حکاکی لیزری الماس: فتح سخت‌ترین ماده با نور
الماسالماس سخت‌ترین ماده در طبیعت است، اما فقط جواهر نیست. این ماده رسانایی حرارتی پنج برابر سریع‌تر از مس دارد، می‌تواند در برابر گرما و تابش شدید مقاومت کند، می‌تواند نور را منتقل کند، عایق باشد و حتی می‌تواند به یک نیمه‌رسانا تبدیل شود. با این حال، همین «ابرقدرت‌ها» هستند که الماس را به «دشوارترین» ماده برای پردازش تبدیل می‌کنند - ابزارهای سنتی یا نمی‌توانند آن را برش دهند یا ترک‌هایی روی آن ایجاد کنند. تا زمان ظهور فناوری لیزر، انسان‌ها سرانجام کلیدی برای فتح این «پادشاه مواد» پیدا نکردند.
چرا لیزر می‌تواند الماس را «برش» دهد؟
تصور کنید که از یک ذره‌بین برای متمرکز کردن نور خورشید و مشتعل کردن کاغذ استفاده می‌کنید. اصل پردازش لیزری الماس مشابه است، اما دقیق‌تر. هنگامی که یک پرتو لیزر پرانرژی به الماس تابانده می‌شود، یک "دگرگونی اتم کربن" میکروسکوپی رخ می‌دهد:
۱. الماس به گرافیت تبدیل می‌شود: انرژی لیزر ساختار الماس سطحی (sp³) را به گرافیت نرم‌تر (sp²) تغییر می‌دهد، درست مانند الماسی که فوراً به مغز مداد تبدیل می‌شود.
۲. گرافیت «تبخیر» می‌شود: لایه گرافیت در دمای بالا تصعید می‌شود یا توسط اکسیژن حکاکی می‌شود و علائم پردازش دقیقی از خود به جا می‌گذارد. ۳. پیشرفت کلیدی: نقص‌ها در تئوری، الماس کامل فقط می‌تواند توسط لیزر فرابنفش (طول موج <229 نانومتر) پردازش شود، اما در واقعیت، الماس‌های مصنوعی همیشه دارای نقص‌های ریز (مانند ناخالصی‌ها و مرز دانه‌ها) هستند. این نقص‌ها مانند «حفره‌هایی» هستند که اجازه می‌دهند نور سبز معمولی (532 نانومتر) یا لیزر مادون قرمز (1064 نانومتر) جذب شوند. دانشمندان حتی می‌توانند با تنظیم توزیع نقص، به لیزر «فرمان» دهند تا الگوی خاصی را روی الماس حک کند.
نوع لیزر: تکامل از "کوره" به "چاقوی یخ"
پردازش لیزری، سیستم‌های کنترل عددی کامپیوتری، سیستم‌های نوری پیشرفته و موقعیت‌یابی قطعه کار با دقت بالا و خودکار را برای تشکیل یک مرکز پردازش تحقیق و تولید ترکیب می‌کند. با کاربرد در پردازش الماس، می‌توان به پردازش کارآمد و با دقت بالا دست یافت.
۱. پردازش لیزری میکروثانیه‌ای پهنای پالس لیزر میکروثانیه‌ای زیاد است و معمولاً برای پردازش خشن مناسب است. قبل از ظهور فناوری قفل مد، پالس‌های لیزر عمدتاً در محدوده میکروثانیه و نانوثانیه بودند. در حال حاضر، گزارش‌های کمی در مورد پردازش مستقیم الماس با لیزرهای میکروثانیه‌ای وجود دارد و بیشتر آنها بر روی زمینه کاربرد پردازش نهایی تمرکز دارند.
۲. پردازش لیزری نانوثانیه لیزرهای نانوثانیه در حال حاضر سهم بزرگی از بازار را اشغال کرده‌اند و از مزایای پایداری خوب، هزینه کم و زمان پردازش کوتاه برخوردارند. آنها به طور گسترده در تولید سازمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، فرآیند فرسایش لیزری نانوثانیه از نظر حرارتی برای نمونه مخرب است و نمود ماکروسکوپی آن این است که این پردازش یک منطقه تحت تأثیر حرارت بزرگ ایجاد می‌کند.
۳. پردازش لیزری پیکوثانیه‌ای پردازش لیزری پیکوثانیه‌ای بین فرسایش تعادل حرارتی لیزر نانوثانیه‌ای و پردازش سرد لیزر فمتوثانیه‌ای است. مدت زمان پالس به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که آسیب ناشی از ناحیه تحت تأثیر گرما را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.
۴. پردازش لیزری فمتوثانیه فناوری لیزر فوق سریع فرصت‌هایی را برای پردازش ظریف الماس فراهم می‌کند، اما هزینه بالای و هزینه‌های نگهداری لیزرهای فمتوثانیه، ترویج روش‌های پردازش را محدود می‌کند. در حال حاضر، بیشتر تحقیقات مرتبط در مرحله آزمایشگاهی باقی مانده است.
نتیجه‌گیری
فناوری لیزر، از «ناتوانی در برش» به «حکاکی دلخواه» تبدیل شده است.الماس دیگر یک «گلدان» محبوس در آزمایشگاه نیست. با پیشرفت روزافزون فناوری، در آینده ممکن است شاهد موارد زیر باشیم: تراشه‌های الماس که گرما را در تلفن‌های همراه دفع می‌کنند، رایانه‌های کوانتومی که از الماس برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند و حتی حسگرهای زیستی الماس که در بدن انسان کاشته می‌شوند... این رقص نور و الماس زندگی ما را تغییر می‌دهد.