Diamant "tallat" amb làser: conquerint el material més dur amb llum
Diamantés la substància més dura de la natura, però no són només joies. Aquest material té una conductivitat tèrmica cinc vegades més ràpida que el coure, pot suportar la calor i la radiació extremes, pot transmetre llum, aïllar i fins i tot es pot transformar en un semiconductor. Tanmateix, són aquests "superpoders" els que fan que el diamant sigui el material "més difícil" de processar: les eines tradicionals o no el poden tallar ni deixen esquerdes. No va ser fins a l'arribada de la tecnologia làser que els humans finalment van trobar una clau per conquerir aquest "rei dels materials".
Per què es pot "tallar" el diamant amb làser?
Imagineu-vos utilitzar una lupa per enfocar la llum solar per encendre el paper. El principi del processament làser del diamant és similar, però més precís. Quan un feix làser d'alta energia irradia el diamant, es produeix una "metamorfosi microscòpica de l'àtom de carboni":
1. El diamant es converteix en grafit: l'energia làser canvia l'estructura superficial del diamant (sp³) en grafit més tou (sp²), igual que un diamant es "degenera" instantàniament en una mina de llapis.
2. El grafit s'"evapora": la capa de grafit se sublima a alta temperatura o es grava amb oxigen, deixant marques de processament precises. 3. Avenç clau: defectes En teoria, el diamant perfecte només es pot processar amb làser ultraviolat (longitud d'ona <229 nm), però en realitat, els diamants artificials sempre tenen defectes minúsculs (com ara impureses i límits de gra). Aquests defectes són com "forats" que permeten que s'absorbeixi la llum verda ordinària (532 nm) o el làser infraroig (1064 nm). Els científics poden fins i tot "ordenar" al làser que talli un patró específic al diamant regulant la distribució dels defectes.
Tipus de làser: Evolució del "forn" al "ganivet de gel"
El processament làser combina sistemes de control numèric per ordinador, sistemes òptics avançats i posicionament de peces d'alta precisió i automatitzat per formar un centre de processament de recerca i producció. Aplicat al processament de diamants, pot aconseguir un processament eficient i d'alta precisió.
1. Processament làser de microsegons L'amplada de pols làser de microsegons és àmplia i normalment és adequada per al processament aproximat. Abans de l'aparició de la tecnologia de bloqueig de mode, els polsos làser eren principalment en el rang de microsegons i nanosegons. Actualment, hi ha pocs informes sobre el processament directe de diamants amb làsers de microsegons, i la majoria se centren en el camp d'aplicació del processament posterior.
2. Processament amb làser de nanosegons Els làsers de nanosegons actualment ocupen una gran quota de mercat i tenen els avantatges d'una bona estabilitat, baix cost i un temps de processament curt. S'utilitzen àmpliament en la producció empresarial. Tanmateix, el procés d'ablació amb làser de nanosegons és tèrmicament destructiu per a la mostra i la manifestació macroscòpica és que el processament produeix una gran zona afectada per la calor.
3. Processament làser de picosegons El processament làser de picosegons es troba entre l'ablació d'equilibri tèrmic amb làser de nanosegons i el processament en fred amb làser de femtosegons. La durada del pols es redueix significativament, cosa que disminueix considerablement els danys causats per la zona afectada per la calor.
4. Processament amb làser de femtosegon La tecnologia làser ultraràpida ofereix oportunitats per al processament fi de diamants, però l'elevat cost i el cost de manteniment dels làsers de femtosegon limiten la promoció dels mètodes de processament. Actualment, la majoria de la recerca relacionada es troba en fase de laboratori.
Conclusió
De "no poder tallar" a "esculpir a voluntat", la tecnologia làser ha fetdiamant ja no és un "gerro" atrapat al laboratori. Amb la iteració de la tecnologia, en el futur podríem veure: xips de diamant que dissipen la calor en telèfons mòbils, ordinadors quàntics que utilitzen diamants per emmagatzemar informació i fins i tot biosensors de diamants implantats al cos humà... Aquesta dansa de llum i diamants està canviant les nostres vides.