周期性微纳结构具有大量的应用,例如抗反射,超疏水,自清洁,抗腐蚀以及表面增强拉曼散射等。制造周期性微纳结构的方法很多,例如,电子束加工,聚焦离子束刻蚀,倾角沉积以及阳极氧化铝模板法等。近年来,飞秒激光诱导周期性表面结构(LIPSS)在理论以及实验方面取得重要进展。相比其他传统制造方法,飞秒激光加工是一个新兴的领域,它具有加工精度高,加工可控,重复性好,成本低等优势。本论文在前人的研究基础上,在飞秒激光加工周期性表面结构的实验方面作出了创新性的研究。本论文的主要研究工作和创新点如下:(1)飞秒激光空气中加工硅材料,虽然能够形成比较均一规整的ripple结构,但是加工的结构尺寸大,不能突破衍射极限;飞秒激光水中直接加工硅片,ripple的周期会降低,但是水中气泡使得加工的区域不均匀,很难实现大面积加工。我们创新性地提出了一种两步法加工新方法,不仅降低了加工结构的尺寸,而且提高了加工结构的表面质量。(2)各种各样的金纳米结构由于能够产生表面等离子体,从而能够产生增强的局部电场。本文中,我们提出一种创新的方法,通过飞秒激光加工以及镀金膜后热处理的方法制备金纳米颗粒装饰的纳米棒结构(Au NPDN)。研究发现,当金纳米颗粒放入到纳米棒的空腔里时,光场强度得到大大增加。热处理制备的金纳米颗粒的间隙以及直径对SERS的性能具有重要影响,并且可以通过基底形貌和厚度可控的金膜来同时调控。制备的Au NPDN基底具有大量的“热点”,并且能实现可调节的SERS性能。通过参数优化,我们实验上发现Au NPDN基底的增强因子能够达到8.3×10~7。此外,Au NPDN基底具有优越的化学稳定性,基底放在空气中暴露两个月,其强度最大分离仅仅有3.2%。(3)我们提出一种简单的方法,通过伽伐尼置换反应在N型硅(100)上制备微纳结构。金微纳结构的形貌能够通过沉积的时间以及溶液的浓度很好的控制。制备的金微纳结构基底能够实现超疏水到超亲水之间浸润性的转变。在不添加任何化学修饰的情况下,该基底的水滴接触角能够从0°到150°之间很好的控制。我们还讨论了金微纳结构基底超疏水到超亲水浸润性转变的机理。此外,金微纳结构基底还具有高灵敏度的SERS性能,在优化的参数下,其增强因子可以达到10~7数量级。除了金微纳结构,我们还利用伽伐尼置换法制备了铂微纳结构,该结构表面呈现出亲水特性,但是水滴接触角并不稳定。由于伽伐尼置换反应具有较低的选择性,我们提出将飞秒激光与伽伐尼置换反应相结合的制造新方法,以制备出区域可选择,形貌可控,浸润性可调的基底。