Westlake Üniversitesi'ndeki Prof . Qiu Min'in grubu, yüksek güçlü lazer işlemesinde termal sürüklenme problemine yepyeni bir çözüm sağlayan yeni bir tür homojen silikon karbür (4H-sic) süper lens'i başarıyla geliştirdi .
Geleneksel ticari objektif lenslerle karşılaştırıldığında, SuperLens sadece kırınım sınırlı odaklama elde etmekle kalmaz, aynı zamanda termal emilimden neredeyse etkilenmeyen uzun süreli yüksek güçlü lazer ışınlaması altında kararlı performansı korur .
4H-SIC malzemeleri mükemmel özellikleri için dikkat çekmiştir: optikler için yüksek geçirgenlik ve kırılma indisi, termal yönetim için yüksek termal iletkenlik ve mekanik özellikler için yüksek sertlik ve çizik direnci . Bu özellikler, yüksek performanslı optikler ve yüksek güç cihazları için ideal bir malzeme haline getirir .
Yeni SuperLens, termal sürüklenme etkisini etkili bir şekilde bastırmak ve karmaşık soğutma sistemlerine güvenmekten kurtulmak için 4H-SIC malzemesinin yüksek termal iletkenlik ve düşük kayıp özelliklerini kullanır .
Bu teknolojik atılım sadece yüksek güçlü lazer sistemleri için anahtar destek sağlamakla kalmaz, aynı zamanda hassas enstrüman üretimi, kutup keşfi, havacılık ve diğer birçok alan için yeni olanaklar getirir . Özellikle işleme doğruluğu ve yüzey kalitesi için son derece yüksek gereksinimler alanında, 4H-SIC SuperLens {Super {{{
1. Yüksek güçlü lazerlerin termal sürüklenme problemini çözmek için yeni bir fikir
Bir şans karşılaşmasında, araştırmacılar kurumsal üretimde yaygın olarak bulunan dikenli bir problem fark ettiler: Üretim hattında yüksek güçlü lazer hassas kesiminin sürekli çalışması sırasında, objektif lens, işleme şekli ve tutarlılığı . nihayetinde sürekli termal birikim nedeniyle dahili optik elemanlarını deforme edecektir.
Bunun nedeni, yüksek yoğunluklu lazer ışığı bir optik cihaza çarptığında, malzeme ışık enerjisinin bir kısmını emer ve düşük termal iletkenliğe sahip olan silikon oksit (kuvars) ve kalsiyum florür (florit (florit) gibi malzemeler için, ısıyı etkili bir şekilde {{.} gibi malzemeler için, cihazın lokalize edilmesine neden olmak zordur, lokalize edilmiş, lokalizasyona neden olmak zordur.
Bu problemi çözmek için, grup özel bir süper olarak şeffaf bir 4H-SIC malzemesi hazırladı . Cihaz bir dolarlık bir madeni paradan daha incedir ve yüzeyi yaklaşık 200-400 nanometreli yüz milyonlarca nanopillar ile kaplıdır.
"Silikon karbür malzemesinin yüksek kırılma indisi sayesinde, ticari lenslerinkiyle karşılaştırılabilir bir odaklama fonksiyonu elde etmek için nanopilların boyutunu ayarlayarak ışığın dalga ön fazını manipüle edebildik, malzemenin kendisinin mükemmel termal iletkenliği ile birleştirilebildik, daha iyi ısı cihazı {{{{ .
Şekil 丨 4h-sic süper lens (solda) ve SEM karakterizasyonu (sağ) (Kaynak: Botao Chen)
2. Mükemmel termal stabilitenin deneysel doğrulaması
Deneyde, araştırmacılar, bir mitutoyo mikroskop objektif lensi (endüstrinin önde gelen ticari objektif lens) ve aynı zamanda yüksek güçlü bir lazerle geliştirilen 4H-SIC süper lensini tahriş ederek gerçek hayattaki bir endüstriyel senaryoyu simüle etti .
Sonuçlar, 15- watt, 1030- nm darbeli lazer ışınlaması altında bir saat boyunca, 4H-sic süperkenlerin sıcaklığının sadece 3 . 2 derece arttığını ve odak kaymasının geleneksel objektif lens'in sadece onurunda olduğunu göstermektedir.
Geleneksel ısı yayma yöntemi genellikle bir su soğutma halkası, soğutma suyunu dolaşarak cihaz tarafından emilen ısıyı çıkarmak için objektif lensin dışına monte etmektir . sadece bu çözelti karmaşık ve maliyetli değil, aynı zamanda enerji tüketimini ve karbon emisyonlarını önemli ölçüde arttırır ve su soğutma cihazını çalışır durumda tutmak için ek sistemler gerektirir {2}
Buna karşılık, ekibin önerilen çözümü, süper sınırları sadece bir ayna çerçevesine monte ederek ve ısıyı hızla ihraç etmek için yüksek verimli katı hal ısı transferi kullanarak herhangi bir ısı yayma bileşenine olan ihtiyacı ortadan kaldırır, ancak bu sadece sürekli ve kararlı çalışmaya izin vermekle kalmaz, aynı zamanda kullanım ve bakım gereksinimlerini . {{2}
Şekil 丨 4H-SIC süperkenlerin (solda) ve geleneksel objektif lensin (sağda) termal sürüklenme etkisinin şematik diyagramı
3. İşleme zorluklarının üstesinden gelmek ve seri üretime doğru ilerlemek
MOHS sertliğine sahip yüksek sert bir materyal olarak sadece elmastan ikinci olarak, silikon karbürün işlenmesi son derece zordur ., yeni enerji araçları için yüksek güç çiplerinde kullanılmasına rağmen, iki boyutlu transistörler üç boyutlu yapılardan önemli ölçüde farklı olmasına rağmen {{7} üç boyutlu yapılardan önemli ölçüde farklıdır {{7} {
"Yarım madeni para büyüklüğünde bir alanda yüz milyonlarca küçük yüz-nanometre boyutlu sütunları işlememiz gerekir . sadece bu nanopillar tutarlı bir şekil ile ince ve derin olmalı, aynı zamanda hizalama hassasiyetinin son derece yüksek olması için gereklidir, ." chen botao {} "chen boto {}" chen boto {} "chen boto {}" chen boto {} "chen boto {}" chen boto {} "
Fotoğraf 丨 qiu min'in grup fotoğrafı
Ekibin, . Qiu Min grubunun mikro-nano optoelektronik alanında 20 yıldan fazla teknik birikimi ile uyumlu bir mikro-nano işleme sürecini benimsediğinden bahsetmek gerekir.
İşleme sürecini keşfetme sürecinde, araştırmacılar bilimsel araştırma sonuçlarının ve pazar talebinin uygulanmasını tam olarak düşündüler, bu nedenle cihazın genliği, önceki teknoloji birikimine dayanarak, bu işlem sürecini geliştirmiş ve piyasaya sürülmüş ürünler için piyasaya sürüldüğünü ve piyasaya sürülmüş ürünleri geliştirecek kadar büyük olmalıdır.
Şu anda, araştırmacılar farklı ihtiyaçlar için çeşitli silikon karbür ekstrementleri ürettiler ve düşük maliyet ve yüksek verim yönüne adanmış ayrıntılı bir program geliştirdiler . Rapora göre, bu benzersiz süreç, bu teknolojinin devam eden geliştirmesiyle birlikte, bu benzersiz süreç, bu teknolojinin devam eden geliştirmesiyle de uygulanmıştır {, 2, bu teknolojinin devam eden birkaç kurumuna uygulanmıştır.
