利用激光實現金屬表面的疏水特性

上圖所示John Marciante教授和研究生Swati Bhargava、Christopher Marsh 、Haomin Yao在探討一種精確測量光纖的設置和連裝置。圖片來源：羅切斯特大學。

在羅切斯特大學的實驗室里，研究人員正在用激光以不可思議的方式改變金屬表面，例如不使用特殊的塗料、顏料或溶劑使之成為超級防水材料。

這一技術的商業應用前景包括商業飛機和大型卡車等，可以為暴露的金屬表面防鏽和防腐蝕，清潔，以及實現手術和醫療設施的抗微生物的表面。

但是要使這項技術在商業上可行，激光器必須變得更加強大。

風險資本支持的科技公司FemtoRoc公司正在實施一項與John Marciante教授聯合的研究項目，後者是一個光學副教授，在羅徹斯特大學光學研究所開發了一些更強大的激光器。該項目預計需要六年，研究預算估計為1000萬美元。

「激光器需要高功率，超快速，平均功率在千瓦級測量飛秒激光系統，而不是現在市場上售賣的10的瓦，」Marciante說。「因此，我們需要擴大激光器的功率10倍以上。」

「這是一項雄心勃勃的事業。」

專有的超疏水技術利用激光來製造一個複雜的微觀和納米結構的圖案，給經過處理的金屬表面一組新的物理性質。

在2015年光學研究所的資深科學家Chunlei Guo教授和Anatoliy Vorobyev描述了一種非常強大的超短脈衝激光，用來永久地改變金屬表面的性質。

Guo和Vorobyev已經成功地使用這種技術不僅造成金屬表面非常防水，還能實現吸水特性。Guo的實驗室還創造了一個處理金屬表面的過程，以吸收幾乎所有波長的環境光，它有廣泛的商業應用，包括超薄、超高效率的太陽能電池。

然而，在實驗室中，利用低功率激光器製作1x1英寸的金屬樣本模板需要一個小時的時間。因此需要更強大、超快的飛秒激光脈衝來加速這一過程，使這項技術在商業上可行。

Marciante的實驗室進行這種高功率激光的開發研究，其專門從事開發先進的大功率、光纖激光器，將需要解決的兩個主要挑戰。

其一是激光束通常局限於常規設計的光纖，其直徑往往非常小。在放大激光功率時，太多的光集中在光纖的核心，非線性特性擴散，導致激光束擴大或成為調製。

「當你試圖壓縮束短脈衝，有很多不適應，脈衝能量，」Marciante解釋說。「可用的功率分散，或者不集中在你想要的地方。」

第二個挑戰是過熱。「你在一端泵浦一束位於一個能級的能量，在另一端的另一個能級上提取激光，沒有一個過程是100%熱效率的。這樣額外的能量就會損耗在光纖里了。光纖會變得很熱，甚至熔化，」Marciante說。

除了他自己的團隊所做的研究，Marciante將利用美國的資深研究人員和國外的網路和帶來的第三方供應商證明光纖的設計和製造能力。

Marciante的研究已經取得了如下的成果：

? 專有的更大的核心光纖，具有優良的激光光束質量，與高功率超快飛秒光纖激光器兼容。

? 一種大大減少專有纖維核心非線性效應的方法。「原則上，如果你把纖維長度減少一半，你可以去兩倍的能量，」Marciante說。「折衷的辦法是，你也可以讓熱量減少一半，在空間上排成一排。」

「這是一個非常令人興奮的挑戰，」Marciante說。

他補充說：「世界上沒有人能夠對金屬表面進行這種特殊的飛秒激光操作。使用這種技術推出商業產品將是真正的遊戲改變者。這是一個千載難逢的機會去創造新的科學。」

來源：https://phys.org/news/2018-02-laser-focus-super-water-repellent-metals.html

labup （https://www.labup.com）免費便捷的實驗室管理工具

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！