Laser абляция

редактировать
Подготовка наночастиц лазером в растворе Лазерная абляция астероидоподобного образца

Лазерная абляция или фотоабляция - это процесс удаления материала с твердой (или иногда жидкой) поверхности путем облучения ее лучом лазера. При низком потоке лазерного излучения материал нагревается поглощенной лазерной энергией и испаряется или сублимирует. При высоком лазерном потоке материал обычно превращается в плазму. Обычно лазерная абляция относится к удалению материала с помощью импульсного лазера, но можно удалить материал с помощью непрерывного луча лазера, если интенсивность лазера высока. довольно. Эксимерные лазеры глубокого ультрафиолетового света в основном используются при фотоабляции; длина волны лазера, используемого при фотоабляции, составляет примерно 200 нм.

Содержание

  • 1 Основы
  • 2 Области применения
    • 2.1 Привод
    • 2.2 Производство
  • 3 Химический анализ
    • 3.1 Биология
    • 3.2 Медицина
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Библиография

Основы

Глубина, на которой поглощается энергия лазера, и, следовательно, количество материала, удаляемого за один лазерный импульс, зависит от оптических свойств материала и лазера длина волны и длительность импульса. Общая масса, удаляемая из мишени за лазерный импульс, обычно называется скоростью абляции. Такие характеристики лазерного излучения, как скорость сканирования лазерного луча и перекрытие линий сканирования, могут существенно повлиять на процесс абляции.

Длительность лазерных импульсов может варьироваться в очень широком диапазоне (от миллисекунд до фемтосекунд ) и потоков, и их можно точно контролировать. Это делает лазерную абляцию очень ценной как для исследовательских, так и для промышленных целей.

Применения

Простейшее применение лазерной абляции - это контролируемое удаление материала с твердой поверхности. Лазерная обработка и, в частности, лазерное сверление, являются примерами; Импульсные лазеры могут просверливать очень маленькие и глубокие отверстия в очень твердых материалах. Очень короткие лазерные импульсы удаляют материал так быстро, что окружающий материал поглощает очень мало тепла, поэтому лазерное сверление может выполняться на деликатных или термочувствительных материалах, включая зубную эмаль (лазерная стоматология ). Несколько рабочих использовали лазерную абляцию и газовую конденсацию для получения наночастиц металла, оксидов металлов и карбидов металлов.

Кроме того, лазерная энергия может избирательно поглощаться покрытиями, особенно на металле, поэтому импульсные лазеры CO2 или Nd: YAG могут использоваться для очистки поверхностей, удаления краски или покрытия или подготовить поверхности к покраске, не повредив подстилающую поверхность. Лазеры высокой мощности очищают большое пятно за один импульс. В лазерах меньшей мощности используется много небольших импульсов, которые можно сканировать по площади. В промышленном применении лазерная абляция известна как лазерная очистка.

Промышленное оборудование для лазерной очистки мощностью 200 Вт.

Одно из преимуществ состоит в том, что не используются растворители, поэтому оно является экологически чистым, и операторы не подвергаются воздействию химикатов (при условии, что ничего вредного не испаряется). Это относительно легко автоматизировать. Эксплуатационные расходы ниже, чем у сухой среды или струйной обработки сухим льдом, хотя капитальные вложения намного выше. Этот процесс более щадящий, чем абразивные методы, например углеродные волокна в композитном материале не повреждаются. Нагрев мишени минимальный.

Другой класс применений использует лазерную абляцию для обработки удаленного материала в новые формы, которые невозможно или трудно получить другими способами. Недавний пример - производство углеродных нанотрубок..

Лазерная очистка также используется для эффективного удаления ржавчины с металлических предметов; удаление масла или жира с различных поверхностей; реставрация картин, скульптур, фресок. Лазерная абляция - один из предпочтительных методов очистки резиновой формы из-за минимального повреждения поверхности формы.

В марте 1995 г. Guo et al. первыми сообщили об использовании лазера для абляции блока из чистого графита, а затем графита, смешанного с каталитическим металл. Каталитический металл может состоять из таких элементов, как кобальт, ниобий, платина, никель, медь или их двоичная комбинация. Композитный блок формируется путем приготовления пасты из графитового порошка, углеродного цемента и металла. Затем паста помещается в цилиндрическую форму и запекается в течение нескольких часов. После затвердевания графитовый блок помещается в печь с направленным на него лазером, и газ аргон накачивается вдоль направления лазерной точки. Температура духовки составляет примерно 1200 ° C. Когда лазер удаляет мишень, образуются углеродные нанотрубки, которые переносятся потоком газа на холодный медный коллектор. Подобно углеродным нанотрубкам, сформированным с использованием метода электродугового разряда, волокна углеродных нанотрубок осаждаются случайным образом и запутываются. Одностенные нанотрубки формируются из блока частиц графита и металлического катализатора, тогда как многостенные нанотрубки формируются из чистого исходного материала графита.

Вариантом применения этого типа является использование лазерной абляции для создания покрытий путем абляции материала покрытия из источника и его осаждения на поверхности, на которую наносится покрытие; это особый тип физического осаждения из паровой фазы, называемый импульсным лазерным осаждением (PLD), и может создавать покрытия из материалов, которые не могут быть легко испарены каким-либо другим способом. Этот процесс используется для производства некоторых типов высокотемпературного сверхпроводника и лазерных кристаллов.

Дистанционная лазерная спектроскопия использует лазерную абляцию для создания плазмы из материала поверхности; Состав поверхности может быть определен путем анализа длин волн света, излучаемого плазмой.

Лазерная абляция также используется для создания рисунка, выборочно удаляя покрытие с дихроичного фильтра. Эти продукты используются в сценическом освещении для крупногабаритных проекций или для калибровки приборов машинного зрения.

Движение

Наконец, лазерная абляция может использоваться для передачи импульса поверхности, поскольку аблированный материал прикладывает импульс высокого давления к поверхности под собой, когда она расширяется. Эффект похож на удар молотком по поверхности. Этот процесс используется в промышленности для упрочнения металлических поверхностей и является одним из механизмов повреждения лазерного оружия. Он также является основой импульсной лазерной тяги для космических аппаратов.

Производство

При лазерной абляции кожи используется энергия лазера, поэтому можно использовать импульсные лазеры на CO2 или Nd: YAG для очистки поверхностей, удаления пигментации или улучшения, но не лечения рубцовой ткани, а также повторно обработать внешние слои кожи, не повреждая подлежащую поверхность.

В настоящее время разрабатываются способы использования лазерной абляции для удаления теплового барьерного покрытия на компонентах газовой турбины высокого давления. Благодаря низкому тепловложению удаление ТВП может быть выполнено с минимальным повреждением нижележащих металлических покрытий и основного материала.

Химический анализ

Лазерная абляция используется в качестве метода отбора проб для элементного и изотопного анализа и заменяет традиционные трудоемкие процедуры, обычно требуемые для разложения твердых образцов в кислых растворах. Отбор образцов лазерной абляции обнаруживается путем мониторинга фотонов, испускаемых на поверхности образца - технология, известная как LIBS (лазерная спектроскопия пробоя) и LAMIS (молекулярная изотопная спектрометрия лазерной абляции), или путем транспортировки частиц аблированной массы к вторичному источнику возбуждения. как индуктивно-связанная плазма. И масс-спектроскопия (МС), и оптическая эмиссионная спектроскопия (ОЭС) могут быть связаны с ИСП. Преимущества отбора проб с помощью лазерной абляции для химического анализа включают отсутствие подготовки проб, отсутствие отходов, минимальные требования к пробам, отсутствие требований к вакууму, быстрое время цикла анализа проб, пространственное (глубинное и поперечное) разрешение и химическое картирование. Химический анализ лазерной абляции применим практически во всех отраслях промышленности, таких как горнодобывающая промышленность, геохимия, энергетика, охрана окружающей среды, промышленная обработка, безопасность пищевых продуктов, судебная медицина и биология. На всех рынках доступны коммерческие инструменты для измерения каждого элемента и изотопа в образце. Некоторые инструменты сочетают в себе оптическое и массовое обнаружение, чтобы расширить охват анализа и динамический диапазон чувствительности.

Биология

Лазерная абляция используется в науке для разрушения нервов и других тканей с целью изучения их функции. Например, у видов прудовых улиток, Helisoma trivolvis их сенсорные нейроны могут быть удалены лазером, когда улитка все еще является эмбрионом, чтобы предотвратить их использование. нервы.

Другим примером является трохофор личинка Platynereis dumerilii, у которой глаз личинки был удален и личинки больше не имели фототактического действия. Однако фототаксис у личинки Platynereis dumerilii не опосредуется глазами личинки, потому что личинка все еще является фототаксической, даже если глаза личинки удалены. Но если удалить глаза взрослого человека, нектохет больше не является фототактическим, и, таким образом, фототаксис в личинке нектохет опосредуется глазами взрослого человека.

Лазерная абляция также может использоваться для разрушения отдельных клеток во время эмбриогенеза организма, такого как Platynereis dumerilii, для изучения влияния недостающих клеток во время развития.

Медицина

В медицине для абляции используется несколько типов лазеров, включая аргон, двуокись углерода (CO 2), краситель, эрбий, эксимер, Nd: YAG и другие. Лазерная абляция используется в различных медицинских областях, включая офтальмологию, общая хирургия, нейрохирургия, ЛОР, стоматология <148.>, челюстно-лицевая хирургия и ветеринария. Лазерные скальпели используются для абляции как жестких, так и мягких операции на тканях. Некоторые из наиболее распространенных процедур, при которых используется лазерная абляция, включают LASIK, шлифовку кожи, подготовку полости, биопсию, а также удаление опухоли и поражения. При операциях на мягких тканях лазерный луч CO 2 удаляет и прижигает одновременно, что делает его наиболее практичным и наиболее распространенным лазером для мягких тканей.

Лазерная абляция может использоваться как для доброкачественных, так и для злокачественных опухолей поражения в различных органах, что называется лазерно-индуцированной интерстициальной термотерапией. Основные области применения в настоящее время включают уменьшение доброкачественных узлов щитовидной железы и разрушение первичных и вторичных злокачественных поражений печени.

Лазерная абляция также используется для лечения хронической венозной недостаточности.

См. Также

.

Список литературы

Библиография

  • Oxford Concise Medical Dictionary, 2002, 6-е издание, ISBN 0-19-860459-9
Последняя правка сделана 2021-05-26 14:01:47
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте