Diemwnt “cerfio” â laser: goresgyn y deunydd anoddaf gyda golau
Diemwntyw'r sylwedd caletaf mewn natur, ond nid gemwaith yn unig ydyw. Mae gan y deunydd hwn ddargludedd thermol bum gwaith yn gyflymach na chopr, gall wrthsefyll gwres ac ymbelydredd eithafol, gall drosglwyddo golau, inswleiddio, a gellir hyd yn oed ei drawsnewid yn lled-ddargludydd. Fodd bynnag, y "uwchbwerau" hyn sy'n gwneud diemwnt y deunydd "anoddaf" i'w brosesu - ni all offer traddodiadol ei dorri nac adael craciau. Dim ond gyda dyfodiad technoleg laser y daeth bodau dynol o hyd i'r allwedd i oresgyn y "brenin deunyddiau" hwn.
Pam y gall laser “dorri” diemwnt?
Dychmygwch ddefnyddio chwyddwydr i ganolbwyntio golau haul i danio papur. Mae egwyddor prosesu diemwnt â laser yn debyg, ond yn fwy manwl gywir. Pan fydd trawst laser egni uchel yn arbelydru diemwnt, mae "metamorffosis atom carbon" microsgopig yn digwydd:
1. Mae diemwnt yn troi'n graffit: Mae ynni'r laser yn newid strwythur diemwnt arwyneb (sp³) yn graffit meddalach (sp²), yn union fel mae diemwnt yn "dirywio" ar unwaith i blwm pensil.
2. Mae graffit yn “anweddu”: mae'r haen graffit yn dyrchafu ar dymheredd uchel neu'n cael ei hysgythru gan ocsigen, gan adael marciau prosesu manwl gywir. 3. Datblygiad allweddol: diffygion Mewn theori, dim ond laser uwchfioled (tonfedd <229 nm) y gellir prosesu diemwnt perffaith, ond mewn gwirionedd, mae gan ddiamwntau artiffisial ddiffygion bach bob amser (megis amhureddau a ffiniau grawn). Mae'r diffygion hyn fel “tyllau” sy'n caniatáu i olau gwyrdd cyffredin (532 nm) neu laser is-goch (1064 nm) gael eu hamsugno. Gall gwyddonwyr hyd yn oed “orchymyn” i'r laser gerfio patrwm penodol ar y diemwnt trwy reoleiddio dosbarthiad y diffygion.
Math o laser: Esblygiad o “ffwrnais” i “gyllell iâ”
Mae prosesu laser yn cyfuno systemau rheoli rhifiadol cyfrifiadurol, systemau optegol uwch, a lleoli darnau gwaith manwl iawn ac awtomataidd i ffurfio canolfan brosesu ymchwil a chynhyrchu. Wedi'i gymhwyso i brosesu diemwnt, gall gyflawni prosesu effeithlon a manwl iawn.
1. Prosesu laser microeiliad Mae lled pwls laser microeiliad yn eang ac fel arfer mae'n addas ar gyfer prosesu garw. Cyn ymddangosiad technoleg cloi modd, roedd pwls laser yn bennaf yn yr ystod microeiliad a nanoeiliad. Ar hyn o bryd, ychydig o adroddiadau sydd ar brosesu diemwnt uniongyrchol gyda laserau microeiliad, ac mae'r rhan fwyaf ohonynt yn canolbwyntio ar y maes cymhwysiad prosesu cefndirol.
2. Prosesu laser nanoeiliad Ar hyn o bryd mae laserau nanoeiliad yn meddiannu cyfran fawr o'r farchnad ac mae ganddynt fanteision sefydlogrwydd da, cost isel, ac amser prosesu byr. Fe'u defnyddir yn helaeth mewn cynhyrchu mentrau. Fodd bynnag, mae'r broses abladiad laser nanoeiliad yn niweidiol yn thermol i'r sampl, a'r amlygiad macrosgopig yw bod y prosesu'n cynhyrchu parth mawr yr effeithir arno gan wres.
3. Prosesu laser picosecond Mae prosesu laser picosecond rhwng abladiad ecwilibriwm thermol laser nanoeiliad a phrosesu oer laser femtoeiliad. Mae hyd y pwls yn cael ei leihau'n sylweddol, sy'n lleihau'r difrod a achosir gan y parth yr effeithir arno gan wres yn fawr.
4. Prosesu laser femtosecond Mae technoleg laser uwchgyflym yn dod â chyfleoedd ar gyfer prosesu mân diemwntau, ond mae cost uchel a chost cynnal a chadw laserau femtosecond yn cyfyngu ar hyrwyddo dulliau prosesu. Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o ymchwil gysylltiedig yn parhau i fod yn y cam labordy.
Casgliad
O “methu torri” i “gerfio yn ôl ewyllys”, mae technoleg laser wedi gwneuddiemwnt nid "fas" wedi'i ddal yn y labordy mwyach. Gyda datblygiad technoleg, yn y dyfodol efallai y gwelwn: sglodion diemwnt yn gwasgaru gwres mewn ffonau symudol, cyfrifiaduron cwantwm yn defnyddio diemwntau i storio gwybodaeth, a hyd yn oed biosynhwyryddion diemwnt wedi'u mewnblannu yn y corff dynol… Mae'r ddawns hon o olau a diemwntau yn newid ein bywydau.