Diamante "tallado" con láser: conquistando o material máis duro coa luz
Diamanteé a substancia máis dura da natureza, pero non é só xoiaría. Este material ten unha condutividade térmica cinco veces máis rápida que a do cobre, pode soportar a calor e a radiación extremas, pode transmitir a luz, illar e mesmo pode transformarse nun semicondutor. Non obstante, son estes "superpoderes" os que fan que o diamante sexa o material "máis difícil" de procesar: as ferramentas tradicionais ou non poden cortalo nin deixan gretas. Non foi ata a chegada da tecnoloxía láser que os humanos finalmente atoparon unha chave para conquistar este "rei dos materiais".
Por que se pode "cortar" un diamante con láser?
Imaxina usar unha lupa para enfocar a luz solar para acender o papel. O principio do procesamento láser de diamantes é similar, pero máis preciso. Cando un raio láser de alta enerxía irradia un diamante, prodúcese unha "metamorfose microscópica do átomo de carbono":
1. O diamante convértese en grafito: a enerxía láser cambia a estrutura superficial do diamante (sp³) en grafito máis brando (sp²), igual que un diamante se "dexenera" instantaneamente nunha mina de lapis.
2. O grafito «evapórase»: a capa de grafito sublímase a alta temperatura ou é gravada por osíxeno, deixando marcas de procesamento precisas. 3. Avance clave: defectos En teoría, o diamante perfecto só se pode procesar con láser ultravioleta (lonxitude de onda <229 nm), pero en realidade, os diamantes artificiais sempre teñen pequenos defectos (como impurezas e límites de grans). Estes defectos son como «buratos» que permiten que se absorba a luz verde ordinaria (532 nm) ou o láser infravermello (1064 nm). Os científicos poden incluso «ordenar» ao láser que talle un patrón específico no diamante regulando a distribución dos defectos.
Tipo de láser: Evolución de "forno" a "coitelo de xeo"
O procesamento láser combina sistemas de control numérico por computadora, sistemas ópticos avanzados e posicionamento de pezas de traballo automatizado e de alta precisión para formar un centro de procesamento de investigación e produción. Aplicado ao procesamento de diamantes, pode lograr un procesamento eficiente e de alta precisión.
1. Procesamento con láser de microsegundos A amplitude do pulso láser de microsegundos é ampla e adoita ser axeitada para o procesamento en bruto. Antes da aparición da tecnoloxía de bloqueo de modo, os pulsos láser estaban principalmente no rango de microsegundos e nanosegundos. Actualmente, hai poucos informes sobre o procesamento directo de diamantes con láseres de microsegundos, e a maioría deles céntranse no campo de aplicación do procesamento back-end.
2. Procesamento con láser de nanosegundos Os láseres de nanosegundos ocupan actualmente unha gran cota de mercado e teñen as vantaxes dunha boa estabilidade, baixo custo e curto tempo de procesamento. Son amplamente utilizados na produción empresarial. Non obstante, o proceso de ablación con láser de nanosegundos é termicamente destrutivo para a mostra e a manifestación macroscópica é que o procesamento produce unha gran zona afectada pola calor.
3. Procesamento con láser de picosegundos O procesamento con láser de picosegundos está entre a ablación de equilibrio térmico con láser de nanosegundos e o procesamento en frío con láser de femtosegundos. A duración do pulso redúcese significativamente, o que reduce considerablemente os danos causados pola zona afectada pola calor.
4. Procesamento con láser de femtosegundos A tecnoloxía láser ultrarrápida ofrece oportunidades para o procesamento fino de diamantes, pero o alto custo e o custo de mantemento dos láseres de femtosegundos limitan a promoción dos métodos de procesamento. Na actualidade, a maior parte da investigación relacionada aínda está en fase de laboratorio.
Conclusión
De "incapaz de cortar" a "tallar á vontade", a tecnoloxía láser fixo quediamante xa non é un "xarrón" atrapado no laboratorio. Co avance da tecnoloxía, no futuro poderemos ver: chips de diamante que disipan a calor nos teléfonos móbiles, ordenadores cuánticos que usan diamantes para almacenar información e mesmo biosensores de diamantes implantados no corpo humano... Esta danza de luz e diamantes está a cambiar as nosas vidas.