Teemant laseriga „nikerdamine“: kõige kõvema materjali vallutamine valguse abil

Teemanton looduses kõige kõvem aine, aga see pole ainult ehe. Sellel materjalil on viis korda suurem soojusjuhtivus kui vasel, see talub äärmuslikku kuumust ja kiirgust, laseb valgust läbi, isoleerib ja seda saab isegi pooljuhiks muuta. Kuid just need „supervõimed“ muudavad teemandi „kõige raskemini töödeldavaks“ materjaliks – traditsioonilised tööriistad ei suuda seda lõigata või jätavad pragusid. Alles lasertehnoloogia tulekuga leidsid inimesed lõpuks võtme selle „materjalide kuninga“ vallutamiseks.

Miks saab teemanti laseriga "lõigata"?

Kujutage ette, et kasutate päikesevalguse fokuseerimiseks luupi, et paberit süüdata. Teemanti lasertöötluse põhimõte on sarnane, kuid täpsem. Kui teemanti kiiritab suure energiaga laserkiir, toimub mikroskoopiline "süsiniku aatomi metamorfoos":

1. Teemant muutub grafiidiks: Laserenergia muudab teemandi pinnastruktuuri (sp³) pehmemaks grafiidiks (sp²), just nagu teemant "degenereerub" hetkega pliiatsisüdamikuks.

2. Grafiit „aurustub“: grafiidikiht sublimeerub kõrgel temperatuuril või söövitatakse hapnikuga, jättes maha täpsed töötlemisjäljed. 3. Peamine läbimurre: defektid Teoreetiliselt saab täiuslikku teemanti töödelda ainult ultraviolettlaseriga (lainepikkus <229 nm), kuid tegelikkuses on tehisteemantidel alati pisikesi defekte (näiteks lisandid ja terapiirid). Need defektid on nagu „augud“, mis lasevad tavalisel rohelisel valgusel (532 nm) või infrapunalaseril (1064 nm) neelduda. Teadlased saavad laserile isegi „käsu anda“, et see nikerdaks teemandile kindla mustri, reguleerides defektide jaotust.

Laseri tüüp: evolutsioon "ahjust" "jäänoaks"

Lasertöötlus ühendab arvuti numbrilise juhtimise süsteemid, täiustatud optilised süsteemid ning suure täpsusega ja automatiseeritud tooriku positsioneerimise, moodustades uurimis- ja tootmisprotsessikeskuse. Teemantitöötluses rakendatuna võimaldab see saavutada tõhusa ja suure täpsusega töötlemise.

1. Mikrosekundiline lasertöötlus Mikrosekundilise laseri impulsi laius on lai ja sobib tavaliselt töötlemata töötlemiseks. Enne moodilukustustehnoloogia tekkimist olid laserimpulsid enamasti mikrosekundite ja nanosekundite vahemikus. Praegu on teemantide otsese töötlemise kohta mikrosekundiliste laseritega vähe aruandeid ja enamik neist keskendub järeltöötluse rakenduste valdkonnale.

2. Nanosekundiline lasertöötlus Nanosekundilistel laseritel on praegu suur turuosa ning nende eelisteks on hea stabiilsus, madal hind ja lühike töötlemisaeg. Neid kasutatakse laialdaselt ettevõtete tootmises. Nanosekundiline laserablatsiooniprotsess on aga proovi termiliselt hävitav ja makroskoopiline ilming seisneb selles, et töötlemisel tekib suur kuumusest mõjutatud tsoon.

3. Pikosekundiline lasertöötlus Pikosekundiline lasertöötlus on nanosekundilise laseriga termilise tasakaaluablatsiooni ja femtosekundilise laseriga külmtöötluse vahepealne. Impulsi kestus on oluliselt lühem, mis vähendab oluliselt kuumusega mõjutatud tsooni tekitatud kahjustusi.

4. Femtosekundiline lasertöötlus Ülikiire lasertehnoloogia pakub võimalusi teemantide peentöötluseks, kuid femtosekundiliste laserite kõrge hind ja hoolduskulud piiravad töötlemismeetodite edendamist. Praegu on enamik sellega seotud uuringuid endiselt laborijärgus.

Kokkuvõte

Alates „võimetusest lõigata“ kuni „oma äranägemise järgi nikerdamiseni“ on lasertehnoloogia teinudteemant enam laboris lõksus olev „vaas“. Tehnoloogia arenedes võime tulevikus näha mobiiltelefonides soojust hajutavaid teemantkiibisid, kvantarvuteid, mis kasutavad teemante teabe salvestamiseks, ja isegi inimkehasse implanteeritud teemantbiosensoreid... See valguse ja teemantide tants muudab meie elu.