超快激光在精細加工及微納制造范疇的普遍應用
激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之后，人類的又一嚴重創(chuàng)造，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。往常激光在日常生活中曾經(jīng)有諸多應用，例如激光切割、激光測距、激光雷達、激光矯視、激光美容等等。特別是在加工制造范疇，相比于傳統(tǒng)加工方式，激光快速和精密的優(yōu)勢更為顯著。
飛秒激光能夠高效完成微米級尺寸、特殊外形、極致精度的加工，資料外表無凝結痕跡，邊緣潤滑、清潔，無飛濺物。
應用舉例
1）鋰離子電池電極資料精細切割；
2）鋰離子電池焊具資料的精細刻蝕；
3）血管支架的精細切割；
4）飛機發(fā)起機葉片精細打孔；
5）手機面屏的精細切割；
6）陶瓷面板的精細切割與刻蝕；
超快激光：將來精密加工新趨向
超快激光與傳統(tǒng)激光還是有所區(qū)別。傳統(tǒng)激光是應用光的熱效應對資料停止加工，而超快激光采用的超短脈沖激光是應用場效應停止加工，不只能夠到達更高的精度，并且不會對資料外表形成損傷，超短脈沖激光的整個加工過程中理論上不產生熱，因而稱為“冷加工”。超短脈沖激光另一個特性是瞬時功率十分高，高到能夠直接使資料電離，打斷資料的分子鍵。這種瞬時功率能夠到達以至超越全世界電網(wǎng)的均勻功率。
由于上述特性，賦予了超快激光在精密加工方面的突出優(yōu)勢。不只能夠完成極致的加工精度，并且由于無損加工，能夠到達很高的外表精度和質量。對超硬、耐高溫等眾多傳統(tǒng)方式難以加工的資料也具有極好的適用性，同時能夠加工一些極端復雜的微構造。
超快激光微納加工是一種特種超精密加工技術，由于具有極大瞬態(tài)功率的超短脈沖光與物質激烈的非線性互相作用，使加工技術適用于各種資料，關于透明介質，能夠在其內部制備三維構造。其“特”就表如今能夠加工特種資料、能夠完成特殊構造和特定的光、電、機械等性能。精細微細、低損低熱、三維選擇，這些無獨有偶的優(yōu)勢，使得超快激光微加工在航空航天、生物醫(yī)療、信息技術、新能源、新資料等產業(yè)日益得到應用。
我國制造業(yè)整體呈現(xiàn)出由低端走向高端的趨向，因而超快激光每年增長率要比傳統(tǒng)激光更高，它代表著將來的一個開展方向。
配備制造業(yè)是國民經(jīng)濟開展的根底性產業(yè)，制造業(yè)的將來趨向必將是智能化、自動化，而以激光、機器人、3D打印、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術為中心的智能制造將是將來制造業(yè)開展的必然趨向，并將在傳統(tǒng)產業(yè)的轉型晉級和構造性調整中扮演非常重要的角色。超快激光作為激光微加工2.0的標配利器，在近幾年工業(yè)界越來越受注重。其特殊的冷加工和非線性吸收機理使得激光加工對資料的適用性大大加強。
超快激光產業(yè)化應用曾經(jīng)越來越普遍，比方半導體行業(yè)，電子消費范疇等。多種激光技術曾經(jīng)整合進入許多重要的半導體工藝中，受母版推進的包括激光切割、通孔、焊接/接合、剝離、標志、案構成、丈量、堆積。它們普遍用于加工半導體器件，高密度互聯(lián)（HDI）印刷電路板（PCB），以及集成電路（IC）封裝應用等。當前智能手機設計潮流向著全面屏的方向不時演進，屏占比數(shù)值明顯提升，但是由于前置攝像頭、聽筒、間隔傳感器等部件的存在，呈現(xiàn)了“劉海屏”、“挖孔屏”等多種異形屏，如何對藍寶石等硬度高且熱脆性的面板材質停止加工，成為考驗加工工藝的難題，而超快激光加工則能夠提供良好的處理計劃。
包括在食品加工設備、船艦水下局部以及醫(yī)療植入物等范疇，超快激光也被普遍應用于抗菌抑菌外表。微生物粘附在資料外表并生長構成生物被膜（biofilm）的現(xiàn)象，會對人們的生命和財富平安形成要挾。例如，在醫(yī)療植入物中，細菌傾向于附著在植入資料上，不只會招致感染、排擠，嚴重時以至會直接招致患者死亡。即便能夠經(jīng)過二次手術對植入資料停止交換，但這不只會形成醫(yī)療資源的糜費，也會給患者的身體和經(jīng)濟上帶來壓力。
生物被膜一旦構成就難以鏟除，因而，避免細菌的初始粘附才是處理生物被膜的基本辦法。細菌粘附的影響要素有很多，包括細菌和資料的品種、外界環(huán)境等，但更重要的是資料外表的化學成分、潤濕性、粗糙度和外表形貌等，因而，能夠經(jīng)過對資料外表停止化學改性和物理改性來得到抗菌外表。化學改性有著實質缺陷，例如存在潛在毒性和使細菌產生耐藥性等。相比而言，對資料外表形貌的物理改性愈加基本、持久、環(huán)保、生物相容性好。
自然界中一些生物外表具有共同的、有著抗菌效果的微納構造，例如蟬翅外表的納米錐構造、蜻蜓翅膀的納米團簇構造、蛾眼的納米主構造等，如1所示。
1 自然界中的抗菌外表
人們應用仿生學手腕，基于上述構造，構建了多種具有良好抗菌性能的微納構造外表，例如納米管、納米線、納米尖刺等。隨著超快激光制備技術的開展，其強大的微米構造制備才能和能夠同時誘導出多種納米構造的才能，使其在眾多物理改性辦法中脫穎而出，成為制備抗菌外表最有效的手腕之一。例如，激光誘導周期性外表構造(LIPSS)以及LIPSS與微米溝槽的復合構造等均具有良好的抗菌性能，如2所示。而這主要是由于細菌粘附在微納構造外表時，細菌膜由于拉伸作用決裂，招致細菌死亡，從而抑止生物被膜的構成，如3所示。
2 超快激光制備的抗菌外表
3 微納構造抗菌的物理機制
激光在各個行業(yè)有很多較強的應用場景，研討發(fā)現(xiàn)，物質的外表成分和微觀構造可以明顯影響界面分離狀況。界面處成分相容性好，能夠發(fā)作化學反響生成界面產物時，界面經(jīng)過化學鍵力相分離，可以取得極大的分離強度；相容性不佳時，界面只能依托粗糙界面的機械咬協(xié)作用和分子間作用力分離，分離相對較弱。在物質外表引入微觀構造，在兩種資料可以充沛接觸時，可以在加強機械咬合的同時明顯增大物質間實踐接觸面積，從而加強界面分離；而在資料不能接觸充沛時，將極大地減小實踐接觸面積，對界面分離起到削弱效果。
二 外表構造對界面分離的影響
(1)潤滑外表物質接觸狀況；(2)外表構造存在，物質微觀充沛接觸時，實踐接觸面積更大，界面分離較強；(3)外表構造存在，物質微觀接觸不良時，實踐接觸面積更小，存在單薄部位，界面分離較弱
超快激光是一種高效強大的外表制備改性手腕，簡直能夠作用于一切固體，在微納構造制備上具有明顯優(yōu)勢。它具有可控改動物質外表成分并同時制備案化微構造外表的才能，對界面分離可以起到顯著的調理效果，是調整界面分離強有力的手腕。應用超快激光外表改性調控界面間的分離已在焊接、減阻、傳熱、脫模等多個范疇得到充沛的研討與應用，具有宏大的潛力，有望得到大范圍的普遍應用。
三 超快激光處置加強界面分離的實例
銅與鎢之間因超快激光制備得到的外表構造增大了實踐接觸面積，而有了更強的機械分離強度和更高的導熱才能，界面分離強度超越銅基體的拉伸強度
四 激光制備微構造外表減少界面處資料間的實踐接觸面積，從而削弱界面分離粘附作用的實例
在目前眾多資料制備手腕中，超快激光作為一種能夠快速、可調控地制備精密微納構造的工具，成為了目前微納構造的主流辦法和熱點之一。經(jīng)超快激光刻蝕后，資料外表具有豐厚的微米-納米分級構造。其中微米構造經(jīng)過“幾何陷光”和屢次內反射來進步光的吸收，而納米構造則經(jīng)過加強等離激元共振來進一步促進吸光。這種微納復合構造極大地加強了光吸收率，經(jīng)過將吸收的光轉變?yōu)殡娔芑驘崮埽軌虼蠓鹊靥嵘Y料的光電和光熱轉變率。
經(jīng)過一種基于超快激光脈沖注入調控的金屬外表微米-納米雙尺度復合構造雙級調控制備新辦法，經(jīng)過對超快激光加工過程中脈沖注入數(shù)量和注入方式的乖巧控制，完成了對微米尺度構造和納米尺度構造的分別有效調控，從而能夠同時發(fā)揮微米尺度構造的幾何陷光效應和納米尺度構造的等效介質效應，最終到達優(yōu)良的高效抗反射性能。該辦法關于Cu、Ti、W等多種金屬均有效，可在其外表分別取得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金屬外表反射率，是一種在金屬外表可控構建微納米復合功用構造的通用辦法。
外表微納米復合構造在抗反射、自清潔、高效催化等范疇具有重要應用，而外表微納米構造的可控制備是其中的中心問題。超快激光加工作為一種微納米制造辦法，已為人們所熟知，并在微米尺度構造的高效靈敏可控加工方面具有突出優(yōu)勢，但其所構成的納米構造多為微米構造加工過程中誘導而成，無法對其停止有效的控制。其他納米制造手腕，如電子束光刻、化學合成等，固然能夠構成可控的納米構造，但無法有效構建出微納米復合的構造特征。本應用辦法，突破了之前超快激光只能可控加工微米尺度構造的限制，在微米-納米雙尺度構造的雙級分別可控制備方面邁出扎實一步，為外表微納米復合功用構造的有效構建提供了新的思緒和辦法。
鐳納激光：搶先的超快激光加工及超疏水應用的技術
“鐳納激光”是基于國內知名高校的國際知名教授領銜的研發(fā)團隊近20年的研討成果而成立的，專注于超快激光、納米技術的產業(yè)化。
“鐳納激光”團隊打破衍射極限限制，創(chuàng)新開展出超快激光制備納米波紋、納米顆粒、納米菜花、納米線、納米絨毛、納米絨、納米管、納米草、納米花等一系列全新納米構造制備新辦法，以及微米構造加納米構造雙級準確調控辦法，構成國際搶先的納米、微納米構造超快激光制備與調控技術。“鐳納激光”完成了超疏水、自清潔、抗結冰、抗反射、高催化、減阻、防銹、抑菌、防腐蝕、高銜接等納米特殊功用，全球率先攻克了納米構造工業(yè)級應用中穩(wěn)定性、耐久性、高效制備三大難題。
“鐳納激光”以高科技技術為驅動力，在超快激光與納米新資料應用范疇深耕發(fā)掘，將發(fā)明良好的社會效益和經(jīng)濟價值，愿為中國向高端制造轉型提供技術支持和保證。
“鐳納激光”具有自行研發(fā)的國際搶先的專利技術，已獲批與申請18項目創(chuàng)造專利，構成50多項特地竅門，構成系統(tǒng)自主學問產權，產生重要國際影響，構成了強大的技術儲藏、學問產權儲藏和綜合實力。“鐳納激光”基于一系列中心技術，開辟消費電子、檢測、航天航空、醫(yī)療、新能源、安防、汽車等眾多行業(yè)的產業(yè)應用。
“鐳納激光”首席科學家為國際知名的激光加工專家，具有國際和國內行業(yè)資源，目前已與國際國內知名協(xié)作機構樹立了12個超快激光結合實驗室，完成軟硬件的強強結合，共同努力于超快激光的工業(yè)化前沿發(fā)明應用與市場開展。
“鐳納激光”具有國際一流的超快激光配備（百瓦級高功率三波長飛秒激光器、百瓦級高功率皮秒激光器、綠光和紫外皮秒激光器、多種納秒激光器），配套數(shù)控精細加工系統(tǒng)，具有20多年宏觀激光加工和微納米精細激光加工研討積聚，具有強大的超快激光精細加工實力，承接超快激光精細加工對外技術效勞，包括激光外表微納構造化（超疏水）、激光精細加工、激光精細鉆孔、激光精細切割、激光精細焊接、激光燒蝕成形(激光精細雕琢)、激光精細清洗和激光精細拋光等業(yè)務。
文章出處：精密加工 精細加工http://www.yuxingjiajuwujin.com.cn/cn/info_15.aspx?itemid=694
