Lasersko "rezbarenje" dijamanta: osvajanje najtvrđeg materijala svjetlošću
Dijamantje najtvrđa tvar u prirodi, ali nije samo nakit. Ovaj materijal ima toplinsku vodljivost pet puta veću od bakra, može izdržati ekstremnu toplinu i zračenje, može propuštati svjetlost, izolirati, pa čak se može transformirati u poluvodič. Međutim, upravo su te „supermoći“ ono što dijamant čini „najtežim“ materijalom za obradu – tradicionalni alati ga ili ne mogu rezati ili ostavljaju pukotine. Tek je pojavom laserske tehnologije čovječanstvo konačno pronašlo ključ za osvajanje ovog „kralja materijala“.
Zašto laser može "rezati" dijamant?
Zamislite da koristite povećalo za fokusiranje sunčeve svjetlosti kako biste zapalili papir. Princip laserske obrade dijamanta je sličan, ali precizniji. Kada visokoenergetska laserska zraka ozrači dijamant, dolazi do mikroskopske "metamorfoze atoma ugljika":
1. Dijamant se pretvara u grafit: Laserska energija mijenja površinsku strukturu dijamanta (sp³) u mekši grafit (sp²), baš kao što se dijamant trenutno „degenerira“ u grafit olovke.
2. Grafit se „isparava“: sloj grafita sublimira na visokoj temperaturi ili se nagriza kisikom, ostavljajući precizne tragove obrade. 3. Ključni proboj: defekti U teoriji, savršeni dijamant može se obraditi samo ultraljubičastim laserom (valna duljina <229 nm), ali u stvarnosti, umjetni dijamanti uvijek imaju sitne defekte (poput nečistoća i granica zrna). Ti defekti su poput „rupa“ koje omogućuju apsorpciju običnog zelenog svjetla (532 nm) ili infracrvenog lasera (1064 nm). Znanstvenici čak mogu „narediti“ laseru da urezbari određeni uzorak na dijamantu reguliranjem raspodjele defekata.
Vrsta lasera: Evolucija od "peći" do "noža za led"
Laserska obrada kombinira računalne numeričke upravljačke sustave, napredne optičke sustave te visokoprecizno i automatizirano pozicioniranje obratka kako bi se formirao istraživački i proizvodni procesni centar. Primijenjena na obradu dijamanata, može postići učinkovitu i visokopreciznu obradu.
1. Mikrosekundna laserska obrada Širina mikrosekundnog laserskog impulsa je široka i obično je prikladna za grubu obradu. Prije pojave tehnologije zaključavanja moda, laserski impulsi su uglavnom bili u rasponu mikrosekundi i nanosekundi. Trenutno postoji malo izvješća o izravnoj obradi dijamanata mikrosekundnim laserima, a većina ih se fokusira na područje primjene obrade na kraju procesa.
2. Obrada nanosekundnim laserom Nanosekundni laseri trenutno zauzimaju veliki tržišni udio i imaju prednosti dobre stabilnosti, niske cijene i kratkog vremena obrade. Široko se koriste u korporativnoj proizvodnji. Međutim, proces ablacije nanosekundnim laserom termički je destruktivan za uzorak, a makroskopska manifestacija je da obrada stvara veliku zonu utjecaja topline.
3. Pikosekundna laserska obrada Pikosekundna laserska obrada je između nanosekundne laserske termalne ravnotežne ablacije i femtosekundne laserske hladne obrade. Trajanje impulsa je značajno smanjeno, što uvelike smanjuje štetu uzrokovanu zonom utjecaja topline.
4. Obrada femtosekundnim laserom Ultrabrza laserska tehnologija donosi mogućnosti za finu obradu dijamanata, ali visoki troškovi i troškovi održavanja femtosekundnih lasera ograničavaju promicanje metoda obrade. Trenutno je većina srodnih istraživanja još uvijek u laboratorijskoj fazi.
Zaključak
Od "nemogućnosti rezanja" do "rezbarenja po volji", laserska tehnologija je napraviladijamant više nije „vaza“ zarobljena u laboratoriju. S razvojem tehnologije, u budućnosti bismo mogli vidjeti: dijamantne komadiće koji raspršuju toplinu u mobilnim telefonima, kvantna računala koja koriste dijamante za pohranu informacija, pa čak i dijamantne biosenzore ugrađene u ljudsko tijelo... Ovaj ples svjetlosti i dijamanata mijenja naše živote.