飛秒激光制備陣列孔金屬微濾膜研究取得進(jìn)展
2014-05-14 18:33:43
admin
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據(jù)機(jī)械專家網(wǎng)2009年3月13日訊 在生物制藥、啤酒飲料和工業(yè)污水處理等領(lǐng)域，常采用微孔膜進(jìn)行水質(zhì)分離過濾。目前大量應(yīng)用的微孔分離膜有高分子材料制作的有機(jī)膜和采用燒結(jié)法制作的陶瓷膜和金屬膜。有機(jī)膜機(jī)械強(qiáng)度低，壽命短。陶瓷膜具有較高的脆性，不耐沖擊。燒結(jié)金屬膜具有較高的強(qiáng)度特性，但由于材料和燒結(jié)工藝的局限，膜孔尺寸大小不等，膜孔取向傾斜雜亂分布，致使它的孔隙率和通透性能較低。
采用金屬薄膜作基材，利用超短脈沖激光加工形成陣列孔制作金屬過濾膜正在成為研究方向。該金屬過濾膜不僅具有金屬材料較高的強(qiáng)韌性能，而且陣列分布的直通孔有利于提高金屬膜的孔隙率和通透性能。近年來，超短脈沖激光微加工已成為微納制造的重要技術(shù)之一。激光二極管抽運(yùn)固體激光器（DPSS）激光微加工系統(tǒng)可以打微孔，但其脈沖寬度處于納秒量級(jí)，加工金屬材料會(huì)產(chǎn)生較大的熱影響區(qū)，孔邊緣出現(xiàn)熔渣和堅(jiān)硬的冷凝層，很難制備優(yōu)良性能的微納米級(jí)的金屬膜孔，這是因?yàn)榻饘俨牧暇哂泻芨邔?dǎo)熱率，聲子／電子弛豫時(shí)間大多處于皮秒級(jí)。只有當(dāng)激光作用脈寬小于金屬巾聲子／電子弛豫時(shí)間，光子能量瞬間被品格吸收，材料來不及產(chǎn)牛熱傳導(dǎo)而瞬間被氣化，才能產(chǎn)生無熱激光加上"。
因此，飛秒激光窄脈沖寬度的優(yōu)點(diǎn)使得其成為微納米級(jí)加工的優(yōu)良手段。為推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，從飛秒激光與金屬膜相互作用機(jī)制到精密打孔技術(shù)已開展了諸多研究。但該項(xiàng)技術(shù)仍處于發(fā)展階段。針對(duì)制作金屬過濾膜的要求，選用三種金屬（不銹鋼、鋁和銅）膜材料，開展飛秒激光加工參數(shù)關(guān)系實(shí)驗(yàn)和大面積陣列打微孔實(shí)驗(yàn)，探討飛秒激光微納加工技術(shù)用于制備新型金屬過濾膜的可能性研究后發(fā)現(xiàn)：飛秒激光加工的微孔直徑隨單脈沖能量和脈沖數(shù)的平方根的增大而增大。不銹鋼薄膜適于飛秒激光制作會(huì)屬微孔膜，在25μ·m厚的不銹鋼薄膜上制備了太面積陣列徽孔，孔直徑為2.5～10 μm，孔間距為10～50μm。與傳統(tǒng)燒結(jié)金屬徽孔過濾膜比較，飛秒激光制備陣列微孔金屬膜具有膜孔尺寸均勻一致、盲通孔形、膜孔尺寸和間距可控等特點(diǎn)，可獲得較高的孔隙率。