利用激光实现金属表面的疏水特性

在罗切斯特大学的实验室里，研究人员正在用激光以不可思议的方式改变金属表面，例如不使用特殊的涂料、颜料或溶剂使之成为超级防水材料。 KSpC%_LC  
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这一技术的商业应用前景包括商业飞机和大型卡车等，可以为暴露的金属表面防锈和防腐蚀，清洁，以及实现手术和医疗设施的抗微生物的表面。 ZC\.};.  
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但是要使这项技术在商业上可行，激光器必须变得更加强大。 qeO6}A"^|  
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风险资本支持的科技公司FemtoRoc公司正在实施一项与John Marciante教授联合的研究项目，后者是一个光学副教授，在罗彻斯特大学光学研究所开发了一些更强大的激光器。该项目预计需要六年，研究预算估计为1000万美元。 w\8rh\Mvh  
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“激光器需要高功率，超快速，平均功率在千瓦级测量飞秒激光系统，而不是现在市场上售卖的10的瓦，”Marciante说。“因此，我们需要扩大激光器的功率10倍以上。” nY5n%>8  
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“这是一项雄心勃勃的事业。” {]_{BcK+  
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专有的超疏水技术利用激光来制造一个复杂的微观和纳米结构的图案，给经过处理的金属表面一组新的物理性质。 f!R^;'a  
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在2015年光学研究所的资深科学家Chunlei Guo教授和Anatoliy Vorobyev描述了一种非常强大的超短脉冲激光，用来永久地改变金属表面的性质。 BQfAen]  
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Guo和Vorobyev已经成功地使用这种技术不仅造成金属表面非常防水，还能实现吸水特性。Guo的实验室还创造了一个处理金属表面的过程，以吸收几乎所有波长的环境光，它有广泛的商业应用，包括超薄、超高效率的太阳能电池。 uL
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然而，在实验室中，利用低功率激光器制作1x1英寸的金属样本模板需要一个小时的时间。因此需要更强大、超快的飞秒激光脉冲来加速这一过程，使这项技术在商业上可行。 3b[[2x_UU  
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Marciante的实验室进行这种高功率激光的开发研究，其专门从事开发先进的大功率、光纤激光器，将需要解决的两个主要挑战。 H/la'f#o%  
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其一是激光束通常局限于常规设计的光纤，其直径往往非常小。在放大激光功率时，太多的光集中在光纤的核心，非线性特性扩散，导致激光束扩大或成为调制。 Kd[`mkmS  
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“当你试图压缩束短脉冲，有很多不适应，脉冲能量，”Marciante解释说。“可用的功率分散，或者不集中在你想要的地方。” *p5T  
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第二个挑战是过热。“你在一端泵浦一束位于一个能级的能量，在另一端的另一个能级上提取激光，没有一个过程是100%热效率的。这样额外的能量就会损耗在光纤里了。光纤会变得很热，甚至熔化，”Marciante说。 )1yUV*6  
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除了他自己的团队所做的研究，Marciante将利用美国的资深研究人员和国外的网络和带来的第三方供应商证明光纤的设计和制造能力。 >p#d;wK4_  
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Marciante的研究已经取得了如下的成果： ,["|wqM  
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 专有的更大的核心光纤，具有优良的激光光束质量，与高功率超快飞秒光纤激光器兼容。 I8oKa$RF  
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 一种大大减少专有纤维核心非线性效应的方法。“原则上，如果你把纤维长度减少一半，你可以去两倍的能量，”Marciante说。“折衷的办法是，你也可以让热量减少一半，在空间上排成一排。” mM^8YL  
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“这是一个非常令人兴奋的挑战，”Marciante说。 Pv$"DEXA2  
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他补充说：“世界上没有人能够对金属表面进行这种特殊的飞秒激光操作。使用这种技术推出商业产品将是真正的游戏改变者。这是一个千载难逢的机会去创造新的科学。” &l}xBQAL  
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原文来源：https://phys.org/news/2018-02-laser-focus-super-water-repellent-metals.html（实验帮译）