基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置及其方法

摘要

本发明公开了一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，包括：微针鳍散热结构芯片，其放置在显微检测扫描平台上，在微针鳍散热结构芯片内设有微柱阵列，透镜结构和光纤耦合器，在微柱阵列的微流道中通有包含金纳米颗粒的悬浮溶液，将微针鳍散热结构芯片和显微检测扫描平台置于暗盒中，双脉宽激光器发射的激光脉冲在光纤耦合器作用下对准透镜结构，聚焦后从侧面进入微柱阵列中，照射悬浮溶液中的金纳米颗粒，在暗场环境中，对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行观测。该装置能够对微柱阵列中产生的纳观多相界面瞬态进行高分辨率暗场观测，能够控制微柱阵列的温度。本发明还提供了一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法。

说明书

技术领域

本发明属于微观尺度观测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置及其方法。

背景技术

贵金属纳米粒子在等离子体共振波长作用下发光时，可以变成理想的纳米热源。飞秒激光脉冲的大量能量可以在发光的等离子纳米颗粒周围产生强烈、短暂和受限的温度升高，最终导致短暂的气泡形核。等离子体激元诱导微气泡(MBs)的首次应用，包括在金属膜上生成表面MB，作为微流控环境中表面等离子体波的有效透镜。在这种结构中，纳米粒子组件的等离子共振位于530nm左右。当此类系统在该波长下局部照明时，有效的光吸收发生在纳米颗粒所在的玻璃-水界面上，这会在周围的水中产生温度升高。如果光强度足够强，则会在界面处产生MB。

通过金纳米颗粒的表面等离子激元效应，测出表面的共振频率强度与照射时间功率的关系激光脉冲持续时间、激光功率大小，足以在不熔化纳米棒的情况下产生和维持气泡。在这个功率和脉冲持续时间下的光热过程。

针对纳观尺度多相界面瞬态观测有以下的瓶颈问题：

1、宏观尺度下用于表征材料性质的瞬态分析方法和测试手段在纳尺度下不再适用。

2、SEM、TEM、FIB等纳尺度观测手段需要在高洁净环境下对固态样品进行观测。

3、在纳观多相界面下，瞬态过程发生经常在皮秒量级就产生。

4、受制于衍射极限和工作距离的限制，明场显微观测最多实现亚微米分辨率。

5、且在纳观多相界面瞬态观测过程中，观测物体位置不易捕捉和控制。

6、宏观尺度的各种有限元模型(比如流体力学NS方程)在纳尺度经常会受限于连续性假设不成立的挑战。

且纳观多相界面分子动力学模型缺乏有效的实验数据支撑，只能通过静态的宏观物理量进行模型校对。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，其能够对微柱阵列中产生的纳观多相界面瞬态进行高分辨率暗场观测，同时能够控制微柱阵列的温度，提高实验效率。

本发明还有一个目的是通过基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法，其能够获得高分辨率的纳观多相界面，并很容易对观测物体进行捕捉。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，包括：

微针鳍散热结构芯片，其放置在显微检测扫描平台上，在所述微针鳍散热结构芯片内设置有微柱阵列，与微柱阵列相连的透镜结构，以及用于连接光纤一端头的光纤耦合器，其中，在所述微柱阵列的微流道中通有包含金纳米颗粒的悬浮溶液，并将所述微针鳍散热结构芯片和所述显微检测扫描平台置于一暗盒中；

双脉宽激光器，其与所述光纤的另一端头相连，所述双脉宽激光器发射的激光脉冲通过光纤在光纤耦合器的作用下直接对准所述透镜结构，聚焦后从侧面进入所述微柱阵列中，照射悬浮溶液中的金纳米颗粒，在暗场环境中，通过显微镜对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行观测。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：

第一光谱仪，所述光纤为Y型光纤，Y型光纤的第三个端头连接至所述第一光谱仪，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过Y型光纤返回进入所述第一光谱仪中，以便于对后向散射光的光谱进行监测；

高速摄像仪，其与所述显微镜分光器的第一接口连接，对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行拍摄。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：

第二光谱仪，其与所述显微镜分光器的第二接口连接，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过所述显微镜分光器的第二接口进入所述第二光谱仪中，以便于对前向散射光的光谱进行监测；

高速摄像仪，其与所述显微镜分光器的第一接口连接，对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行拍摄。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：

第一光谱仪，所述光纤为Y型光纤，Y型光纤的第三个端头连接至所述第一光谱仪，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过Y型光纤返回进入所述第一光谱仪中，以便于对后向散射光的光谱进行监测；

第二光谱仪，其与所述显微镜分光器的第二接口连接，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过所述显微镜分光器的第二接口进入所述第二光谱仪中，以便于对前向散射光的光谱进行监测；

高速摄像仪，其与所述显微镜分光器的第一接口连接，对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行拍摄。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，所述微针鳍散热结构芯片具体设置方式为：所述微针鳍散热结构芯片包括上层芯片和下层芯片，在所述下层芯片的上表面中间位置设置一凹槽，在所述凹槽内设置多个排列整齐的微柱阵列，在所述凹槽旁依次设置所述透镜结构和所述光纤耦合器；在所述上层芯片的下表面上镀上铬和金的金属层，以便于与所述下层芯片相结合。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，其特征在于，还包括介电泳控制回路，其包括：设置在所述微柱阵列上界面的第一平面微电极，设置在所述微柱阵列下界面的第二平面微电极，以及交流电源；所述交流电源的一端连接所述第一平面微电极，另一端连接第二平面微电极的交流电源；所述第一平面微电极，所述第二平面微电极和所述交流电源构成一控制回路，将悬浮在微流道中流动液体中的金纳米颗粒聚集在显微镜的物镜观测区域内保持不动。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括一底座，其呈凹槽状，所述微针鳍散热结构芯片正好设置在所述底座的凹槽里面使其保持平衡稳定，其中，在所述底座相对的两个凹槽边上设置有开口，以便于所述光纤穿过所述开口连接所述光纤耦合器；所述底座相对的另两边中间位置分别向里凹形成凹口，使所述微针鳍散热结构芯片的底表面能够与外界连接。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，在所述微柱阵列的微流道中通有包含金纳米颗粒的悬浮溶液，其具体设置方式为：设置有冷却系统，所述冷却系统包括：

储液槽，其存储有包含金纳米颗粒的悬浮溶液；

液相泵，其与所述储液槽相连接；

进水口和出水口，其设置在所述下层芯片上并位于所述微柱阵列的下方，与所述液相泵相连的第一水管通过所述底座上的一凹口连接至所述进水口；

收集槽，其与一第二水管相连，所述第二水管通过所述底座上的另一凹口连接至所述出水口；

其中，所述储液槽中的悬浮溶液在所述液相泵的作用下通过所述进水口进入微柱阵列的微流道中，对所述微针鳍散热结构芯片进行冷却后，再从所述出水口进入所述收集槽中。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，所述上层芯片和下层芯片的厚度均为0.35mm，所述微柱阵列为5×10均匀布置，所述微柱阵列中微柱的形状为六边形、圆形、正方形或三角形中的任一种或多种，且所述透镜结构为三面柱面镜，所述光纤耦合器为长楔形光纤耦合器，所述底座的材质为聚四氟乙烯，设置在所述微柱阵列下界面的第二平面微电极为微电极阵列，数量为5～10个。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，所述双脉宽激光器的波长为532nm，皮秒脉冲宽度为20ps，纳秒脉冲宽度为10ns，种子源输出功率为10mW，所述第一光谱仪和所述第二光谱仪采用8ms的最小门宽采集光谱图像，所述显微镜采用5倍的物镜和20倍的物镜。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，将所述第一光谱仪、所述第二光谱仪和所述高速摄像仪分别连接至计算机，以便于在计算机上观察到光谱图和记录的多相界面瞬态图像。

本发明的目的还可以进一步由基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法来实现，包括下列步骤：

调节显微镜，开启高速摄影仪，使得在计算机上清晰地观察到图像；

将微针鳍散热结构芯片和显微检测扫描平台置于一暗盒中；

开启液相泵，使包含金纳米颗粒的悬浮溶液从储存槽中被抽出，进入微柱阵列的微流道中；

开启双脉宽激光器，先使用第一束皮秒激光脉冲对微柱阵列微流道中的金纳米颗粒照射，高功率峰值短时间内引起金纳米颗粒畸变，再使用第二束纳秒激光脉冲对金纳米颗粒照射，弱激光功率照射形成信号；

使用高速摄影仪记录金纳米颗粒表面形貌和接触面产生皮秒尺度瞬态变化；通过第一光谱仪收集皮秒响应速率的后向散射的拉曼光谱，和/或通过第第二光谱仪收集皮秒响应速率的前向散射的拉曼光谱，对金纳米颗粒形态瞬态变化进行分析。

优选的是，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法，所述调节显微镜的过程为：

调节20倍物镜前端镜头对焦，使20倍物镜镜头对准所要检测区域，并使得在主机上观察到清晰的图像；

先使用1000μm芯径的光纤和5倍物镜观察200μm×200μm的视野范围，然后使用200μm芯径的光纤和5倍物镜观察40μm×40μm的视野范围；

再使用1000μm芯径的光纤和20倍物镜观察50μm×50μm的视野范围，然后使用200μm芯径的光纤和20倍物镜观察10μm×10μm的视野范围。

本发明至少包括以下有益效果：

一、由于在微针鳍散热结构芯片内设置有微柱阵列，与微柱阵列相连的透镜结构，以及用于连接光纤一端头的光纤耦合器，即将光纤耦合器、透镜结构和微柱阵列集成在微针鳍散热结构芯片上，成为一体。通过光纤的激光脉冲能够直接对准聚焦从微针鳍散热结构芯片的侧面进入微柱阵列中，照射包含金纳米颗粒的悬浮溶液。如此设计，不仅光路稳定，且能够大幅提高实验效率。将微针鳍散热结构芯片和显微检测扫描平台置于一暗盒中，也就是说是在暗场环境中进行观察的。在暗场环境下，采用皮秒激光照射使得金纳米颗粒维持亚稳态的热平衡状态。由于激光脉冲是从侧面进入微柱阵列中，采用这种斜射照明方式，通过入射光与样品的散射光的空间分离能够获得优异的成像对比度，能够使金纳米颗粒的分辨率提高2～3个数量级。此外，通过分析前向散射和后向散射的拉曼光谱，可对金纳米颗粒形态进行深入研究。

二、在微柱阵列的微流道中通有包含金纳米颗粒的悬浮溶液，并通过设置的冷却系统来实现，能够实现高精度控制微柱腔室内的温度。因此，设置的高导热高透明的微针鳍散热结构芯片，既能够控制微流腔室内的温度，又能够对微流腔室内气液界面进行高分辨率暗场观测。且设置的介电泳控制回路能够控制金纳米颗粒的移动。

三、对于气液相界面的不均匀性对光的散射，通过在暗场环境下高速显微摄像、光谱仪光谱分析以及计算机上的分析计算软件对金钠米颗粒表面气泡的三维形貌进行重构，可实现对纳尺度固液气传热界面的三维超分辨成像，为分子动力学模型的验证提供依据。解决传热研究领域的纳尺度传热界面形态观测难题，为微纳尺度传热基础研究探索了一种全新观测手段。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置的结构之间的关系示意图；

图3为本发明的一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置中微针鳍散热结构芯片的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置中介电泳控制回路的结构关系示意图；

图5为本发明的另一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置中底座的结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置中激光脉冲通过透镜结构的俯视光路图；

图7为本发明的另一个实施例中基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置中激光脉冲通过透镜结构的侧面光路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，包括：微针鳍散热结构芯片1，其放置在显微检测扫描平台210上，在所述微针鳍散热结构芯片1内设置有微柱阵列110，与微柱阵列110相连的透镜结构120，以及用于连接光纤3一端头的光纤耦合器130，其中，在所述微柱阵列110中微柱之间的微流道中通有包含金纳米颗粒的悬浮溶液，并将所述微针鳍散热结构芯片1和所述显微检测扫描平台210置于一暗盒4中；双脉宽激光器5，其与所述光纤3的另一端头相连，所述双脉宽激光器5发射的激光脉冲通过光纤3在光纤耦合器130的作用下直接对准所述透镜结构120聚焦后从侧面进入所述微柱阵列110中，照射悬浮溶液中的金纳米颗粒；在暗场环境下，通过显微镜对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行观测。

其中，采用的双脉宽激光器5对金钠米颗粒照射时，短脉宽激光脉冲首次激发产生信号，长脉宽激光二次激发实现信号增强，双脉宽激光器采用的光源为双脉宽种子源(ps，ns)，波长为532nm，皮秒脉冲宽度为20ps，纳秒脉冲宽度为10ns，种子源输出功率为10mW。双脉宽激光器产生的激光脉冲通过透镜结构120后，从俯视角度看，如图6所示，呈现一定程度的汇聚，从侧面看，如图7所示，呈现一定程度的发散，能够很好地对悬浮溶液中的金纳米颗粒进行照射激发。

在上述实施例中，由于在微针鳍散热结构芯片1内设置有微柱阵列110，与微柱阵列相连的透镜结构120，以及用于连接光纤一端头的光纤耦合器130，即将光纤耦合器130、透镜结构120和微柱阵列110集成在微针鳍散热结构芯片1上，成为一体。通过光纤3的激光脉冲能够直接对准聚焦进入微柱阵列110中，对金纳米颗粒进行照射，不仅光路稳定，也大幅提高了实验效率。在微柱阵列110的微流道中设置有用以冷却微针鳍散热结构芯片1的冷却液，能够实现高精度控制微柱腔室内的温度。将微针鳍散热结构芯片和显微检测扫描平台置于一暗盒中，也就是说是在在暗场环境中进行观察的。在暗场环境下，采用皮秒激光照射使得金纳米颗粒维持亚稳态的热平衡状态。由于激光脉冲是从侧面进入微柱阵列中，采用这种斜射照明方式，通过入射光与样品的散射光的空间分离能够获得优异的成像对比度，能够使金纳米颗粒的分辨率提高2～3个数量级。

为了能够获得金纳米颗粒被激光脉冲照射激发后产生的后向散射光的光谱，以及能够把形成的多相界面瞬态拍摄录制下来，在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：第一光谱仪6，所述光纤3为Y型光纤，Y型光纤的第三个端头连接至所述第一光谱仪6，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过Y型光纤返回进入所述第一光谱仪6中，以便于对后向散射光的光谱进行监测；高速摄像仪7，其与所述显微镜2分光器220的第一接口221连接，对金纳米颗粒被激光脉冲照射后形成的多相界面瞬态进行拍摄。

在上述具体实施方式中，把光纤设置成Y型光纤，由双脉宽激光器产生激光脉冲激发金纳米颗粒表面产生拉曼散射信号，同时，散射信号按原路返回进入第一光谱仪当中，对后向散射光的光谱得以检测。在具体操作时，高速摄像仪7采用像素2048×1048，以340fps的帧频为观测物体拍摄图像参数。所述第一光谱仪6采用8ms的最小门宽，采集光谱图像，所述显微镜2的物镜230采用5倍的物镜和20倍的物镜。

为了能够获得金纳米颗粒被激光脉冲照射激发后产生的前向散射光的光谱，如图2所示，在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：第二光谱仪11，其与所述显微镜分光器220的第二接口222连接，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过所述显微镜分光器220的第二接口222进入所述第二光谱仪11中，以便于对前向散射光的光谱进行监测。将第二光谱仪连接到显微镜分光器220的第二接口222上，采集垂直方向的散射光，分光器220能将垂直方向的散射光分成“0，100％”，“100％，0”，“50％，50％”，分别采集光谱和图像参数。

在其中一具体实施方式中，如图2所示，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括：第一光谱仪6，所述光纤3为Y型光纤，Y型光纤的第三个端头连接至所述第一光谱仪6，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过Y型光纤返回进入所述第一光谱仪6中，以便于对后向散射光的光谱进行监测；第二光谱仪11，其与所述显微镜分光器220的第二接口222连接，金纳米颗粒表面被激光脉冲照射激发后产生拉曼散射信号，产生的拉曼散射信号通过所述显微镜分光器220的第二接口222进入所述第二光谱仪11中，以便于对前向散射光的光谱进行监测；

在上述实施方式中，既能获得后向散射光的光谱又能获得前向散射光的光谱，因此，获得的光谱数据更为全面，为后续进一步分析研究提供了充足的数据源。

为了便于在微针鳍散热结构芯片内设置微柱阵列110，透镜结构120以及光纤耦合器130，在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，所述微针鳍散热结构芯片1具体设置方式为：所述微针鳍散热结构芯片1包括上层芯片101和下层芯片102，在所述下层芯片102的上表面中间位置设置一凹槽，在所述凹槽内设置多个排列整齐的微柱，在所述凹槽旁依次设置所述透镜结构120和所述光纤耦合器130；在所述上层芯片101的下表面上镀上铬和金的金属层，采用金涂层为铬+金20+200nm的金金键合工艺与下层芯片相结合。具体制作时，所述上层芯片和下层芯片的厚度均为0.35mm，所述微柱阵列110为5×10均匀布置，所述微柱的形状为六边形、圆形、正方形或三角形中的任一种，且所述透镜结构120为三面柱面镜，所述光纤耦合器130为长楔形光纤耦合器。需要说明的是，关于微针鳍散热结构芯片1的厚度，微柱的个数以及微柱的形状并不限于本实施例所例举的，本发明实施例所列举的参数可以作为优选参数。

在其中一具体实施方式中，如图4所示，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括介电泳控制回路，其包括：设置在所述微柱阵列110上界面的第一平面微电极12，设置在所述微柱阵列下界面的第二平面微电极13，以及交流电源14；所述交流电源的一端连接所述第一平面微电极12，另一端连接第二平面微电极14；所述第一平面微电极12，所述第二平面微电极13和所述交流电源14构成一控制回路，将悬浮在微流道中流动液体中的金纳米颗粒聚集在显微镜的物镜观测区域内保持不动。

在上述具体实施方式中，由于金纳米颗粒是悬浮在流动液体中，为了尽量使金纳米颗粒保持不动，提高实验效果，采用介电泳的电动技术，使用交流电场，使金纳米颗粒聚集。因此，在微流道的上下界面设置微薄平面电极将悬浮在流动液体中的金纳米颗粒聚集在物镜观测区域内保持不动。设置在所述微柱阵列下界面的第二平面微电极13为微电极阵列，数量优选为5～10个，可以根据实际情况进行具体设置。至于如何在微流道的下界面设置第二平面微电极阵列，本发明实施例不做具体的限定，只要能实现该功能即可，例如，在微柱阵列的上下界面各设置有一层聚四氟乙烯板15，第一平面微电极和第二平面微电极都设置在所述聚四氟乙烯板15上。

在其中一具体实施方式中，如图5所示，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，还包括一底座8，其呈凹槽状，所述微针鳍散热结构芯片1正好设置在所述底座8的凹槽里面使其保持平衡稳定，用来固定微针鳍散热结构芯片1。其中，在所述底座8相对的两个凹槽边上设置有开口810，以便于所述光纤3穿过所述开口810连接所述光纤耦合器130；所述底座8相对的另两边中间位置分别向里凹形成凹口820，使所述微针鳍散热结构芯片1的底表面能够与外界连接，同时也能保证微针鳍散热结构芯片1的稳定性和平衡性，例如，连接第二平面微电极的电线就是通过凹口820与交流电源连接的。所述底座8的材质为聚四氟乙烯，也就是平常所说的亚克力材质。

为了便于控制微柱阵列中微流道中的冷却液，在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，在所述微柱阵列110中微柱之间的微流道中设置用以冷却微针鳍散热结构芯片的冷却液，其具体设置方式为：设置有冷却系统，所述冷却系统包括：储液槽910，其存储有冷却液960；液相泵920，其与所述储液槽910相连接；进水口和出水口140(其中一个做进水口，另外一个做出水口)，其设置在所述下层微针鳍散热结构芯片102上并位于所述微柱阵列110的下方，与所述液相泵920相连的第一水管930通过所述底座8上的一凹口连接至所述进水口；收集槽940，其与一第二水管950相连，所述第二水管950通过所述底座8上的另一凹口连接至所述出水口，具体设置时，进水口和出水口可以通过焊接在下层微针鳍散热结构芯片背面的M3螺母和转接口与第一水管和第二水管连接；其中，所述储液槽中的冷却液在所述液相泵的作用下通过所述进水口进入微柱之间的微流道中，对所述微针鳍散热结构芯片进行冷却后，再从所述出水口进入所述收集槽中。具体操作时，微针鳍散热结构芯片1始终保持水平，冷却液960(去离子水)从储液槽910中由高压液相泵(XYHY Y-600)抽出，改变其功率可以调节其流量大小，然后经过针形阀(Swagelok SS-1VS8)精确调整后进入微流道并发生热交换，最后流入收集槽中。

在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置，将所述第一光谱仪6、第二光谱仪11和所述高速摄像仪7分别连接至计算机10，以便于在计算机10上观察到光谱图和记录的多相界面瞬态图像。将高速摄像仪7、第一光谱仪6和第二光谱仪11连接到计算机10上，也便于使用主机上的计算工具对光谱图和图像进行处理。

在本发明提供的另一种实施例中，还提供了一种基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法来实现，包括下列步骤：

调节显微镜，开启高速摄影仪7，使得在计算机10上清晰地观察到图像；

将微针鳍散热结构芯片1和显微检测扫描平台210置于一暗盒4中；

开启液相泵920，使包含金纳米颗粒的悬浮溶液从储存槽中被抽出，进入微柱阵列的微流道中；

开启双脉宽激光器5，先使用第一束皮秒激光脉冲对微柱阵列微流道中的金纳米颗粒照射，高功率峰值短时间内引起金纳米颗粒畸变，再使用第二束纳秒激光脉冲对金纳米颗粒照射，弱激光功率照射形成信号；

使用高速摄影仪7记录金纳米颗粒表面形貌和接触面产生皮秒尺度瞬态变化；通过第一光谱仪6收集皮秒响应速率的后向散射的拉曼光谱，和/或通过第第二光谱仪11收集皮秒响应速率的前向散射的拉曼光谱，对金纳米颗粒形态瞬态变化进行分析。

在上述实施例中，高速摄像仪(Flare 2M360-CL)和显微镜相结合，通过键合在微流道顶部的透明玻璃盖板来观察金属钠米颗粒在激光脉冲的照射下引起的沸腾状态，所有图像均以340FPS的采样频率在的固定窗口尺寸内拍摄，数据经过堆载缓存后由计算机上的CoreView软件处理采集。分别在暗场环境下和自然光条件下进行拍照观察，可以发现暗场环境下能够提高分辨率，且分辨率能够提高一至两个数量级。在具体实验过程中，对反复实验的多颗金纳米颗粒信号进行CNN建模分析，可以获得20-50皮秒分辨率的金纳米颗粒光热效应的全过程观测。

在其中一具体实施方式中，所述的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测方法，所述调节显微镜的过程为：

调节20倍物镜前端镜头对焦，使20倍物镜镜头对准所要检测区域，并使得在电脑上观察到清晰的图像；

先使用1000μm芯径的光纤和5倍物镜观察200μm×200μm的视野范围，然后使用200μm芯径的光纤和5倍物镜观察40μm×40μm的视野范围；

再使用1000μm芯径的光纤和20倍物镜观察50μm×50μm的视野范围，然后使用200μm芯径的光纤和20倍物镜观察10μm×10μm的视野范围。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的基于激光作用的纳观多相界面瞬态观测装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，本发明能够对微柱阵列中的纳观多相界面瞬态进行高分辨率暗场观测，同时能够控制微柱阵列结构中的温度，提高实验效率。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。