Ged a tha leusairean ultra-luath air a bhith ann airson deicheadan, tha tagraidhean gnìomhachais air fàs gu luath anns an dà dheichead a dh’ fhalbh. Ann an 2019, luach margaidh leusairean ultra-luathstuth leusairBha a’ chosgais giollachd timcheall air US$460 millean, le ìre fàis bhliadhnail cho-thàthaichte de 13%. Am measg nan raointean tagraidh far an deach lasers ultra-luath a chleachdadh gu soirbheachail gus stuthan gnìomhachais a phròiseasadh tha saothrachadh is càradh photomasg ann an gnìomhachas nan leth-chonnsachaidh a bharrachd air dìsneachadh silicon, gearradh/sgrìobadh glainne agus toirt air falbh film (indium tin oxide) ITO ann an electronics luchd-cleachdaidh leithid fònaichean-làimhe agus tablaidean, inneach piston airson gnìomhachas nan càraichean, saothrachadh stent coronaich agus saothrachadh innealan microfluidic airson gnìomhachas meidigeach.
01 Saothrachadh is càradh fotomasgan ann an gnìomhachas leth-chonnsachaidh
Chaidh leusairean ultra-luath a chleachdadh ann an aon de na ciad chleachdaidhean gnìomhachais ann an giullachd stuthan. Dh’innis IBM gun deach ablation leusair femtosecond a chur an sàs ann an cinneasachadh masg-foto anns na 1990n. An coimeas ri ablation leusair nanosecond, a dh’ fhaodadh frasadh meatailt agus milleadh glainne adhbhrachadh, chan eil masgan leusair femtosecond a’ sealltainn frasadh meatailt, milleadh glainne, msaa. Na buannachdan. Tha an dòigh seo air a chleachdadh gus cuairtean amalaichte (ICn) a dhèanamh. Dh’ fhaodadh gum bi feum air suas ri 30 masg agus cosgaidh e >$100,000 gus sliseag IC a dhèanamh. Faodaidh giullachd leusair femtosecond loidhnichean agus puingean fo 150nm a phròiseasadh.
Figear 1. Dèanamh agus càradh fotomasg
Figear 2. Toraidhean leasachaidh diofar phàtranan masg airson litagrafaidheachd ultraviolet anabarrach
02 Gearradh sileacon ann an gnìomhachas leth-chonnsachaidh
’S e pròiseas saothrachaidh àbhaisteach a th’ ann an dìsneachadh uaifearan silicon ann an gnìomhachas nan leth-chonnsair agus mar as trice bidh e air a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh dìsneachadh meacanaigeach. Bidh na cuibhlichean gearraidh seo gu tric a’ leasachadh meanbh-sgàinidhean agus tha iad duilich uaifearan tana (me tiugh < 150 μm) a ghearradh. Tha gearradh leusair de uaifearan silicon air a bhith air a chleachdadh ann an gnìomhachas nan leth-chonnsair airson iomadh bliadhna, gu sònraichte airson uaifearan tana (100-200μm), agus thèid a dhèanamh ann an grunn cheumannan: claiseadh leusair, agus an uairsin dealachadh meacanaigeach no gearradh falaichte (ie beam leusair infridhearg taobh a-staigh an sgrìobadh silicon) agus an uairsin dealachadh teip meacanaigeach. Faodaidh an leusair cuisle nanosecond 15 uaifearan a phròiseasadh san uair, agus faodaidh an leusair picosecond 23 uaifearan a phròiseasadh san uair, le càileachd nas àirde.
03 Gearradh/sgrìobadh glainne ann an gnìomhachas electronics consumable
Tha scrionaichean suathaidh agus speuclairean dìon airson fònaichean-làimhe agus coimpiutairean-uchd a’ fàs nas taine agus tha cuid de chumaidhean geoimeatrach lùbte. Tha seo a’ dèanamh gearradh meacanaigeach traidiseanta nas duilghe. Mar as trice bidh càileachd gearraidh bochd aig lasers àbhaisteach, gu sònraichte nuair a tha na taisbeanaidhean glainne seo air an cruachadh ann an 3-4 sreathan agus gu bheil a’ ghlainne dìon as àirde, 700 μm de thighead, air a tempered, a dh’ fhaodas briseadh le cuideam ionadail. Chaidh a shealltainn gu bheil lasers ultra-luath comasach air na glainneachan seo a ghearradh le neart oir nas fheàrr. Airson gearradh pannalan còmhnard mòra, faodar an laser femtosecond a chuimseachadh air uachdar cùil na duilleige glainne, a’ sgrìobadh taobh a-staigh a’ ghlainne gun a bhith a’ dèanamh cron air an uachdar aghaidh. Faodar a’ ghlainne an uairsin a bhriseadh le bhith a’ cleachdadh dhòighean meacanaigeach no teirmeach air feadh a’ phàtrain sgòraichte.
Figear 3. Gearradh glainne le laser ultra-luath picosecond ann an cumadh sònraichte
04 Inneach loine ann an gnìomhachas nan càraichean
Tha einnseanan chàraichean aotrom air an dèanamh de aloidhean alùmanaim, nach eil cho seasmhach ri caitheamh ri iarann teilgte. Tha sgrùdaidhean air faighinn a-mach gum faod giullachd laser femtosecond de inneach loine chàraichean suathadh a lughdachadh suas ri 25% leis gu bheil e comasach sprùilleach agus ola a stòradh gu h-èifeachdach.
Figear 4. Pròiseasadh leusair femtosecond air pistonan einnsean chàraichean gus coileanadh einnsean a leasachadh
05 Saothrachadh stent corónach anns a’ ghnìomhachas meidigeach
Tha milleanan de stentan coronaich air an cur a-steach do artaireachdan coronaich a’ chuirp gus sianal fhosgladh airson fuil a shruthladh a-steach do shoithichean a bhiodh dùinte air dhòigh eile, a’ sàbhaladh milleanan de bheatha gach bliadhna. Mar as trice bidh stentan coronaich air an dèanamh le mogal uèir meatailt (me, stàilinn gun smal, aloi cuimhne cumadh nicil-titanium, no o chionn ghoirid aloi cobalt-cròmium) le leud strut de mu 100 μm. An coimeas ri gearradh laser fad-cuisle, is e na buannachdan bho bhith a’ cleachdadh lasers ultra-luath gus camagan a ghearradh càileachd gearraidh àrd, crìochnachadh uachdar nas fheàrr, agus nas lugha de sprùilleach, a lughdaicheas cosgaisean iar-phròiseasadh.
06 Saothrachadh innealan meanbh-shruthach airson gnìomhachas meidigeach
Bithear a’ cleachdadh innealan meanbh-shruthach gu cumanta anns a’ ghnìomhachas meidigeach airson deuchainnean agus breithneachadh ghalaran. Mar as trice, bidh iad sin air an dèanamh le bhith a’ dèanamh mhúnlachadh meanbh-stealladh de phàirtean fa leth agus an uairsin gan ceangal le bhith a’ cleachdadh glaodhadh no tàthadh. Tha buannachd aig saothrachadh laser ultra-luath de dh’ innealan meanbh-shruthach gun tèid meanbh-sheanalan 3D a thoirt gu buil taobh a-staigh stuthan follaiseach leithid glainne gun fheum air ceanglaichean. Is e aon dhòigh saothrachadh laser ultra-luath taobh a-staigh glainne mòr-chuid agus an uairsin seargadh ceimigeach fliuch, agus is e fear eile ablation laser femtosecond taobh a-staigh glainne no plastaig ann an uisge grùide gus sprùilleach a thoirt air falbh. Is e dòigh-obrach eile seanalan a innealachadh a-steach don uachdar glainne agus an seulachadh le còmhdach glainne tro thàthadh laser femtosecond.
Figear 6. Greanadh roghnach air a bhrosnachadh le leusair femtosecond gus seanalan meanbh-shruthach ullachadh taobh a-staigh stuthan glainne
07 Drileadh beag bìodach air ceann-stealladh
Tha innealachadh meanbh-tholl leusair femtosecond air àite meanbh-EDM a chur an àite aig mòran chompanaidhean ann am margaidh an in-stealladh àrd-bhruthadh air sgàth barrachd sùbailteachd ann a bhith ag atharrachadh phròifilean toll sruthadh agus amannan innealachaidh nas giorra. Tha an comas suidheachadh fòcais agus claonadh a’ ghatha a smachdachadh gu fèin-ghluasadach tro cheann sganaidh ro-làimh air leantainn gu dealbhadh phròifilean fosglaidh (me, baraille, lasair, co-chruinneachadh, sgaoileadh) a dh’ fhaodas atomization no treàdh a bhrosnachadh anns an t-seòmar losgaidh. Tha an ùine drileadh an urra ri meud an ablation, le tiugh drile de 0.2 - 0.5 mm agus trast-thomhas toll de 0.12 - 0.25 mm, a’ dèanamh an dòigh seo deich tursan nas luaithe na meanbh-EDM. Tha meanbh-drileadh air a dhèanamh ann an trì ìrean, a’ gabhail a-steach garbhachadh agus crìochnachadh thuill pìleat troimhe. Tha argon air a chleachdadh mar ghas cuideachail gus an toll-borraidh a dhìon bho oxidation agus gus am plasma mu dheireadh a dhìon rè na ciad ìrean.
Figear 7. Pròiseasadh àrd-chruinneas leusair femtosecond de tholl teipidh inbhirteach airson stealladh einnsean dìosail
08 Inneachachadh leusair thar-luath
Anns na bliadhnachan mu dheireadh, gus cruinneas innealachaidh a leasachadh, milleadh stuthan a lughdachadh, agus èifeachdas giollachd a mheudachadh, tha raon meanbh-innealachadh air a bhith na fhòcas mean air mhean do luchd-rannsachaidh. Tha grunn bhuannachdan giollachd aig laser ultra-luath leithid milleadh ìosal agus mionaideachd àrd, a tha air a bhith na fhòcas air leasachadh teicneòlais giollachd a bhrosnachadh. Aig an aon àm, faodaidh lasers ultra-luath obrachadh air grunn stuthan, agus tha giollachd laser milleadh stuthan cuideachd na phrìomh stiùireadh rannsachaidh. Bithear a’ cleachdadh laser ultra-luath gus stuthan a thoirt air falbh. Nuair a bhios dùmhlachd lùtha an laser nas àirde na stairsneach toirt air falbh an stuth, bidh uachdar an stuth a chaidh a thoirt air falbh a’ sealltainn structar meanbh-nano le feartan sònraichte. Tha rannsachadh a’ sealltainn gur e rud cumanta a th’ anns an structar uachdar sònraichte seo a thachras nuair a bhios laser a’ giullachd stuthan. Faodaidh ullachadh structaran meanbh-nano uachdar feartan an stuth fhèin a leasachadh agus cuideachd leasachadh stuthan ùra a chomasachadh. Tha seo a’ dèanamh ullachadh structaran meanbh-nano uachdar le laser ultra-luath na dhòigh theicnigeach le cudrom leasachaidh cudromach. An-dràsta, airson stuthan meatailt, faodaidh rannsachadh air inneach uachdar laser ultra-luath feartan fliuchadh uachdar meatailt a leasachadh, feartan suathadh uachdar agus caitheamh a leasachadh, greamachadh còmhdach a neartachadh, agus iomadachadh is greamachadh stiùirichte cheallan.
Figear 8. Feartan os-uisge-dhìonach uachdar silicon ullaichte le laser
Mar theicneòlas giullachd ùr-nodha, tha feartan aig giullachd laser ultra-luath de raon beag a tha fo bhuaidh teas, pròiseas neo-loidhneach eadar-obrachaidh le stuthan, agus giullachd àrd-rùn nas fhaide na crìoch an diffraction. Faodaidh e giullachd micro-nano àrd-inbhe agus àrd-chruinneas a thoirt gu buil air diofar stuthan. agus saothrachadh structar micro-nano trì-thaobhach. Le bhith a’ coileanadh saothrachadh laser de stuthan sònraichte, structaran iom-fhillte agus innealan sònraichte a’ fosgladh shlighean ùra airson saothrachadh micro-nano. An-dràsta, chaidh laser femtosecond a chleachdadh gu farsaing ann an iomadh raon saidheansail ùr-nodha: faodar laser femtosecond a chleachdadh gus diofar innealan optigeach ullachadh, leithid sreathan microlens, sùilean co-thàthaichte bionic, stiùiridhean tonn optigeach agus metasuachdaran; a’ cleachdadh a chruinneas àrd, rùn àrd agus comasan giullachd trì-thaobhach, faodaidh laser femtosecond sgoltagan microfluidic agus optofluidic ullachadh no a thoirt a-steach leithid co-phàirtean microheater agus seanalan microfluidic trì-thaobhach; A bharrachd air an sin, faodaidh leusair femtosecond diofar sheòrsaichean de mhicro-nanostructaran uachdar ullachadh gus gnìomhan an-aghaidh meòrachadh, an-aghaidh meòrachadh, super-hydrophobic, an-aghaidh reothadh agus gnìomhan eile a choileanadh; chan e a-mhàin sin, chaidh leusair femtosecond a chleachdadh ann an raon bith-leighis cuideachd, a’ sealltainn coileanadh air leth ann an raointean leithid micro-stents bith-eòlasach, fo-stratan cultar cealla agus ìomhaighean microscopach bith-eòlasach. Ro-shealladh tagraidh farsaing. An-dràsta, tha raointean tagraidh giullachd leusair femtosecond a’ leudachadh bliadhna an dèidh bliadhna. A bharrachd air na micro-optics, microfluidics, micro-nanostructaran ioma-ghnìomhach agus tagraidhean innleadaireachd bith-mheidigeach a chaidh ainmeachadh gu h-àrd, tha pàirt mhòr aige cuideachd ann an cuid de raointean a tha a’ tighinn am bàrr, leithid ullachadh metasurface, saothrachadh micro-nano agus stòradh fiosrachaidh optigeach ioma-thaobhach, msaa.
Àm puist: 17 Giblean 2024
