Et laserfokus på super vandafvisende metaller

I et laboratorium ved University of Rochester, forskere bruger lasere til at ændre overfladen af ​​metaller på utrolige måder, såsom at gøre dem super vandafvisende uden brug af specielle belægninger, maling, eller opløsningsmidler.

De kommercielle anvendelser af teknologien spænder fra afisning af kommercielle fly og store lastbiler, til rust- og korrosionsforebyggelse af udsatte metaloverflader, til rengøring, antimikrobielle overflader til kirurgiske og medicinske faciliteter.

Men for at gøre teknologien kommercielt levedygtig, laserne skal blive meget mere kraftfulde.

Et venturekapitalstøttet teknologiselskab, FemtoRoc Corp., er i gang med et fælles forskningsprojekt med John Marciante, lektor i optik, og University's Institute of Optics for at udvikle de mere kraftfulde lasere. Projektet, forventes at tage seks år, har et forskningsbudget anslået til $ 10 mio.

"Det, de [FemtoRoc] har brug for, er en kraftfuld, ultrahurtig, femtosekund-lasersystem med gennemsnitlig effekt målt i kilowatt, frem for de 10'er watt, der nu er kommercielt tilgængelige, "siger Marciante." Så, vi skal skalere med over en faktor 10. "

"Det er en meget ambitiøs opgave."

Den proprietære, superhydrofob teknologi bruger lasere til at skabe et indviklet mønster af mikro- og nanoskala strukturer, giver de behandlede metaloverflader et nyt sæt fysiske egenskaber.

I 2015, Chunlei Guo, professor i optik, og Anatoliy Vorobyev, seniorforsker ved Institut for Optik, beskrev det ekstremt kraftfulde, men ultrakorte laserpulser brugte de til permanent at ændre overfladen af ​​metaller.

Guo og Vorobyev har med succes brugt denne teknik til at skabe ikke kun metaloverflader, der er ekstremt vandafvisende, men dem der også tiltrækker vand. Guos laboratorium har også skabt en proces til behandling af metaloverflader til at absorbere stort set alle bølgelængder af omgivende lys, og som har en lang række kommercielle anvendelser, herunder tynd, ultraeffektive solceller.

Imidlertid, det tager cirka en time for Guos laboratorium at mønstre en 1-tommer-til-1-tommers metalprøve ved hjælp af kommercielt tilgængelig, laserdrevne lasere. Mere magtfuld, ultrahurtige femtosekund-laserpulser er nødvendige for at fremskynde processen for at gøre teknologien kommercielt levedygtig.

For at udvikle laserne, Marciantes laboratorium, som har specialiseret sig i at udvikle avancerede, høj effekt, fiberlasere, bliver nødt til at tage fat på to hovedudfordringer.

Den ene er, at laserstråler normalt er begrænset til konventionelt designede optiske fibre, som har en tendens til at være meget lille i kernediameter. Ved opskalering af lasereffekten, for meget lys koncentreres i fiberens kerne, og ikke -lineære egenskaber formerer sig, får laserstrålen til at udvides eller blive moduleret.

"Når du forsøger at komprimere strålen til en kort puls, der er en masse energi, der ikke passer ind i den puls, "Marciante forklarer." Den brugbare kraft breder sig ud, eller ikke fokuserer, hvor du vil have det. "

Den anden udfordring er overophedning. "Du pumper laserstrålen på et energiniveau, i den ene ende, og derefter udvinde det på et lavere energiniveau, i den anden ende, og ingen proces er 100 procent termisk effektiv. Så den ekstra energi ender i fiberen. Fiberen kan blive meget varm, selv til det smelter, ”Siger Marciante.

Ud over forskningen foretaget af hans eget team, Marciante vil udnytte et netværk af veteranforskere i USA og i udlandet og hente tredjepartsleverandører med dokumenteret fiberdesign og fremstillingskapacitet.

Marciante's forskning har allerede givet følgende resultater:

• en proprietær større kerneoptisk fiber med overlegne laserstråleegenskaber, der er kompatibel med ultrahurtige ultrahurtige femtosekundfiberlasere
• en måde til i høj grad at reducere virkningerne af ikke -lineariteter i kernen af ​​den proprietære fiber. "I princippet, hvis du skærer fiberlængden i halve, du kan gå til dobbelt så meget energi, "Siger Marciante." Afvejningen er, du smider også varmen ned på halvt så meget plads. "

”Det er en meget spændende udfordring, ”Siger Marciante.

"Ingen i verden har været i stand til at udføre denne særlige form for femtosekund laserbehandling af metaloverflader, "tilføjer han." At lancere kommercielle produkter ved hjælp af denne teknologi vil være en rigtig spilskifter. Dette er en mulighed for engang i livet for at skabe ny videnskab. "