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超快激光微纳制造时空整形“分秒必争”

发布:opticseditor    |    2019-02-25 11:29    阅读:442
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近年来,纳米制造成为我国战略需求的重要支撑,例如国家某重大工程中的靶丸加工,就需要在其表面实现纳米级定位的微孔阵列制造。飞秒激光具有超快、超强的特性,在微孔加工中占据独特优势,尤其在高?#20998;省?#22823;深径比、高一致性微孔加工中具有不可替代性。


虽然飞秒激光脉冲对材?#31995;?#36752;照时间极短(飞秒量级),但其后的所有加工过程均决定于飞秒激光与电子的相互作用,如何精准调控局部瞬时电子动态成为了科学界的关注重点。

在自然科学基金委重大研究计划“纳米制造的基础研究”支持下,?#26412;?#29702;工大学机械与车辆学?#33322;?#28572;教授研究团队提出了超快激光时空整形微纳制造新方法。通过设计超快激光能量时域及空域分布,研究人员调控加工过程中的能量吸收、传递及材料相变过程,有效地提高了加工质量、精度、效率、深径?#32676;?#19968;致性,并得?#28966;?#27867;应用。

据介绍,通过时空整形,可优化和调节离化电子密度分布,使得微孔加工深径比极限增加100倍,效率提高56倍。在实验中,单束光加工速度达0.01秒/孔,加工1厘米乘1厘米面积的高深径比(1000:1,?#26412;?.5微米)微孔阵列(共计25万个孔)仅耗时42分钟。

同时,为了研究超快激光微孔加工的完整过程,研究团队提出并搭建了多时间尺度电子动态实时观测系统,实现了对制造中以电子为能量载体主线的质能传输过程的观测。

该制造新方法获国际广泛关注,例如,美国科学促进会及其会刊——《科学》的新闻平台以《飞秒激光实现电子动态调控》为题对新方法进行了专题报道,称其“对高端制造、材料处理、化学反应控制可能带来革命性的贡献”,并获10余家国际主流科技?#25945;?#20840;文转载。

专家认为,该成果可为我国航空、能源、IC、国防等领域提供重要的制造技术支撑,开启了电子层面调控的新机理和新方法的广阔应用空间。

来源:《中国科学报》

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