Lasera "ĉizado" de diamanto: konkerante la plej malmolan materialon per lumo
Diamantoestas la plej malmola substanco en la naturo, sed ĝi ne estas nur juveloj. Ĉi tiu materialo havas varmokonduktecon kvin fojojn pli rapidan ol kupro, povas elteni ekstreman varmon kaj radiadon, povas transdoni lumon, izoli, kaj eĉ povas esti transformita en duonkonduktaĵon. Tamen, ĝuste ĉi tiuj "superpotencoj" faras diamanton la "plej malfacila" materialo por prilabori - tradiciaj iloj aŭ ne povas tranĉi ĝin aŭ lasi fendetojn. Nur kun la apero de laserteknologio homoj fine trovis ŝlosilon por konkeri ĉi tiun "reĝon de materialoj".
Kial lasero povas "tranĉi" diamanton?
Imagu uzi lupeon por fokusigi sunlumon por ekbruligi paperon. La principo de lasera prilaborado de diamanto estas simila, sed pli preciza. Kiam alt-energia lasera radio surradias diamanton, okazas mikroskopa "karbonatoma metamorfozo":
1. Diamanto transformiĝas en grafiton: La lasera energio ŝanĝas la surfacan diamantan strukturon (sp³) en pli molan grafiton (sp²), same kiel diamanto tuj "degeneras" en krajonon.
2. Grafito "vaporiĝas": la grafita tavolo sublimiĝas je alta temperaturo aŭ estas gratita per oksigeno, lasante precizajn prilaborajn markojn. 3. Ŝlosila sukceso: difektoj Teorie, perfekta diamanto povas esti prilaborita nur per ultraviola lasero (ondolongo <229 nm), sed reale, artefaritaj diamantoj ĉiam havas etajn difektojn (kiel malpuraĵojn kaj grenlimojn). Ĉi tiuj difektoj estas kiel "truoj", kiuj permesas al ordinara verda lumo (532 nm) aŭ infraruĝa lasero (1064 nm) esti absorbitaj. Sciencistoj eĉ povas "komandi" la laseron ĉizi specifan ŝablonon sur la diamanto reguligante la difektodistribuon.
Lasera tipo: Evoluo de "forno" al "glacitranĉilo"
Lasera prilaborado kombinas komputilajn numerajn stirajn sistemojn, progresintajn optikajn sistemojn, kaj altprecizan kaj aŭtomatan poziciigadon de laborpecoj por formi esploran kaj produktadan prilaboran centron. Aplikita al diamanta prilaborado, ĝi povas atingi efikan kaj altprecizan prilaboradon.
1. Mikrosekunda lasera prilaborado Mikrosekunda lasera pulslarĝo estas larĝa kaj kutime taŭgas por malglata prilaborado. Antaŭ la apero de reĝimŝlosa teknologio, laseraj pulsoj estis plejparte en la mikrosekunda kaj nanosekunda gamo. Nuntempe, ekzistas malmultaj raportoj pri rekta diamanta prilaborado per mikrosekundaj laseroj, kaj la plej multaj el ili fokusiĝas al la aplika kampo de malantaŭa prilaborado.
2. Nanosekunda lasera prilaborado Nanosekundaj laseroj nuntempe okupas grandan merkatan parton kaj havas la avantaĝojn de bona stabileco, malalta kosto kaj mallonga prilabora tempo. Ili estas vaste uzataj en entreprena produktado. Tamen, la nanosekunda lasera ablacia procezo estas termike detrua al la specimeno, kaj la makroskopa manifestiĝo estas, ke la prilaborado produktas grandan varmo-efikitan zonon.
3. Pikosekunda lasera prilaborado Pikosekunda lasera prilaborado estas inter nanosekunda lasera termika ekvilibra ablacio kaj femtosekunda lasera malvarma prilaborado. La pulsa daŭro estas signife reduktita, kio multe reduktas la damaĝon kaŭzitan de la varmo-trafita zono.
4. Femtosekunda lasera prilaborado Ultrarapida lasera teknologio alportas ŝancojn por diamanta fajna prilaborado, sed la alta kosto kaj bontenado de femtosekundaj laseroj limigas la antaŭenigon de prilaboraj metodoj. Nuntempe, plej multaj rilataj esploroj restas en la laboratorio-stadio.
Konkludo
De "nekapablo tranĉi" ĝis "ĉizi laŭvole", laserteknologio farisdiamanto jam ne plu "vazo" kaptita en laboratorio. Kun la ripeto de teknologio, en la estonteco ni eble vidos: diamantajn pecetojn disipantajn varmon en poŝtelefonoj, kvantumkomputilojn uzantajn diamantojn por stoki informojn, kaj eĉ diamantajn biosensilojn enplantitajn en la homan korpon... Ĉi tiu danco de lumo kaj diamantoj ŝanĝas niajn vivojn.