激光燒蝕或光燒蝕是通過使用激光束照射,從(cong) 固體(ti) (或有時為(wei) 液體(ti) )表麵去除材料的過程。在低激光通量下,材料被加熱並蒸發或升華;在高激光通量下,材料通常會(hui) 轉換為(wei) 等離子體(ti) 。
吸收激光能量的深度以及單個(ge) 激光脈衝(chong) 去除的材料量,取決(jue) 於(yu) 材料的光學特性以及激光波長和脈衝(chong) 長度。每個(ge) 激光脈衝(chong) 從(cong) 靶標燒蝕的總質量通常稱為(wei) 燒蝕率。激光束掃描速度和掃描線覆蓋率等激光輻射特征會(hui) 顯著影響燒蝕過程。
激光脈衝(chong) 可以在不同的持續時間(毫秒到飛秒)和通量範圍內(nei) 變化,並且可以精確控製。激光燒蝕最簡單的應用是以受控方式從(cong) 固體(ti) 表麵去除材料。激光鑽孔就是典型的例子。脈衝(chong) 激光可以在非常硬的材料上鑽出很小的深孔。極短的激光脈衝(chong) 會(hui) 很快去除材料,以至周圍的材料吸收的熱量很少,因此可以在易碎或對熱敏感的材料上進行激光鑽孔。

激光清潔的實際應用
在工業(ye) 應用中,激光燒蝕被稱為(wei) 激光清潔。激光燒蝕的優(you) 點是無需任何溶劑,對環境無害,在沒有其他有害物質的前提下,操作員不會(hui) 暴露於(yu) 化學物質。盡管激光燒蝕在前期的資本投入高,但運行成本低於(yu) 幹介質或幹冰噴射。該方法比研磨技術溫和,例如複合材料中的碳纖維不會(hui) 受損。
激光清潔還可用於(yu) 有效清除鐵質物體(ti) 表麵的生鏽;從(cong) 各個(ge) 表麵去除油或油脂;恢複繪畫、雕塑、壁畫。由於(yu) 對模具的表麵損傷(shang) 最小,所以激光燒蝕是用於(yu) 橡膠模具清潔的優(you) 選技術之一。
1995年3月,國外媒體(ti) 率先報道了研究人員使用激光燒蝕一塊純石墨,然後將石墨與(yu) 催化金屬混合的方法。催化金屬可以由諸如鈷、铌、鉑、鎳、銅或其二元組合的元素組成。複合塊是通過將石墨粉、碳水泥和金屬製成的糊料製成。
研究人員將糊狀物置於(yu) 圓柱形模具中並烘烤數小時,固化後將石墨塊放置在烤箱中,並在其上對準激光,然後沿激光點的方向泵入氬氣。烤箱溫度約為(wei) 1200℃。隨著激光燒蝕靶材,碳納米管形成並被氣流攜帶到冷銅收集器上。像使用電弧放電技術形成的碳納米管一樣,碳納米管纖維也以隨意纏結的方式沉積。單壁納米管由石墨和金屬催化劑顆粒的嵌段形成,而多壁納米管由純石墨原料形成。
這種應用的變化是通過從(cong) 源上燒蝕塗層材料並使其沉積在待塗表麵上,使用激光燒蝕形成塗層。這是一種稱為(wei) 脈衝(chong) 激光沉積(PLD)的特殊類型的物理氣相沉積,可以用不異以其他任何方式蒸發的材料製成塗層。該工藝用於(yu) 製造某些類型的高溫超導體(ti) 和激光晶體(ti) 。
遠程激光光譜學技術結合激光燒蝕,從(cong) 表麵材料產(chan) 生等離子體(ti) 。表麵的組成可以通過分析等離子體(ti) 發射的光的波長來確定。激光燒蝕還用於(yu) 創建圖案,從(cong) 二向色濾鏡上選擇性去除塗層。該產(chan) 品用於(yu) 舞台照明,以進行大尺寸投影,或用於(yu) 校準機器視覺的儀(yi) 器。

推進力(Propulsion)
激光燒蝕可用於(yu) 將動量傳(chuan) 遞到表麵,因為(wei) 燒蝕的材料在其膨脹時會(hui) 向其下表麵施加高壓脈衝(chong) 。效果類似於(yu) 用錘子擊打表麵。此過程在工業(ye) 上用於(yu) 對金屬表麵進行硬化處理,並且能作為(wei) 武器使用激光武器。
製造業(ye) (Manufacturing)
激光燒蝕在人體(ti) 皮膚上的應用,也是使用CO2或Nd:YAG脈衝(chong) 激光清潔表麵,去除色素沉著,改善疤痕組織的外觀(不能治愈),並重整皮膚的外層而不會(hui) 損壞外層下表。
當前正在開發使用激光燒蝕去除高壓燃氣輪機部件上的熱障塗層的方法。由於(yu) 熱量輸入少,因此可以在對底層金屬塗層和母體(ti) 材料造成最小損害的情況下,完成TBC塗層的去除。
化學分析(Chemical analysis)
激光燒蝕被用作元素和同位素分析的采樣方法,並取代了在酸性溶液中消化固體(ti) 樣品通常所需的傳(chuan) 統步驟。激光燒蝕采樣是通過監視在樣品表麵發射的光子,一種稱為(wei) 激光誘導擊穿光譜(LIBS)和激光燒蝕分子同位素光譜法(LAMIS)的技術,或通過將燒蝕的質量粒子傳(chuan) 輸到第二激發源來檢測,就像感應耦合等離子體(ti) 質譜(MS)和光發射光譜(OES)均可與(yu) ICP耦合。
激光燒蝕采樣用於(yu) 化學分析的好處包括無需準備樣品,沒有浪費,需要最少的樣品,不需要真空,可以快速進行樣品分析周轉時間,空間(深度和橫向)分辨率以及化學繪圖。激光燒蝕化學分析幾乎適用於(yu) 所有行業(ye) ,例如采礦、地球化學、能源、環境、工業(ye) 加工、食品安全、法醫和生物學。商業(ye) 儀(yi) 器可用於(yu) 所有市場,以測量樣品中的每種元素和同位素。一些儀(yi) 器將光學和質量檢測結合起來,以擴展分析範圍和靈敏度的動態範圍。
生物(Biology)
激光消融在科學中用於(yu) 破壞神經和其他組織以研究其功能。例如,當Helisoma trivolvis一種田螺仍然是胚胎時,將其感覺神經元激光切除。另一個(ge) 例子是激光消融在Platynereis dumerilii蟲上的發現。通過激光消融幼蟲的眼睛,發現幼蟲還有趨光性。但消融了成蟲的眼睛後,Platynereis dumerilii就不再有趨光性了。
醫藥(Medicine)
在醫學上有幾種用於(yu) 消融的激光類型,包括氬氣、二氧化碳、染料、準分子、Nd:YAG等。激光消融用於(yu) 多種醫學專(zhuan) 業(ye) ,包括眼科、普通外科、神經外科、耳鼻喉、牙科、口腔頜麵外科以及獸(shou) 醫學。激光手術刀用於(yu) 消融硬組織和軟組織。使用激光消融的一些醫學上最常見地應用包括LASIK、皮膚換膚、腔準備、活組織檢查以及腫瘤和病變清除。在軟組織手術中,CO2激光束同時消融和燒灼,使其成為(wei) 最實用的軟組織激光。
激光消融可用於(yu) 各種器官的良性病變和惡性病變,這被稱為(wei) 激光誘導的間質熱療。目前的主要應用包括減少甲狀腺良性結節和破壞原發性和繼發性惡性肝病灶。激光消融還用於(yu) 治療慢性靜脈功能不全。
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