Materialeforskere former overfladen af ​​små, buede kulfiber ved hjælp af laserstrukturering

Overflader af materialer kan have en enorm indflydelse på deres funktion. Hvis de eksterne egenskaber ændres, dette udvider også udvalget af mulige applikationer. Det er derfor, materialeforskere ved Friedrich Schiller University Jena (Tyskland) undersøger, hvordan de kan skræddersy overflader af forskellige materialer ved hjælp af laserteknologi. De fokuserer hovedsageligt på laserinducerede periodiske overfladestrukturer, også kendt som LIPSS. Denne metode kan bruges til at skabe særligt små strukturer. De rapporterer om en helt særlig succes på dette område i det internationalt anerkendte fagblad Kulstof .

"Når en overflade bestråles med en femtosekundlaser - en laser med meget korte og intense lyspulser - dannes karakteristiske strukturer på det punkt, hvor laserstrålen rammer overfladen, "forklarer Dr. Stephan Gräf fra Otto Schott Institute of Materials Research ved Jena University." Interferenseffekter på dette omdrejningspunkt skaber LIPSS. "Disse strukturer er meget mindre end dem, der opnås ved hjælp af normal laserstrukturering, fordi en laserstråle ikke kan fokuseres som lille som ønsket. Størrelsen af ​​strukturerne afhænger, blandt andre parametre, på laserintensiteten og den anvendte laserbølgelængde. Baseret på en omhyggelig justering af laserstråleparametrene, strukturerne kan fremstilles på en næsten skræddersyet måde. Store områder af det periodiske mønster kan implementeres ved at scanne hele overfladen med laserstrålen.

Nu selv på stærkt buede overflader

Generelt, metoden fungerer på mange forskellige klasser af materialer; imidlertid, indtil nu kunne den kun anvendes på flade overflader. Det er nu lykkedes Jena-forskerne at producere laserinducerede periodiske strukturer på stærkt buede overflader. "Vi har realiseret LIPSS på overfladen af ​​omkring ti mikrometer tynde kulfiber - deres diameter er næppe større end selve strukturerne, "siger Gräf." Desuden vi var i stand til at overlejre forskellige typer strukturer og derfor hierarkisk forme overfladen. "

Disse nuværende fund vil give helt nye muligheder i praktiske anvendelser. For eksempel, kulfiber er indlejret i andre materialer, såsom polymerer til fremstilling af kompositmaterialer. For at forbedre styrken af ​​kompositmaterialer, de har, indtil nu, blevet behandlet med kemikalier, for eksempel. Takket være LIPSS, deres overfladetopografi kan nu specifikt ændres, så forankring mellem polymer og indlejrede fibre kan finde sted.

Mere holdbare materialer

Ud over, strukturerne fungerer som et optisk diffraktionsgitter. De tillader refleksion og absorptionsadfærd af lys på overflader at blive ændret på en bestemt måde. Det samme gælder også lysets diffraktion. Baseret på såkaldte 'strukturelle farver, "det er muligt selektivt at designe overflader i farve. Som et resultat heraf, laserinducerede periodiske overfladestrukturer får stigende interesse for optiske applikationer.

Og LIPSS påvirker også positivt materialernes holdbarhed:"Ved at ændre overfladetopografien, friktionskoefficienten kan reduceres, og slid kan derfor forhindres, "siger materialeforsker Gräf fra Jena University." F.eks. mere holdbare implantater kunne udvikles på denne måde. "Derudover kan materialernes befugtningsegenskaber kan ændres på denne måde. De kan derfor designes til at være mere hydrofobe eller hydrofile.