聚合物激光烧蚀的进展
发布时间：2023-04-04 08:00:00 阅读数： 106
激光烧蚀的技术进步已使其成为对陶瓷、金属、玻璃和聚合物等材料进行纹理处理的主要方法。
在材料上创造微观或纳米结构在许多领域都有广泛的应用。除了工程消费产品外，化学、医疗和光子行业也从不同的设计结构中获得了许多功能上的好处。
各种材料被用来独特地缩进和塑造有用的设备。例如，陶瓷、金属和玻璃都已被广泛使用。聚合物是另一类材料，已成为制造消费产品的基础。
什么是聚合物？
聚合物是由重复的亚分子或原子结构组成的大分子。这些可以是天然存在的大分子，也可以是在实验室里合成的，以达到特定的目的。
很多日常用品都是由聚合物制成的。例如，聚乙烯被用于塑料袋和瓶子。工业环境中使用的板条箱和绳索是由聚丙烯制成。基础设施部件，如水管和电线的绝缘层，大多由聚氯乙烯组成。
聚合物还广泛用于科学技术，如光波导、微流体通道和电子产品。
聚合物的受欢迎程度在于它的物理特性适合纳米加工。聚合物重量轻，抗腐蚀能力强，摩擦系数低，与其他类型的材料相比，磨损小。
聚合物的纹理技术
聚合物的表面可以用几种技术进行纹理处理。微铣、热压印、激光光刻、机械纹理、电化学加工和离子束蚀刻是其中一些使用的方法。激光烧蚀（LA）已经取代了其他方法，成为最突出的技术，因为它是一种非接触的程序，能够创造更高质量的纹理。激光烧蚀也是低成本的，更容易实施。
聚合物的激光烧蚀
激光烧蚀法使用超短激光脉冲将材料从基材上去除，以创造微观或纳米特征。
关于LA的第一份公开报告是由海军研究实验室的Robert Cozzens在1977年发表的。从那时起，LA的使用在许多不同的应用中得到了普及，技术也迅速发展。
高能量的激光脉冲可以融化和汽化聚合物。由于这种能力，LA是一种理想的聚合物表面纹理方法。
图1中显示了一个典型的LA装置。一束超短脉冲激光通过一个透镜聚焦到聚合物表面。激光头或安装在聚合物基底上的平台能够进行二维平移。整个设置是自动化的，因此运动的顺序是统一的。
图1：LA的光学设置。放大的图像显示了表面的熔化和等离子体烟雾的产生。图片来源：Ilamaran Sivarajah
当聚合物的表面被激光束照射时，基底中的电子被激发。
在这个过程中吸收的光子能量在聚合物中产生热量。基材中产生的热量取决于激光束的强度和聚合物的厚度。
作为热量的结果，激光点周围的聚合物表面开始融化和汽化。 因此，材料从表面被移除。
在相互作用区域，材料从固体转化为气体，形成图1所示的等离子体烟羽。由激光引发的相变是一种化学反应。烧蚀过程的发生可能是由于化学、热或受两者结合影响的变化。
通过将激光器按所需方向在表面上扫描，可以在聚合物上制作出图案。
另外，激光器可以被固定，容纳聚合物的平台可以被移动，以完成同样的壮举。
自动化和控制技术的进步为洛杉矶提供了巨大的帮助。
激光源的特性对聚合物的LA有重大影响。激光的规格，如波长、脉冲宽度、重复率和光通量是关键参数。
聚合物上所需的纹理类型决定了所需的最佳激光特征。低重复率系统提供高脉冲能量，而短脉冲持续时间的激光器具有高峰值功率。激光束的光通量是指每单位面积的激光点所传递的能量。
激光束的单色性和指向稳定性对LA也至关重要。单色性确保激光束的波长在手术过程中保持不变。指向稳定性描述了光束方向性随时间的变化。
现代激光技术在LA所需的大多数激光参数方面都有很高的性能。将激光器与控制机制相结合，推动了LA的性能。
激光技术在聚合物制绒方面的前景
随着现代激光技术和控制软件的发展，LA技术得到了快速发展。
制造工艺因高质量纹理聚合物的快速加工时间而大为受益。
继续发展高效和精确的控制技术将进一步改善LA。
从激光参数到机械工程，开发定量模型以优化LA工艺的研究工作将把聚合物和其他领域的LA表面纹理加工推向新的高度。
参考资料
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作者
