"Ukit" na brilyante gamit ang laser: sinasakop ang pinakamatigas na materyal gamit ang liwanag

Diyamanteay ang pinakamatigas na substansiya sa kalikasan, ngunit hindi lamang ito alahas. Ang materyal na ito ay may thermal conductivity na limang beses na mas mabilis kaysa sa tanso, kayang tiisin ang matinding init at radiation, kayang magpadala ng liwanag, mag-insulate, at maaari pang gawing semiconductor. Gayunpaman, ang mga "superpower" na ito ang dahilan kung bakit ang diyamante ang "pinakamahirap" iprosesong materyal – ang mga tradisyunal na kagamitan ay hindi kayang putulin ito o mag-iwan ng mga bitak. Sa pagdating ng teknolohiya ng laser ay saka lamang natagpuan ng mga tao ang susi upang masakop ang "hari ng mga materyales" na ito.

Bakit kayang "putulin" ng laser ang diyamante?

Isipin ang paggamit ng magnifying glass para itutok ang sikat ng araw para magsindi ng papel. Ang prinsipyo ng pagproseso ng laser sa brilyante ay magkatulad, ngunit mas tumpak. Kapag ang isang high-energy laser beam ay tumama sa brilyante, isang mikroskopikong "carbon atom metamorphosis" ang nangyayari:

1. Ang diyamante ay nagiging grapayt: Binabago ng enerhiya ng laser ang istruktura ng diyamante sa ibabaw (sp³) tungo sa mas malambot na grapayt (sp²), tulad ng isang diyamante na agad na "nabubulok" at nagiging talim ng lapis.

2. Ang grapayt ay "sinisingaw": ang patong ng grapayt ay nag-i-sublimate sa mataas na temperatura o inukit ng oksiheno, na nag-iiwan ng mga tumpak na marka sa pagproseso. 3. Pangunahing tagumpay: mga depekto Sa teorya, ang perpektong diyamante ay maaari lamang iproseso sa pamamagitan ng ultraviolet laser (wavelength <229 nm), ngunit sa katotohanan, ang mga artipisyal na diyamante ay laging may maliliit na depekto (tulad ng mga dumi at mga hangganan ng butil). Ang mga depektong ito ay parang mga "butas" na nagpapahintulot sa ordinaryong berdeng ilaw (532 nm) o infrared laser (1064 nm) na masipsip. Maaari pang "utusan" ng mga siyentipiko ang laser na mag-ukit ng isang partikular na pattern sa diyamante sa pamamagitan ng pag-regulate sa distribusyon ng depekto.

Uri ng laser: Ebolusyon mula sa "hurno" patungo sa "kutsilyo ng yelo"

Pinagsasama ng pagproseso ng laser ang mga computer numerical control system, mga advanced na optical system, at high-precision at automated na pagpoposisyon ng workpiece upang bumuo ng isang sentro ng pananaliksik at pagproseso ng produksyon. Kapag inilapat sa pagproseso ng diyamante, makakamit nito ang mahusay at mataas na katumpakan na pagproseso.

1. Pagproseso ng microsecond laser Malawak ang lapad ng microsecond laser pulse at karaniwang angkop para sa magaspang na pagproseso. Bago ang paglitaw ng teknolohiya ng mode locking, ang mga laser pulse ay kadalasang nasa hanay ng microsecond at nanosecond. Sa kasalukuyan, kakaunti ang mga ulat tungkol sa direktang pagproseso ng diyamante gamit ang mga microsecond laser, at karamihan sa mga ito ay nakatuon sa larangan ng aplikasyon sa back-end processing.

2. Pagproseso ng nanosecond laser Sa kasalukuyan, ang mga nanosecond laser ay may malaking bahagi sa merkado at may mga bentahe ng mahusay na katatagan, mababang gastos, at maikling oras ng pagproseso. Malawakang ginagamit ang mga ito sa produksyon ng mga negosyo. Gayunpaman, ang proseso ng nanosecond laser ablation ay nakakasira sa sample sa pamamagitan ng init, at ang makroskopikong manipestasyon ay ang pagproseso ay lumilikha ng isang malaking sona na apektado ng init.

3. Pagproseso ng Picosecond laser Ang pagproseso ng Picosecond laser ay nasa pagitan ng nanosecond laser thermal equilibrium ablation at femtosecond laser cold processing. Ang tagal ng pulso ay makabuluhang nababawasan, na lubos na binabawasan ang pinsalang dulot ng sonang apektado ng init.

4. Pagproseso ng femtosecond laser Ang teknolohiyang ultrafast laser ay nagdudulot ng mga pagkakataon para sa pagproseso ng pinong diamond, ngunit ang mataas na gastos at gastos sa pagpapanatili ng mga femtosecond laser ay naglilimita sa pagsulong ng mga pamamaraan ng pagproseso. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga kaugnay na pananaliksik ay nananatili sa yugto ng laboratoryo.

Konklusyon

Mula sa "hindi kayang pumutol" hanggang sa "mag-ukit kung nais", nagawa na ng teknolohiyang laserdiyamante hindi na isang "plorera" na nakakulong sa laboratoryo. Sa pag-unlad ng teknolohiya, sa hinaharap ay maaari nating makita ang: mga piraso ng diamante na nagpapakalat ng init sa mga mobile phone, mga quantum computer na gumagamit ng mga diamante upang mag-imbak ng impormasyon, at maging ang mga biosensor ng diamante na itinanim sa katawan ng tao… Ang sayaw na ito ng liwanag at mga diamante ay nagbabago sa ating buhay.