Leysigeislaskurður á demöntum: sigrast á hörðustu efnum með ljósi

Demanturer harðasta efnið í náttúrunni, en það er ekki bara skartgripir. Þetta efni hefur fimm sinnum hraðari varmaleiðni en kopar, þolir mikinn hita og geislun, getur hleypt ljósi í gegn, einangrað og jafnvel umbreytt því í hálfleiðara. Hins vegar eru það þessir „ofurkraftar“ sem gera demant að „erfiðasta“ efninu í vinnslu – hefðbundin verkfæri geta annað hvort ekki skorið hann eða skilja eftir sprungur. Það var ekki fyrr en með tilkomu leysigeislatækni að menn fundu loksins lykilinn að því að sigra þennan „konung efnanna“.

Af hverju er hægt að „skera“ demöntum með leysi?

Ímyndaðu þér að nota stækkunargler til að einbeita sólarljósi til að kveikja í pappír. Meginreglan á bak við leysigeislavinnslu á demöntum er svipuð en nákvæmari. Þegar orkumikill leysigeisli geislar á demant á sér stað smásjá „kolefnisatómbreyting“:

1. Demantur breytist í grafít: Leysiorkan breytir yfirborðsbyggingu demantsins (sp³) í mýkra grafít (sp²), rétt eins og demantur „hrörnar“ samstundis í blýant.

2. Grafít „gufar upp“: grafítlagið sublimerar við hátt hitastig eða er etsað með súrefni og skilur eftir nákvæm vinnsluspor. 3. Lykilbylting: gallar Í orði kveðnu er aðeins hægt að vinna fullkomna demanta með útfjólubláum leysigeisla (bylgjulengd <229 nm), en í raun og veru hafa gervidemantar alltaf smáa galla (eins og óhreinindi og kornamörk). Þessir gallar eru eins og „göt“ sem leyfa venjulegu grænu ljósi (532 nm) eða innrauða leysi (1064 nm) að frásogast. Vísindamenn geta jafnvel „skipað“ leysigeislanum að rista ákveðið mynstur á demantinn með því að stjórna dreifingu galla.

Tegund leysigeisla: Þróun frá „ofni“ til „íshnífs“

Leysivinnsla sameinar tölvustýringarkerfi, háþróuð ljósfræðileg kerfi og nákvæma og sjálfvirka staðsetningu vinnuhluta til að mynda rannsóknar- og framleiðsluvinnslumiðstöð. Með því að nota hana í demantvinnslu er hægt að ná fram skilvirkri og nákvæmri vinnslu.

1. Míkrósekúndu leysirvinnsla Míkrósekúndu leysirpúlsbreidd er mikil og hentar yfirleitt vel fyrir grófa vinnslu. Fyrir tilkomu stillingarlásunartækni voru leysirpúlsar að mestu leyti á bilinu míkrósekúndu og nanósekúndu. Eins og er eru fáar skýrslur um beina demantvinnslu með míkrósekúndu leysi og flestar þeirra einbeita sér að notkunarsviði bakvinnslu.

2. Nanósekúndu leysirvinnsla Nanósekúndu leysir eru nú með stóran markaðshlutdeild og hafa þá kosti að vera stöðugur, lágur kostur og vinnslutími stuttur. Þeir eru mikið notaðir í fyrirtækjaframleiðslu. Hins vegar hefur nanósekúndu leysireyðingarferlið hitaskemmdir á sýninu og stórt sjónarhorn er að vinnslan framleiðir stórt hitaáhrifasvæði.

3. Píkósekúndu leysirvinnsla Píkósekúndu leysirvinnsla er á milli nanósekúndu leysirhitajafnvægiseyðingar og femtosekúndu leysirkaldvinnslu. Púlslengdin er verulega stytt, sem dregur verulega úr tjóni af völdum hitaáhrifasvæðisins.

4. Femtosekúndu leysirvinnsla Ofurhröð leysirtækni býður upp á tækifæri til fínvinnslu demanta, en hár kostnaður og viðhaldskostnaður femtosekúndu leysira takmarkar kynningu á vinnsluaðferðum. Eins og er eru flestar tengdar rannsóknir enn á rannsóknarstofustigi.

Niðurstaða

Frá því að „ekki geta skorið“ yfir í að „skera að vild“ hefur leysigeislatækni gertdemantur ekki lengur „vasi“ fastur í rannsóknarstofu. Með tækniframförum gætum við í framtíðinni séð: demantsflísar sem dreifa hita í farsímum, skammtatölvur sem nota demanta til að geyma upplýsingar og jafnvel demantslíffræðilega skynjara grædda í mannslíkamann ... Þessi dans ljóss og demanta er að breyta lífi okkar.