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(guò)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(guò)濾膜正在成為研究方向。該金屬過(guò)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(lái)，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(lái)不及產(chǎn)牛熱傳導(dǎo)而瞬間被氣化，才能產(chǎn)生無(wú)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(kāi)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(guò)濾膜的要求，選用三種金屬（不銹鋼、鋁和銅）膜材料，開(kāi)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(guò)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(guò)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。