Прямое лазерное интерференционное моделирование: революция в материаловедении
В последние десятилетия технологии лазерной обработки стали неотъемлемой частью многих промышленных процессов. Одной из самых интересных и перспективных технологий в этой области является прямое лазерное интерференционное моделирование (DLIP). Этот метод использует физический принцип интерференции когерентных лазерных лучей для создания функциональных периодических микроструктур на различных материалах. В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое DLIP, как он работает, его историю, преимущества и области применения.
Что такое DLIP?
Прямое лазерное интерференционное моделирование — это лазерная технология, которая позволяет создавать уникальные микроструктуры на поверхности материалов. Процесс начинается с разделения лазерного луча с помощью светоделителей или призм. Затем лучи накладываются друг на друга, создавая интерференционную картину. В результате этого взаимодействия на поверхности материала возникают области с высокой и низкой интенсивностью света. В местах, где интенсивность максимальна, происходит абляция — удаление материала, в то время как в областях с минимальной интенсивностью материал остается нетронутым. Таким образом, на поверхности формируется повторяющийся рисунок, который может быть зафиксирован навсегда.
DLIP может применяться к различным материалам, включая металлы, полимеры и керамику. Эта технология позволяет изменять свойства поверхностей, что открывает новые возможности в таких областях, как электроника, оптика, трибология (наука о трении и износе), а также в гигиенических и медицинских приложениях.
История DLIP
История прямого лазерного интерференционного моделирования началась в 1990-х годах, когда исследователь Франк Мюклих узнал о методе локальной кристаллизации аморфных слоев от своего коллеги Мартина Штутцмана в Мюнхенском техническом университете. Мюклих, обладая значительным опытом в области интерференции, решил применить высокую интенсивность лазера для создания локальных изменений микроструктуры материалов. С помощью финансирования от Альфреда Круппа в 1997 году он смог реализовать свои идеи в лабораториях Саарландского университета, где приобрел необходимые лазеры и оптическое оборудование.
В ходе экспериментов Мюклих и его команда обнаружили, что помимо металлургических эффектов, они также могут контролировать микрорельеф поверхности. Геометрия получаемых рисунков зависела от количества интерферирующих лазерных лучей, их угла наклона и поляризации. Это открытие стало основой для дальнейших исследований в области DLIP.
Вдохновленные бионическими исследованиями, Мюклих и его аспирант Андрес Лазаньи начали работать над воспроизведением поверхностных структур, характерных для живых организмов. Их совместные усилия привели к значительным успехам, и в 2006 году Лазаньи получил докторскую степень за свои исследования в области лазерной интерференционной металлургии. За свои достижения они были награждены премией Вернера Кёстера.
В 2008 году Лазаньи вернулся в Германию после стажировки в США и основал исследовательскую группу по функционализации поверхности в Fraunhofer IWS в Дрездене. Здесь он разработал множество оптических приборов, необходимых для применения технологии DLIP. В то же время Мюклих продолжал исследовать новые области применения DLIP в Саарландском университете, что привело к созданию Центра материаловедения Саарланда в 2009 году.
