Лазердик тазалоо технологиясыинженерия тармагында лазердик технологияны ийгиликтүү колдонуу болуп саналат. Анын негизги принциби лазердик нурлар менен жумушчу бөлүктөрдүн субстраттарына жабышкан булгоочу заттардын ортосундагы өз ара аракеттенүүнү камсыз кылуу үчүн лазерлердин жогорку энергия тыгыздыгын колдонот. Булгоочу заттар субстраттардан заматта жылуулук менен кеңейүү, эрүү, газдын учуп кетиши жана башка механизмдер аркылуу бөлүнөт. Жогорку натыйжалуулукка, экологиялык тазалыкка жана энергияны үнөмдөөгө ээ болгон лазердик тазалоо технологиясы дөңгөлөктөрдүн калыптарын тазалоодо, учактын кузовунун боёгун кетирүүдө, маданий калдыктарды калыбына келтирүүдө жана башка тармактарда ийгиликтүү колдонулуп келет.
Салттуу тазалоо технологияларына механикалык сүрүлүү менен тазалоо (кум менен тазалоо, жогорку басымдагы суу агымы менен тазалоо ж.б.), химиялык коррозияны тазалоо, ультраүн менен тазалоо, кургак муз менен тазалоо жана башкалар кирет. Бул технологиялар тармактарда кеңири колдонулат. Мисалы, кум менен тазалоо металлдын дат баскан тактарын, беттик бүдүрлөрдү жана схемалык такталардагы конформдук каптоолорду ар кандай катуулуктагы абразивдерди тандоо менен кетире алат. Химиялык коррозияны тазалоо жабдуулардын бетиндеги майдын кабырчыктарын кетирүү, казандын кабырчыктарын тазалоо жана мунай түтүктөрүнүн бүтөлүп калышын тазалоо үчүн кеңири колдонулат. Жетилген болсо да, салттуу ыкмалардын олуттуу кемчиликтери бар: кум менен тазалоо иштетилген беттерге оңой зыян келтирет, ал эми химиялык коррозияны тазалоо айлана-чөйрөнүн булганышына алып келет жана туура эмес иштетилсе, субстраттарды дат басышы мүмкүн. Лазердик тазалоонун пайда болушу тазалоо технологиясындагы революцияны белгилейт. Лазерлердин жогорку энергия тыгыздыгын, тактыгын жана натыйжалуу өткөрүүсүн колдонуп, лазердик тазалоо тазалоонун натыйжалуулугу, тактыгы жана жайгашуусу боюнча салттуу ыкмалардан ашып түшөт. Ал химиялык тазалоодон айлана-чөйрөнүн булганышын жок кылат жана субстраттарга эч кандай зыян келтирбейт.
Лазердик тазалоонун принциптери
Лазердик тазалоо деген эмне? Бул лазердик нурлануу аркылуу катуу (же кээде суюк) беттерден материалдарды алып салуу процессин билдирет. Лазердик флуоресценттүүлүктүн төмөндүгүндө сиңирилген лазердик энергия материалдарды ысытат, бууланууга же сублимацияга алып келет. Лазердик флуоресценттүүлүктүн жогорку деңгээлинде материалдар адатта плазмага айланат. Лазердик тазалоодо, адатта, материалды алып салуу үчүн импульстук лазерлер колдонулат, бирок үзгүлтүксүз толкундуу лазер нурлары материалдарды жетиштүү интенсивдүүлүктө абляциялай алат. Толкун узундугу 200 нмге жакын болгон терең ультрафиолет эксимер лазерлери негизинен фотоабляция үчүн колдонулат.
Тереңдигилазер энергиясыЖутулуу жана бир импульс менен алынып салынган материалдын көлөмү материалдын оптикалык касиеттерине, ошондой эле лазердин толкун узундугуна жана импульстун узактыгына жараша болот. Бир импульс менен бутадан алынган жалпы масса абляция ылдамдыгы катары аныкталат. Сканерлөө ылдамдыгы жана сызыктын камтылышы сыяктуу лазердик нурлануунун мүнөздөмөлөрү абляция процессине олуттуу таасир этет.
Лазердик тазалоо технологиясынын түрлөрү
1) Лазердик кургак тазалоо
Лазердик кургак тазалоо төмөнкүлөрдү камтыйтЖумушчу бөлүктөргө түз импульстук лазердик нурлануу. Булгоочу заттар же субстраттар лазер энергиясын сиңирип, алардын температурасын көтөрүп, жылуулук кеңейүүсүн же субстраттын жылуулук термелүүсүн пайда кылат, бул булгоочу заттарды субстраттардан бөлүп турат. Бул эки сценарийде болот: же беттик булгоочу заттар лазер энергиясын сиңирип, кеңейет, же субстраттар энергияны сиңирип, жылуулук менен термелет.
1969-жылы С.М. Бедайр жана башкалар салттуу беттик иштетүүлөрдүн (жылуулук менен иштетүү, химиялык коррозия, кум менен тазалоо) баарынын чектөөлөрү бар экенин аныкташкан. Алар фокусталган лазерлердин жогорку энергия тыгыздыгы беттик материалдарды субстраттарга зыян келтирбестен бууланта аларын байкашкан. Эксперименттер кубаттуулук тыгыздыгы 30 МВт/см² болгон Q-коммутаторлуу рубин лазери кремний беттеринен булгоочу заттарды субстратка зыян келтирбестен тазалай аларын тастыкташкан, бул лазердик кургак тазалоонун биринчи жолу ишке ашырылышын белгилеген.
Жалпы тазалоо ылдамдыгын пленка калдыктарынын бөлүнүп чыгуу ылдамдыгы аркылуу төмөндө көрсөтүлгөндөй көрсөтүүгө болот:
(Формула: ε — лазердик импульстук энергия индекси; h — булгоочу пленканын калыңдыгынын индекси; E — пленканын серпилгичтик модулунун индекси)
2) Лазердик нымдуу тазалоо
Импульстук лазердик нурлантуудан мурун, жумуш бөлүкчөсүнүн бетине суюк пленка алдын ала капталат. Лазер энергиясы пленканы тез ысытат жана буулантат, бул булгоочу бөлүкчөлөрдү негизден ажыратуучу заматта сокку толкунун пайда кылат. Бул ыкма негиз менен суюк пленканын ортосунда химиялык реакцияны талап кылбайт, бул анын колдонулуучу материалдарын чектейт.
1991-жылы К. Имен жана башкалар жарым өткөргүч пластиналардагы жана металлдардагы калдык субмикрондук булгоочу заттарды кадимки тазалоодон кийин карап чыгышкан. Алар субстраттарды лазердик сиңирүүчү пленка менен каптап, CO₂ лазери менен нурландырышкан. Пленка энергияны сиңирип, тез ысытып, кайнатып, жарылуучу бууланууга дуушар болуп, беттик булгоочу заттарды кетирген — бул лазердик нымдуу тазалоону аныктайт.
3) Лазердик плазмалык шок толкуну менен тазалоо
Лазердик плазмалык шок толкундары лазерлер нурлануу учурунда абаны сфералык плазмалык шок толкундарына айландырганда пайда болот. Бул шок толкундары субстраттарга тийип, субстратка зыян келтирбестен булгоочу заттарды жок кылуу үчүн энергия бөлүп чыгарат (лазерлер субстраттар менен түздөн-түз өз ара аракеттенишпейт). Бул технология ондогон нанометрге чейинки кичинекей бөлүкчөлөрдү тазалайт жана лазердин толкун узундугуна эч кандай чектөөлөрдү койбойт.
Плазмалык тазалоонун физикалык принциптери төмөнкүдөй кыскача баяндалат:
а) Лазер нурлары максаттуу беттеги булгоочу катмар тарабынан сиңирилип алынат.
б) Жогорку энергияны сиңирүү тез кеңейүүчү плазманы (жогорку иондоштурулган туруксуз газды) пайда кылып, сокку толкундарын пайда кылат.
в) Шок толкундары булгоочу заттарды бөлүп чыгарат жана жок кылат.
г) Лазердик импульстар негизге зыян келтирүүчү жылуулуктун топтолушун болтурбоо үчүн жетиштүү кыска болушу керек.
д) Эксперименттер металл беттеринде оксиддер болгондо плазма формаларын көрсөтөт.
Плазманын пайда болушу энергия тыгыздыгынын босогосунан жогору гана жүрөт, ал булгоочу заттын же кычкыл катмарынын алынып салынышына жараша болот. Экинчи жогорку босого бар, андан ашып кеткенде субстрат бузулат. Субстратка зыян келтирбестен натыйжалуу тазалоону камсыз кылуу үчүн, импульстук энергия тыгыздыгын эки босогонун ортосунда кармап туруу үчүн лазер параметрлерин тууралоо керек.
2001-жылы Ж.М. Ли жана башкалар жогорку кубаттуулуктагы фокусталган лазерлерден плазмалык шок толкундарын колдонушкан. Энергия тыгыздыгы 2,0 Дж/см² болгон (кремнийдин зыян чегинен бир топ ашып кеткен) импульстук лазер кремний пластиналарын параллель нурлантып, 1 мкм вольфрам бөлүкчөлөрүн ийгиликтүү жок кылган. Тактап айтканда, лазердик плазмалык шок толкундарын тазалоо кургак тазалоонун бир бөлүгү болуп саналат.
Башында жарым өткөргүч пластиналардан микроскопиялык бөлүкчөлөрдү алып салуу үчүн иштелип чыккан бул үч лазердик тазалоо технологиясы дөңгөлөктөрдүн көктөрүн тазалоого, учактын терисинин боёгун кетирүүгө, маданий калдыктарды калыбына келтирүүгө жана башкаларга чейин кеңейди. Лазердик нурлануу учурунда субстраттарга инерттүү газды үйлөп, бөлүнүп чыккан булгоочу заттарды заматта жок кылууга, кайра булгануунун жана кычкылдануунун алдын алууга болот.
Лазердик тазалоо технологиясынын колдонулушу
1) Жарым өткөргүчтөр өнөр жайы: Жарым өткөргүч пластиналарды жана оптикалык субстраттарды тазалоо
Жарым өткөргүч пластиналар жана оптикалык субстраттар каалаган формаларды түзүү үчүн бирдей иштетүү этаптарынан (кесүү, майдалоо) өтүп, алып салуу кыйын жана кайра булганууга жакын бөлүкчөлүү булгоочу заттарды киргизет. Пластиналардагы булгоочу заттар схеманын басып чыгаруу сапатын начарлатат жана чиптин иштөө мөөнөтүн кыскартат. Оптикалык субстраттарда алар оптикалык түзүлүштүн жана каптоонун иштешин начарлатат, бул энергиянын бирдей эмес бөлүштүрүлүшүнө жана кызмат мөөнөтүн кыскартууга алып келет.
Лазердик кургак тазалоо субстраттын бузулуу коркунучунан улам бул жерде сейрек колдонулат, ал эми нымдуу тазалоо жана плазмалык шок толкуну менен тазалоо көптөгөн ийгиликтүү колдонмолорго ээ. Сюй Чуаньи жана башкалар микрон масштабдуу магниттик боёкту өтө жылмакай оптикалык субстраттарга диэлектрик пленка катары колдонуп, натыйжалуу импульстук лазердик тазалоого жетишишкен. Жалпы кошулма бөлүкчөлөрү көбөйгөнү менен, алардын өлчөмү жана каптоосу бир топ азайган. Чжан Пин ар кандай өлчөмдөгү бөлүкчөлөрдү тазалоонун натыйжалуулугуна иштөө аралыгынын жана лазер энергиясынын таасирин изилдеген. Эксперименттер көрсөткөндөй, 240 мДж лазер өткөргүч айнектеги полистирол бөлүкчөлөрүн 1,90 мм иштөө аралыгында оптималдуу тазалоого жетишкен. Тазалоо натыйжалуулугу лазер энергиясынын жогорулашы менен жакшырган жана чоңураак бөлүкчөлөрдү алып салуу оңой болгон.
2) Металл өнөр жайы: Металл беттерин тазалоо
Металл бетин тазалоо макроскопиялык булгоочу заттарды: кычкыл/дат катмарларын, боёкту, каптоолорду жана башка тиркемелерди бутага алат, алар органикалык (боёк, каптоо) же органикалык эмес (дат баскан) булгоочу заттар катары классификацияланат. Тазалоо кийинки иштетүү/колдонуу талаптарына жооп берет: мисалы, ширетүү алдында титан эритмелеринен 10 мкм калыңдыктагы кычкыл катмарларын алып салуу, учактын кабыгынан боёкту кайра сырдоо үчүн сыйрып алуу жана дөңгөлөк калыптарынан резина калдыктарын тазалоо, бул продукциянын сапатын жана калыптын иштөө мөөнөтүн камсыз кылат.
Металлдардын бузулуу босоголору булгоочу заттарды тазалоо босоголоруна караганда жогору, бул тийиштүү түрдө кубатталган лазерлер менен натыйжалуу тазалоого мүмкүндүк берет. Жетилген колдонмолорго төмөнкүлөр кирет: Ван Лихуа жана башкалар 5,1 Дж/см² лазер A5083-111H алюминий эритмесинен кычкыл катмарларын алып салганын жана субстраттын сапатын сактап калганын, ал эми 100 Вт импульстук лазер титан эритмесинин кычкыл катмарларын натыйжалуу тазалап, беттин катуулугун жогорулатканын көрсөтүштү. Ата мекендик өндүрүүчүлөр (Raycus Laser, Han's Laser, Shenzhen Chuangxin) резина калыптарын, металлдын датын жана бөлүктөрүнүн майын кетирүү үчүн лазердик тазалоочу жабдууларды кеңири жеткиришет.
3) Маданий эстеликтерди сактоо: Маданий эстеликтерди жана кагаз буюмдарын тазалоо
Металл жана таштан жасалган маданий эстеликтер убакыттын өтүшү менен кир, сыя тактары жана башка булгоочу заттарды топтоп, баштапкы көрүнүшүн калыбына келтирүү үчүн аларды алып салууну талап кылат. Кагаз артефакттары (сүрөттөр, каллиграфия) туура эмес сакталган учурда көктүн жана тактардын пайда болушуна алып келип, алардын абалын жана маданий/тарыхый баалуулугун олуттуу түрдө начарлатат.
Чжао Ин жана башкалар күрүч кагазындагы көктүн тактарын ультрафиолет лазери менен тазалоону текшеришкен: 3,2 Дж/мм² ылдамдыктагы бир сканерлөө жука тактарды алып салган, ал эми эки сканерлөө толук алып салууга жетишкен; ашыкча лазер энергиясы кагазга зыян келтирген. Чжан Сяотун лазердик нымдуу ыкманы колдонуп, алтын жалатылган коло артефактты ийгиликтүү калыбына келтирген. Чжан Личен Хань династиясынан калган боёлгон аял карапа фигурасын лазер менен тазалоону колдонгон. Юань Сяодун жана башкалар таш калдыктары үчүн лазердик тазалоонун натыйжалуулугун баалап, субстраттын бузулушун жана кумдуктагы сыя, түтүн жана боёк тактарын кетирүүнүн натыйжалуулугун салыштырышкан.
Жыйынтык
Лазердик тазалоо - аэрокосмостук, аскердик техника, электроника жана башка жогорку тактыктагы тармактарда кеңири изилдөө жана колдонуу мүмкүнчүлүктөрү бар өнүккөн технология. Натыйжалуулугу, экологиялык жактан тазалыгы жана мыкты тазалоо натыйжаларынан улам бир нече тармактарда өнүккөн, анын колдонулушу кеңейүүдө. Белгиленген боёк жана дат басуудан тышкары, акыркы жетишкендиктерге металл зымдардагы кычкыл катмарларын лазер менен тазалоо кирет. Келечектеги өнүгүү учурдагы колдонмолорду кеңейтүүгө, жаңы тармактарга кирүүгө жана жабдууларды инновациялоого байланыштуу:
- Практикалык колдонмолорду жетектөө үчүн теориялык изилдөөлөрдү күчөтүү. Учурдагы изилдөөлөр көбүнчө эксперименттерге таянат, аларда жетилген теориялык алкак жок. Мындай алкактарды түзүү технологиялык жетилгендик үчүн абдан маанилүү.
- Учурдагы жана жаңы тармактарда колдонууну кеңейтүү. Боёкту/датты кетирүү жагынан жетилген, жаңы колдонулуштарга металл зымдын кычкылынан тазалоо кирет, бул өсүү үчүн түшүмдүү жерди камсыз кылат.
- Көп максаттуу универсалдуу түзүлүштөргө (мисалы, боёкту/датты кетирүүчү айкалышкан түзүлүштөр) жана атайын шаймандарга (мисалы, чектелген мейкиндиктер үчүн атайын жасалган арматуралар/булалар) бөлүнүп, жаңы лазердик тазалоочу жабдууларды иштеп чыгуу. Өнөр жай роботтору менен интеграциялоо аркылуу толук автоматташтыруу келечектүү багыт болуп саналат.
Жарыяланган убактысы: 2026-жылдын 14-майы
