超快激光在精細(xì)加工及微納制造范疇的普遍應(yīng)用
激光是20世紀(jì)以來繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后，人類的又一嚴(yán)重創(chuàng)造，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。往常激光在日常生活中曾經(jīng)有諸多應(yīng)用，例如激光切割、激光測距、激光雷達(dá)、激光矯視、激光美容等等。特別是在加工制造范疇，相比于傳統(tǒng)加工方式，激光快速和精密的優(yōu)勢更為顯著。
飛秒激光能夠高效完成微米級尺寸、特殊外形、極致精度的加工，資料外表無凝結(jié)痕跡，邊緣潤滑、清潔，無飛濺物。
應(yīng)用舉例
1）鋰離子電池電極資料精細(xì)切割；
2）鋰離子電池焊具資料的精細(xì)刻蝕；
3）血管支架的精細(xì)切割；
4）飛機(jī)發(fā)起機(jī)葉片精細(xì)打孔；
5）手機(jī)面屏的精細(xì)切割；
6）陶瓷面板的精細(xì)切割與刻蝕；
超快激光：將來精密加工新趨向
超快激光與傳統(tǒng)激光還是有所區(qū)別。傳統(tǒng)激光是應(yīng)用光的熱效應(yīng)對資料停止加工，而超快激光采用的超短脈沖激光是應(yīng)用場效應(yīng)停止加工，不只能夠到達(dá)更高的精度，并且不會對資料外表形成損傷，超短脈沖激光的整個加工過程中理論上不產(chǎn)生熱，因而稱為“冷加工”。超短脈沖激光另一個特性是瞬時功率十分高，高到能夠直接使資料電離，打斷資料的分子鍵。這種瞬時功率能夠到達(dá)以至超越全世界電網(wǎng)的均勻功率。
由于上述特性，賦予了超快激光在精密加工方面的突出優(yōu)勢。不只能夠完成極致的加工精度，并且由于無損加工，能夠到達(dá)很高的外表精度和質(zhì)量。對超硬、耐高溫等眾多傳統(tǒng)方式難以加工的資料也具有極好的適用性，同時能夠加工一些極端復(fù)雜的微構(gòu)造。
超快激光微納加工是一種特種超精密加工技術(shù)，由于具有極大瞬態(tài)功率的超短脈沖光與物質(zhì)激烈的非線性互相作用，使加工技術(shù)適用于各種資料，關(guān)于透明介質(zhì)，能夠在其內(nèi)部制備三維構(gòu)造。其“特”就表如今能夠加工特種資料、能夠完成特殊構(gòu)造和特定的光、電、機(jī)械等性能。精細(xì)微細(xì)、低損低熱、三維選擇，這些無獨(dú)有偶的優(yōu)勢，使得超快激光微加工在航空航天、生物醫(yī)療、信息技術(shù)、新能源、新資料等產(chǎn)業(yè)日益得到應(yīng)用。
我國制造業(yè)整體呈現(xiàn)出由低端走向高端的趨向，因而超快激光每年增長率要比傳統(tǒng)激光更高，它代表著將來的一個開展方向。
配備制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)開展的根底性產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)的將來趨向必將是智能化、自動化，而以激光、機(jī)器人、3D打印、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)為中心的智能制造將是將來制造業(yè)開展的必然趨向，并將在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型晉級和構(gòu)造性調(diào)整中扮演非常重要的角色。超快激光作為激光微加工2.0的標(biāo)配利器，在近幾年工業(yè)界越來越受注重。其特殊的冷加工和非線性吸收機(jī)理使得激光加工對資料的適用性大大加強(qiáng)。
超快激光產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用曾經(jīng)越來越普遍，比方半導(dǎo)體行業(yè)，電子消費(fèi)范疇等。多種激光技術(shù)曾經(jīng)整合進(jìn)入許多重要的半導(dǎo)體工藝中，受母版推進(jìn)的包括激光切割、通孔、焊接/接合、剝離、標(biāo)志、案構(gòu)成、丈量、堆積。它們普遍用于加工半導(dǎo)體器件，高密度互聯(lián)（HDI）印刷電路板（PCB），以及集成電路（IC）封裝應(yīng)用等。當(dāng)前智能手機(jī)設(shè)計(jì)潮流向著全面屏的方向不時演進(jìn)，屏占比數(shù)值明顯提升，但是由于前置攝像頭、聽筒、間隔傳感器等部件的存在，呈現(xiàn)了“劉海屏”、“挖孔屏”等多種異形屏，如何對藍(lán)寶石等硬度高且熱脆性的面板材質(zhì)停止加工，成為考驗(yàn)加工工藝的難題，而超快激光加工則能夠提供良好的處理計(jì)劃。
包括在食品加工設(shè)備、船艦水下局部以及醫(yī)療植入物等范疇，超快激光也被普遍應(yīng)用于抗菌抑菌外表。微生物粘附在資料外表并生長構(gòu)成生物被膜（biofilm）的現(xiàn)象，會對人們的生命和財富平安形成要挾。例如，在醫(yī)療植入物中，細(xì)菌傾向于附著在植入資料上，不只會招致感染、排擠，嚴(yán)重時以至?xí)苯诱兄禄颊咚劳觥＜幢隳軌蚪?jīng)過二次手術(shù)對植入資料停止交換，但這不只會形成醫(yī)療資源的糜費(fèi)，也會給患者的身體和經(jīng)濟(jì)上帶來壓力。
生物被膜一旦構(gòu)成就難以鏟除，因而，避免細(xì)菌的初始粘附才是處理生物被膜的基本辦法。細(xì)菌粘附的影響要素有很多，包括細(xì)菌和資料的品種、外界環(huán)境等，但更重要的是資料外表的化學(xué)成分、潤濕性、粗糙度和外表形貌等，因而，能夠經(jīng)過對資料外表停止化學(xué)改性和物理改性來得到抗菌外表?；瘜W(xué)改性有著實(shí)質(zhì)缺陷，例如存在潛在毒性和使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性等。相比而言，對資料外表形貌的物理改性愈加基本、持久、環(huán)保、生物相容性好。
自然界中一些生物外表具有共同的、有著抗菌效果的微納構(gòu)造，例如蟬翅外表的納米錐構(gòu)造、蜻蜓翅膀的納米團(tuán)簇構(gòu)造、蛾眼的納米主構(gòu)造等，如1所示。
1 自然界中的抗菌外表
人們應(yīng)用仿生學(xué)手腕，基于上述構(gòu)造，構(gòu)建了多種具有良好抗菌性能的微納構(gòu)造外表，例如納米管、納米線、納米尖刺等。隨著超快激光制備技術(shù)的開展，其強(qiáng)大的微米構(gòu)造制備才能和能夠同時誘導(dǎo)出多種納米構(gòu)造的才能，使其在眾多物理改性辦法中脫穎而出，成為制備抗菌外表最有效的手腕之一。例如，激光誘導(dǎo)周期性外表構(gòu)造(LIPSS)以及LIPSS與微米溝槽的復(fù)合構(gòu)造等均具有良好的抗菌性能，如2所示。而這主要是由于細(xì)菌粘附在微納構(gòu)造外表時，細(xì)菌膜由于拉伸作用決裂，招致細(xì)菌死亡，從而抑止生物被膜的構(gòu)成，如3所示。
2 超快激光制備的抗菌外表
3 微納構(gòu)造抗菌的物理機(jī)制
激光在各個行業(yè)有很多較強(qiáng)的應(yīng)用場景，研討發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)的外表成分和微觀構(gòu)造可以明顯影響界面分離狀況。界面處成分相容性好，能夠發(fā)作化學(xué)反響生成界面產(chǎn)物時，界面經(jīng)過化學(xué)鍵力相分離，可以取得極大的分離強(qiáng)度；相容性不佳時，界面只能依托粗糙界面的機(jī)械咬協(xié)作用和分子間作用力分離，分離相對較弱。在物質(zhì)外表引入微觀構(gòu)造，在兩種資料可以充沛接觸時，可以在加強(qiáng)機(jī)械咬合的同時明顯增大物質(zhì)間實(shí)踐接觸面積，從而加強(qiáng)界面分離；而在資料不能接觸充沛時，將極大地減小實(shí)踐接觸面積，對界面分離起到削弱效果。
二 外表構(gòu)造對界面分離的影響
(1)潤滑外表物質(zhì)接觸狀況；(2)外表構(gòu)造存在，物質(zhì)微觀充沛接觸時，實(shí)踐接觸面積更大，界面分離較強(qiáng)；(3)外表構(gòu)造存在，物質(zhì)微觀接觸不良時，實(shí)踐接觸面積更小，存在單薄部位，界面分離較弱
超快激光是一種高效強(qiáng)大的外表制備改性手腕，簡直能夠作用于一切固體，在微納構(gòu)造制備上具有明顯優(yōu)勢。它具有可控改動物質(zhì)外表成分并同時制備案化微構(gòu)造外表的才能，對界面分離可以起到顯著的調(diào)理效果，是調(diào)整界面分離強(qiáng)有力的手腕。應(yīng)用超快激光外表改性調(diào)控界面間的分離已在焊接、減阻、傳熱、脫模等多個范疇得到充沛的研討與應(yīng)用，具有宏大的潛力，有望得到大范圍的普遍應(yīng)用。
三 超快激光處置加強(qiáng)界面分離的實(shí)例
銅與鎢之間因超快激光制備得到的外表構(gòu)造增大了實(shí)踐接觸面積，而有了更強(qiáng)的機(jī)械分離強(qiáng)度和更高的導(dǎo)熱才能，界面分離強(qiáng)度超越銅基體的拉伸強(qiáng)度
四 激光制備微構(gòu)造外表減少界面處資料間的實(shí)踐接觸面積，從而削弱界面分離粘附作用的實(shí)例
在目前眾多資料制備手腕中，超快激光作為一種能夠快速、可調(diào)控地制備精密微納構(gòu)造的工具，成為了目前微納構(gòu)造的主流辦法和熱點(diǎn)之一。經(jīng)超快激光刻蝕后，資料外表具有豐厚的微米-納米分級構(gòu)造。其中微米構(gòu)造經(jīng)過“幾何陷光”和屢次內(nèi)反射來進(jìn)步光的吸收，而納米構(gòu)造則經(jīng)過加強(qiáng)等離激元共振來進(jìn)一步促進(jìn)吸光。這種微納復(fù)合構(gòu)造極大地加強(qiáng)了光吸收率，經(jīng)過將吸收的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑驘崮?，能夠大幅度地提升資料的光電和光熱轉(zhuǎn)變率。
經(jīng)過一種基于超快激光脈沖注入調(diào)控的金屬外表微米-納米雙尺度復(fù)合構(gòu)造雙級調(diào)控制備新辦法，經(jīng)過對超快激光加工過程中脈沖注入數(shù)量和注入方式的乖巧控制，完成了對微米尺度構(gòu)造和納米尺度構(gòu)造的分別有效調(diào)控，從而能夠同時發(fā)揮微米尺度構(gòu)造的幾何陷光效應(yīng)和納米尺度構(gòu)造的等效介質(zhì)效應(yīng)，最終到達(dá)優(yōu)良的高效抗反射性能。該辦法關(guān)于Cu、Ti、W等多種金屬均有效，可在其外表分別取得1.4%，0.29%，2.5%的已知最低金屬外表反射率，是一種在金屬外表可控構(gòu)建微納米復(fù)合功用構(gòu)造的通用辦法。
外表微納米復(fù)合構(gòu)造在抗反射、自清潔、高效催化等范疇具有重要應(yīng)用，而外表微納米構(gòu)造的可控制備是其中的中心問題。超快激光加工作為一種微納米制造辦法，已為人們所熟知，并在微米尺度構(gòu)造的高效靈敏可控加工方面具有突出優(yōu)勢，但其所構(gòu)成的納米構(gòu)造多為微米構(gòu)造加工過程中誘導(dǎo)而成，無法對其停止有效的控制。其他納米制造手腕，如電子束光刻、化學(xué)合成等，固然能夠構(gòu)成可控的納米構(gòu)造，但無法有效構(gòu)建出微納米復(fù)合的構(gòu)造特征。本應(yīng)用辦法，突破了之前超快激光只能可控加工微米尺度構(gòu)造的限制，在微米-納米雙尺度構(gòu)造的雙級分別可控制備方面邁出扎實(shí)一步，為外表微納米復(fù)合功用構(gòu)造的有效構(gòu)建提供了新的思緒和辦法。
鐳納激光：搶先的超快激光加工及超疏水應(yīng)用的技術(shù)
“鐳納激光”是基于國內(nèi)知名高校的國際知名教授領(lǐng)銜的研發(fā)團(tuán)隊(duì)近20年的研討成果而成立的，專注于超快激光、納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。
“鐳納激光”團(tuán)隊(duì)打破衍射極限限制，創(chuàng)新開展出超快激光制備納米波紋、納米顆粒、納米菜花、納米線、納米絨毛、納米絨、納米管、納米草、納米花等一系列全新納米構(gòu)造制備新辦法，以及微米構(gòu)造加納米構(gòu)造雙級準(zhǔn)確調(diào)控辦法，構(gòu)成國際搶先的納米、微納米構(gòu)造超快激光制備與調(diào)控技術(shù)?！拌D納激光”完成了超疏水、自清潔、抗結(jié)冰、抗反射、高催化、減阻、防銹、抑菌、防腐蝕、高銜接等納米特殊功用，全球率先攻克了納米構(gòu)造工業(yè)級應(yīng)用中穩(wěn)定性、耐久性、高效制備三大難題。
“鐳納激光”以高科技技術(shù)為驅(qū)動力，在超快激光與納米新資料應(yīng)用范疇深耕發(fā)掘，將發(fā)明良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)價值，愿為中國向高端制造轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支持和保證。
“鐳納激光”具有自行研發(fā)的國際搶先的專利技術(shù)，已獲批與申請18項(xiàng)目創(chuàng)造專利，構(gòu)成50多項(xiàng)特地竅門，構(gòu)成系統(tǒng)自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)生重要國際影響，構(gòu)成了強(qiáng)大的技術(shù)儲藏、學(xué)問產(chǎn)權(quán)儲藏和綜合實(shí)力?！拌D納激光”基于一系列中心技術(shù)，開辟消費(fèi)電子、檢測、航天航空、醫(yī)療、新能源、安防、汽車等眾多行業(yè)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。
“鐳納激光”首席科學(xué)家為國際知名的激光加工專家，具有國際和國內(nèi)行業(yè)資源，目前已與國際國內(nèi)知名協(xié)作機(jī)構(gòu)樹立了12個超快激光結(jié)合實(shí)驗(yàn)室，完成軟硬件的強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，共同努力于超快激光的工業(yè)化前沿發(fā)明應(yīng)用與市場開展。
“鐳納激光”具有國際一流的超快激光配備（百瓦級高功率三波長飛秒激光器、百瓦級高功率皮秒激光器、綠光和紫外皮秒激光器、多種納秒激光器），配套數(shù)控精細(xì)加工系統(tǒng)，具有20多年宏觀激光加工和微納米精細(xì)激光加工研討積聚，具有強(qiáng)大的超快激光精細(xì)加工實(shí)力，承接超快激光精細(xì)加工對外技術(shù)效勞，包括激光外表微納構(gòu)造化（超疏水）、激光精細(xì)加工、激光精細(xì)鉆孔、激光精細(xì)切割、激光精細(xì)焊接、激光燒蝕成形(激光精細(xì)雕琢)、激光精細(xì)清洗和激光精細(xì)拋光等業(yè)務(wù)。
文章出處：精密加工 精細(xì)加工http://xdfxg.com/cn/info_15.aspx?itemid=694
