底吸收并转化为局部热源，诱发热对流与传质，促进银离子经乙二醇还原为银原子，进而通过五重孪晶融合机制控制各向异性生长。通过精确调控激光能量密度、重复频率与前驱体浓度，可实现从纳米颗粒到纳米棒直至高性能纳米线的形貌控制。

书中还覆盖了石墨烯、碳纳米管、金刚石等碳基材料，氧化物半导体、硅基三维半导体，以及钙钛矿纳米晶、仿生微纳结构等前沿方向。

✦ 04 ✦ 会「感觉」的微结构

当微纳材料遇上传感需求，激光加工便大显身手。书中第 4 章深入探讨激光加工微纳传感器的基本原理，分析传感机制与激光加工的关联性，分类介绍激光加工微纳结构的类型（微球、微柱、微锥、微沟槽、微孔等）及传感器结构设计原则。

「图4」 聚酰亚胺基底上的紫外线—石墨烯压力传感器：(a) 弯曲测试与颈动脉脉搏传感器的设计

图中这款石墨烯压力传感器，正是激光加工的典型产物：在柔性聚酰亚胺基底上，以紫外激光辐照形成石墨烯传感层，器件可弯曲、可贴合皮肤，用于弯曲测试乃至颈动脉脉搏传感，展现出柔性可穿戴应用的广阔前景。

书中强调，激光技术在提升传感器的灵敏度、选择性与稳定性方面具有突出优势——结构尺度、排列方式、材料选择，皆可随传感需求灵活调控。

✦ 05 ✦ 从实验室，到生活

传感器只有走进应用，才算完成使命。书中第 5 章聚焦微纳传感器的种类与应用：从物理、化学、生物传感器的分类解析，到其在人体健康、人机交互、食品安全、生物医药等领域的具体应用，全面呈现激光制备微纳传感器的产业化潜力与社会价值。

「图5」 (a) 用CO₂激光器制造的柔性热流量传感器示意图；(b) 使用该传感器进行呼吸检测的示意图

比如呼吸监测：传感器贴附于口鼻附近，通过检测呼出气流的动态变化识别呼吸强度，并基于温度传感器阵列的响应差异判断呼吸方向。它结合热膜式与热容式两种工作模式，在低流速下仍具有高灵敏度，适用于从平静呼吸到深呼吸等多种呼吸状态。

结语

全书以「激光原理—加工技术—材料制备—传感器设计—实际应用」为逻辑脉络，系统梳理激光技术在材料制备与传感器制造领域的核心应用，旨在为研究者、工程师及学生搭建一座从理论原理到实践应用的桥梁。

作者简介：

周伟家

济南大学前沿交叉科学研究院院长、博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者、山东省泰山特聘专家。长期致力于激光微纳合成与新能源器件研究，以第一/通讯作者在Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、Nat. Commun.等国际知名期刊发表SCI论文150余篇，累计他引20000余次。担任《Science Bulletin》特邀编委，SusMat、Nano-Micro Lett.等期刊青年编委及交叉学科材料类期刊学术编辑；入选科睿唯安「全球高被引科学家」、爱思唯尔「中国高被引学者」。授权发明专利30余项，实现专利转化5项，共建校企研究院3个。主持国家优秀青年基金、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、山东省重点研发计划、山东省与广东省杰出青年基金等国家级、省部级科研项目16项。科研成果先后荣获：山东省青年科技奖（2022）、山东省自然科学二等奖（1/6，2024）、山东省自然科学一等奖（3/5，2019）、中国颗粒学会自然科学二等奖（1/5，2023）、中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖（3/6，2024）。

韩婧

济南大学前沿交叉科学研究院讲师、硕士生导师。2022年毕业于中国科学院北京纳米能源与系统研究所，获凝聚态物理博士学位。主要从事自驱动传感器材料和器件的研究，以第一或通讯作者在Energy Environ. Sci.、ACS Nano、InfoMat等期刊发表SCI论文8篇，其中2篇入选ESI高被引论文。

李阳

教授，博士生导师，山东大学集成电路学院副院长，国家高层次青年人才，IEEE高级会员，科技部中韩青年科学家、山东省泰山学者、山东省高校集成电路创新团队带头人、山东省优秀青年基金获得者、山东大学杰出中青年学者、齐鲁青年学者、山东省高层次人才。主持国家自然科学基金项目（4项）、科技部项目、山东省重大基础研究项目、山东省重点研发计划项目等省部级以上重点项目近20项。已累计发表SCI检索论文200余篇，其中以第一作者/通讯作者在Sci. Adv.、PNAS、Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.等领域内顶尖期刊上发表SCI检索文章150余篇，包含封面文章15篇，高被引论文、热点论文15篇，H指数为55，SCI他引近万次；授权国家发明专利30项，韩国发明专利11项。担任部委项目评审专家以及多个SCI期刊特约编辑、（青年）编委等职务。