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技術前沿

飛秒激光助力清華大學李喜德團隊,突破納米材料力學測試難題

fun88网页下载 來源:單色科技2025-02-26 我要評論(0 )   

在微納米技術領域,製造精密微器械是一項極具挑戰性的任務,尤其是在要求極高的尺寸精度和表麵質量的情況下。最近,清華大學的研究團隊在《Extreme Mechanics Letters》...

在微納米技術領域,製造精密微器械是一項極具挑戰性的任務,尤其是在要求極高的尺寸精度和表麵質量的情況下。

最近,清華大學的研究團隊在《Extreme Mechanics Letters》上發表的論文《An integrated push-to-pull micromechanical device: Design, fabrication, and in-situ experiment》中,展示了一種集成的推拉式微機械裝置,該裝置的設計、製造和原位實驗為(wei) 微納米尺度機械實驗提供了新的可能性。



這項研究中,單色科技為(wei) 在不鏽鋼上切割最小筋寬為(wei) 5μm的精密微器械提供了一種高效、精確的解決(jue) 方案。



清華大學團隊主導的微納米力學測試裝置解決(jue) 了傳(chuan) 統宏觀力學測試技術在納米尺度材料測試中的諸多難題,如夾持困難、載荷測量不準確等,並克服了現有方法設備複雜、操作繁瑣且難以高精度測量的局限性。通過高精度、原位測量納米材料的力學性能,為(wei) 納米材料在高端微電子器件中的應用提供了可靠的技術支持,顯著提升了其可靠性和應用前景,為(wei) 納米技術的進一步發展奠定了堅實基礎。



應用案例


通過設計製作的原位力學拉伸裝置,對典型的納米尺度材料SiC納米線進行了相應的原位拉伸實驗分析,如圖1所示,通過控製壓電驅動模塊,使得位移加載速率可以達到~10 nm/s, 保證整個(ge) 拉伸過程是一個(ge) 準靜態拉伸過程。拉伸過程中,SiC納米線並未出現顯著的塑性變形,在204 s時刻,納米線突然發生斷裂。本文一共測量了三組數據,並將得到的數據統計在圖2當中,和以往學者的研究結果進行對比,在納米線位於(yu) 200-400 nm直徑的範圍內(nei) ,本文的測量數據與(yu) 以往測量結果一致,並且發現該納米線直徑越小,表現出模量和強度越強的特征。

圖1:SiC納米線原位拉伸過程

圖2:SiC納米線的模量以及斷裂強度分布



本次項目中,清華大學的研究團隊使用了單色科技的飛秒激光精密切割設備,該設備可以實現微納結構的高精度加工,為(wei) 微機械原位拉伸裝置的製造提供了高效、精準的解決(jue) 方案,助力納米材料力學性能的精準測量。



傳(chuan) 統的微機械裝置製造技術,如光刻和聚焦離子束(FIB)刻蝕,雖然能夠實現高精度的加工,但往往成本高昂、效率低下,且在處理硬質材料如不鏽鋼時存在一定的局限性。而飛秒激光超精細冷加工技術則具有獨特的優(you) 勢。


樣品測量數據


飛秒激光的脈衝(chong) 持續時間遠小於(yu) 熱弛豫時間,加工過程中幾乎沒有熱量產(chan) 生,俗稱“冷”加工,可以利用飛秒激光對任何材料進行超精細切割、打孔、刻蝕等加工,可直接避免常規長脈衝(chong) 激光加工過程中,材料由於(yu) 熱量累積導致的過熱開裂、氧化、熔化等現象。其次,飛秒激光加工無需掩模,這不僅(jin) 簡化了加工流程,還降低了製造成本。此外,飛秒激光超高的峰值功率,使得其對加工材料無選擇性,能夠處理任何材料,如金屬、非金屬、高溫合金、半導體(ti) 、陶瓷和高分子聚合物等,這為(wei) 微機械裝置的設計和製造提供了更大的靈活性。

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