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Laser-Blasted Metal Forms A Self-Cleaning Non-Stick Surface
金属随着岁月的流逝会失去原有光泽而受到锈蚀。人类一直寻找各种防止金属腐蚀方法,目前大量采用的是油漆涂覆、表面处理(如镀锌、镀铬)。激光轰击技术的出现势必对工业生产产生深刻影响。它可让汽车船舶跑得更快,能让世界发展过程中有更好卫生环境。
水滴从金属表面弹开后滚落下来
我们人类生活在地球上,水是重要的生存资源,没有水就无法存活。但有时,水又会成为我们的敌人,给我们带来灾害:水与金属接触会产生锈蚀;空气湿度会腐蚀金属;水凝结在金属表面会使其失去原有功能,如飞机机翼被冰覆盖可能会产生空难。
正因为这个原因,人们进行了大量研究,寻找各种办法防止水滴附着金属表面产生的危害,通常采取化学涂覆和表面处理(如镀锌、镀铬)方法。然而,美国纽约罗切斯特大学研究人员说,现已经找到一种有效方法,即用激光束轰击金属表面,可防止水的侵蚀。
美国罗切斯特大学光学、物理学教授郭春雷(Chunlei Guo音译)博士从事金属激光轰击研究多年。他曾利用激光束轰击金属表面使其成为吸收水分。现在,他与同事从事逆向研究,寻找利用高强度短脉冲激光束通过改变金属表面微结构,使金属具有良好的防水性。
激光轰击产生的峰值能量大约相当于北美整个电力网的能量总和。
当激光脉冲轰击金属表面时,金属光滑表面会形成高密度微观结构,好像覆盖了一层微米、纳米结构薄膜。这种金属膜具有良好防水性能。
他们用持续时间为一千万亿分之一秒量级的超短脉冲轰击铂、钛、铜三种样品,获得全新表面属性。高强度激光如此强大,在极短时间内可产生相当于北美整个电力网总和的能量。
若把激光轰击后的新金属材料置于高性能显微镜下,可清楚看见分层结构图像,最上层是复杂的纳米结构,好像覆盖了一层有许多极其微小凹凸的纳米薄膜。
激光轰击金属的斥水(疏水)特性
这种使金属具有防腐性能的激光轰击方法,大大优越于化学涂覆。首先,激光轰击后金属表面斥水(疏水)性能好。用聚四氟乙烯涂覆的金属表面,如一般家用不粘煎锅,一般需要倾斜70度水才能滑落。而激光轰击的金属表面,水滴滑动只要倾斜5度就足够。
金属激光轰击技术形成的金属表面是永久性的,金属自身结构得到改变,因没有添加任何物质,不存在分离脱落危险。而聚四氟乙烯涂层,遇到加热时会分解甚至脱离金属表面。有些研究表明,这种分解和脱落可能有损人们身体健康。
激光轰击的金属表面能长时间保持性能稳定,这给水陆、空中运输工具带来巨大效益:能长时间保持汽车清洁,易于保养维护;飞机机翼没有冰块形成而避免空难发生;这种材料制造的船舶航行速度快,船体外壳在水中航行摩擦力和阻力小。
更重要的,它在发展中国家有广阔应用前景。斥(疏)水金属能长时期保持表面干净,不需要大量水冲洗灰尘。经过测试,激光轰击过的金属表面上若有灰尘污垢,只要几十个水滴就可全部清除掉。金属的自动清洁特性能保持厕所长期干净,特别在发展中国家,那里的清洁用水十分紧张。智能手机厂商也看到了电子设备防水的未来的趋势,期待激光轰击金属的斥(疏)水性自清洁材料早日推向市场。
斥水(疏水)金属材料还可防止水污染。因没有水粘附在金属表面,就没有细菌和其它微生物滋生环境,从而整个区域环境得到改善。遗憾的是,激光轰击加工1英寸平方面积的斥(疏)水性能金属板,要花费1个小时时间处理。所以说,用这种金属材料建造汽车或卫生盥洗间还是未来的事。不过,金属激光轰击技术已引起了人们广泛重视,比尔·梅琳达·盖茨基金会表示极大兴趣,并对该项目进行了资助。可以预料,这种经激光轰击的金属材料商品化指日可待。
常炯
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