Ласерско „резбарење“ дијаманта: освајање најтврђег материјала светлошћу

Дијамантје најтврђа супстанца у природи, али није само накит. Овај материјал има топлотну проводљивост пет пута бржу од бакра, може да издржи екстремну топлоту и зрачење, може да преноси светлост, изолује, па чак и да се трансформише у полупроводник. Међутим, управо су те „супермоћи“ оно што чини дијамант „најтежим“ материјалом за обраду – традиционални алати га или не могу сећи или остављају пукотине. Тек појавом ласерске технологије људи су коначно пронашли кључ за освајање овог „краља материјала“.

Зашто ласер може да „сече“ дијамант?

Замислите да користите лупу да фокусирате сунчеву светлост како бисте запалили папир. Принцип ласерске обраде дијаманта је сличан, али прецизнији. Када високоенергетски ласерски зрак озрачи дијамант, долази до микроскопске „метаморфозе атома угљеника“:

1. Дијамант се претвара у графит: Ласерска енергија мења површинску структуру дијаманта (sp³) у мекши графит (sp²), баш као што се дијамант тренутно „дегенерише“ у графит оловке.

2. Графит се „испарава“: слој графита сублимира на високој температури или се нагриза кисеоником, остављајући прецизне трагове обраде. 3. Кључни пробој: дефекти У теорији, савршен дијамант може се обрадити само ултраљубичастим ласером (таласна дужина <229 nm), али у стварности, вештачки дијаманти увек имају ситне дефекте (као што су нечистоће и границе зрна). Ови дефекти су попут „рупа“ које омогућавају апсорпцију обичног зеленог светла (532 nm) или инфрацрвеног ласера (1064 nm). Научници чак могу да „командују“ ласеру да уреза одређени образац на дијаманту регулисањем расподеле дефеката.

Тип ласера: Еволуција од „пећи“ до „ножа за лед“

Ласерска обрада комбинује рачунарске нумеричке системе управљања, напредне оптичке системе и високопрецизно и аутоматизовано позиционирање радних предмета како би се формирао центар за истраживање и производну обраду. Примењена на обраду дијаманата, може постићи ефикасну и високопрецизну обраду.

1. Микросекундна ласерска обрада Ширина микросекундног ласерског импулса је широка и обично је погодна за грубу обраду. Пре појаве технологије закључавања модова, ласерски импулси су углавном били у микросекундном и наносекундном опсегу. Тренутно постоји мало извештаја о директној обради дијаманата микросекундним ласерима, а већина њих се фокусира на област примене обраде на крају процеса.

2. Обрада наносекундним ласером Наносекундни ласери тренутно заузимају велики удео на тржишту и имају предности добре стабилности, ниске цене и кратког времена обраде. Широко се користе у производњи предузећа. Међутим, процес аблације наносекундним ласером је термички деструктиван за узорак, а макроскопска манифестација је да обрада производи велику зону утицаја топлоте.

3. Пикосекундна ласерска обрада Пикосекундна ласерска обрада је између наносекундне ласерске термичке равнотежне аблације и фемтосекундне ласерске хладне обраде. Трајање импулса је значајно смањено, што у великој мери смањује штету коју узрокује зона захваћена топлотом.

4. Фемтосекундна ласерска обрада Ултрабрза ласерска технологија доноси могућности за фину обраду дијаманата, али висока цена и трошкови одржавања фемтосекундних ласера ограничавају промоцију метода обраде. Тренутно, већина повезаних истраживања остаје у лабораторијској фази.

Закључак

Од „немогућности сечења“ до „резбарења по вољи“, ласерска технологија је претвориладијамант више није „ваза“ заробљена у лабораторији. Са развојем технологије, у будућности бисмо могли видети: дијамантске комадиће који расипају топлоту у мобилним телефонима, квантне рачунаре који користе дијаманте за складиштење информација, па чак и дијамантске биосензоре имплантиране у људско тело… Овај плес светлости и дијаманата мења наше животе.