Laser-"kerf" van diamante: oorwin die hardste materiaal met lig
Diamantis die hardste stof in die natuur, maar dit is nie net juweliersware nie. Hierdie materiaal het 'n termiese geleidingsvermoë vyf keer vinniger as koper, kan uiterste hitte en straling weerstaan, kan lig deurlaat, isoleer en kan selfs in 'n halfgeleier omskep word. Dit is egter hierdie "superkragte" wat diamant die "moeilikste" materiaal maak om te verwerk – tradisionele gereedskap kan dit óf nie sny nie óf laat krake. Dit was eers met die koms van lasertegnologie dat mense uiteindelik 'n sleutel gevind het om hierdie "koning van materiale" te verower.
Waarom kan laser diamante "sny"?
Stel jou voor dat jy 'n vergrootglas gebruik om sonlig te fokus om papier aan die brand te steek. Die beginsel van laserverwerking van diamant is soortgelyk, maar meer presies. Wanneer 'n hoë-energie laserstraal diamant bestraal, vind 'n mikroskopiese "koolstofatoommetamorfose" plaas:
1. Diamant verander in grafiet: Die laserenergie verander die oppervlakdiamantstruktuur (sp³) in sagter grafiet (sp²), net soos 'n diamant onmiddellik in 'n potloodlood "ontaard".
2. Grafiet word "verdamp": die grafietlaag sublimeer by hoë temperatuur of word deur suurstof geëts, wat presiese verwerkingsmerke laat. 3. Belangrike deurbraak: defekte In teorie kan perfekte diamant slegs deur ultravioletlaser (golflengte <229 nm) verwerk word, maar in werklikheid het kunsmatige diamante altyd klein defekte (soos onsuiwerhede en korrelgrense). Hierdie defekte is soos "gate" wat toelaat dat gewone groen lig (532 nm) of infrarooi laser (1064 nm) geabsorbeer word. Wetenskaplikes kan selfs die laser "beveel" om 'n spesifieke patroon op die diamant te kerf deur die defekverspreiding te reguleer.
Lasertipe: Evolusie van "oond" na "ysmes"
Laserverwerking kombineer rekenaar numeriese beheerstelsels, gevorderde optiese stelsels, en hoë-presisie en outomatiese werkstukposisionering om 'n navorsings- en produksieverwerkingsentrum te vorm. Toegepas op diamantverwerking, kan dit doeltreffende en hoë-presisie verwerking bereik.
1. Mikrosekonde-laserverwerking Mikrosekonde-laserpulswydte is wyd en is gewoonlik geskik vir growwe verwerking. Voor die opkoms van modussluittegnologie was laserpulse meestal in die mikrosekonde- en nanosekonde-reeks. Tans is daar min verslae oor direkte diamantverwerking met mikrosekonde-lasers, en die meeste daarvan fokus op die toepassingsveld vir agterkantverwerking.
2. Nanosekonde-laserverwerking Nanosekonde-lasers beklee tans 'n groot markaandeel en het die voordele van goeie stabiliteit, lae koste en kort verwerkingstyd. Hulle word wyd gebruik in ondernemingsproduksie. Die nanosekonde-laserablasieproses is egter termies vernietigend vir die monster, en die makroskopiese manifestasie is dat die verwerking 'n groot hitte-geaffekteerde sone produseer.
3. Pikosekonde laserverwerking Pikosekonde laserverwerking is tussen nanosekonde laser termiese ewewigsablasie en femtosekonde laser koue verwerking. Die pulsduur word aansienlik verminder, wat die skade wat deur die hitte-geaffekteerde sone veroorsaak word, aansienlik verminder.
4. Femtosekonde laserverwerking Ultrasnelle lasertegnologie bied geleenthede vir fyn diamantverwerking, maar die hoë koste en onderhoudskoste van femtosekonde lasers beperk die bevordering van verwerkingsmetodes. Tans bly die meeste verwante navorsing in die laboratoriumstadium.
Gevolgtrekking
Van “nie in staat om te sny nie” tot “na willekeur te kerf”, het lasertegnologie gemaakdiamant nie meer 'n "vaas" wat in die laboratorium vasgevang is nie. Met die iterasie van tegnologie kan ons in die toekoms sien: diamantskyfies wat hitte in selfone versprei, kwantumrekenaars wat diamante gebruik om inligting te stoor, en selfs diamantbiosensors wat in die menslike liggaam ingeplant word... Hierdie dans van lig en diamante verander ons lewens.