Power of light
Twitter Facebook EN JP JP
Zde se nacházíte: Úvod » Vysokorychlostní vytváření pravidelných povrchových struktur pomocí laseru

Vysokorychlostní vytváření pravidelných povrchových struktur pomocí laseru

V srpnu 2017 byl v prestižním vědeckém médiu Scientific Reports  publikován článek „High-speed manufacturing of highly regular femtosecond laser-induced periodic surface structures: physical origin of regularity,“ popisující objev výzkumníků dvou týmů. Jednoho z University of Modena and Reggio Emilia – Leonardo Orazi a Iaroslav Gnilitskyi a druhého z laserového centra HiLASE v Dolních Břežanech – Nadezhda M. Bulgakova, Thibault J.-Y. Derrien, Yoann Levy a Tomáš Mocek.

Nadezhda

Profesorka Nadezhda Bulgakova a její tým

Záměrné vytváření struktur povrchu materiálů v submikronovém či nano měřítku je dnes nesmírně významnou technologií pro mnoho oborů od elektroniky, přes fotoniku až po boj proti padělání. Výzkumníkům v HiLASE se podařilo pomocí laserových impulzů vytvářet pravidelné struktury na povrchu řady kovových prvků kvalitněji a rychleji, než jak to bylo kdy možné.  Zatím jsou teoretické předpovědi ověřeny na materiálech Al, Ti, Cu, Mo, Au a ocel a existuje předpoklad, že zkušenosti budou použitelné pro velkou škálu prvků a materiálů, dokonce možná pro všechny kovy.

„Naši italští kolegové se na nás obrátili s prosbou o spolupráci. Dařilo se jim vytvářet docela dobré struktury na některých materiálech, ale někde jim to nešlo a nebylo jasné proč. Protože můj kolega z HiLASE Thibault J.-Y. Derrien má v této oblasti asi desetileté zkušenosti a předpověděl možnost našeho řešení u řady materiálů, začali jsme s nimi na tom pracovat.  Našli jsme vysvětlení za použití dlouhých vlnových délek světla a experimentálně ověřili,“ sdělila prof. Nadezhda Bulgakova z HiLASE.

„Pro každý laser je řada specifických možností a klíč je v nalezení správného postupu a parametrů – úhlů, geometrie, frekvence a intenzit pro daný materiál. Každý takový pokus má několik zásadních experimentálních parametrů a všechny jsou důležité.

Detaily vytvořených povrchových struktur

Detaily vytvořených povrchových struktur

Jde o skutečně vysoce kvalitní pravidelné struktury, které jsou vytvářeny velmi silnými (vysoce energetickými) laserovými impulsy o vlnové délce 1030 nm.  Obdobné struktury se poprvé podařilo vytvořit už v 60. letech minulého století, ale vytvářely se za pomoci nízkoenergetických pulzů, byly nepřesné a proces trval neuvěřitelně dlouho – 1 mm2  třeba i týden. Nám se podařilo objevit, jak tyto výsledky rozšířit na mnoho dalších materiálů za použití různých vlnových délek,“  řekl Dr. Thibault J.-Y. Derrien.

Řešení HiLASE patří mezi technologie označované HR-LIPSS – Highly regular laser-induced periodic surface structures a může být alternativou složitých a nákladných procesů výroby nanostrukturních povrchů jako jsou naprašování, chemické a plazmové leptání, chemické vylučování z plynné fáze, nanoimprinting, optické a fyzikální litografiie, které často potřebují vakuum nebo jiné speciální prostředí. Můžeme se tady dočkat dalšího pokroku ve vývoji v oblasti elektroniky, fotoniky, bezpečnosti a biomedicíny. Prostě všude, kde potřebujeme přesně pracovat s materiály v extrémně malých měřítcích na velké ploše.

Metoda využívá silné laserové impulsy a jejím největším kladem je, že dosahuje vysoké rychlosti, přesnosti a kvality změn struktur povrchů materiálů. Během 10 sec je možno upravit asi 1 cm2 povrchu což velmi výrazně zvyšuje význam technologie pro praktické použití. Konkrétně například při úpravě povrchů křídel letadel proti namrzání vody ve výškách, protože periodické struktury umožňují řízení proudění kapalin na nanostrukturních plochách.

Zdroj:
High-speed manufacturing of highly regular femtosecond laser-induced periodic surface structures: physical origin of regularity
Iaroslav Gnilitskyi, Thibault J.-Y. Derrien, Yoann Levy, Nadezhda M. Bulgakova, Tomáš Mocek & Leonardo Orazi
Scientific Reports 7, Article number: 8485 (2017)
Published online: 16 August 2017