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飞秒激光可开发出金属上色技术

2008-06-18 09:47
夜隼008
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    利用一部台式激光器,美国罗切斯特大学科学家将纯金属铝变成了表面呈金色、蓝色、灰色以及其他多种颜色的彩色铝,而且这种工艺在其他用于实验的,包括铂、钛、钨、银和金在内的金属身上也获得了成功。 
  
    罗切斯特大学光学研究所的光学副教授郭春雷(音译)和其助手安那托里•沃偌别夫利用超短高强激光脉冲处理金属,导致金属表面发生变化,形成了呈单色或彩色的纳米微结构。除金属表面颜色发生变化外,郭春雷表示,激光处理过程还改变了原金属固有的表面特性。此外,金属表面新形成的纳米微结构将不会褪色或脱落。 
  
    2006年底,郭春雷和他的研究小组曾用激光束处理金属铝,在金属表面创造出能够吸收几乎所有光线的纳米结构,可让普通铝块变成至今所创造出来最暗的材料之一。这种黑色金属具有相当高的吸收特性,对于多种想要捕捉光线的应用都十分理想。潜在的应用范围包括从制造更好的太阳能收集器到更先进的隐身技术。经过进一步研究,他们现在成功地让多种金属材料的表面呈现出了多种颜色。 
  
    在2月1日的《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)上发表的一篇论文中,郭教授将同样的工艺技术做了进一步的拓展。他称,有可能通过改变任何金属的特性,把它们转变成任何颜色——甚至能像蝴蝶的翅膀一样,具有七彩颜色。 
  
    “自从黑色金属的探索之后,我们已决心要获得完全的控制,让金属反射特定颜色,并将其他颜色吸收掉,而现在我们终于能够让金属反射出几乎是我们想要的任何颜色。”郭教授说,“当我们首次发现这种工艺能产生出金色时,我们简直不敢相信。我们在实验室里一直工作到午夜,试图弄清我们还能够造出什么颜色。” 
  
    此次,金属上色研究是继黑色金属发现之后的后续研究,研究人员利用一种极其短暂且强烈的激光脉冲改变了金属的表面,从而形成纳米级微结构,这些结构能选择性地反射某种颜色以显现特定颜色或其他颜色的组合。研究人员使用的超短、超强光由一部飞秒激光器产生,激光脉冲只有千兆分之几秒。如果1飞秒等同1秒,那么原先的1秒就约为3200万年。在它短暂地爆发期间,激光释放出相当于整个北美电力网的能量,这些能力全都聚焦在针尖儿般大小的点上。 
  
    研究表明,这种强烈轰击可以迫使金属表面形成诸如洼坑、小珠状和细线状等纳米结构,以哪一种方式回应入射光,则要看激光雕塑结构的方式。由于这些结构小于可见光波长,因此它们反射光线的方式高度依赖于纳米结构特殊的尺寸与形状。改变激光强度、脉冲长度与脉冲数量,研究人员就能控制纳米结构的配置,从而控制金属所能反射的颜色。 
  
    此外,研究小组还通过在金属表面产生有规律的微细线条,致使不同波长的反射光线在不同的方向上发生不同的干涉现象,获得了彩虹般的鲜艳颜色。结果,一块金属可在一个方向呈现紫色,在另一个方向呈现灰色,或者同时呈现多种颜色。

    据悉,目前研究人员处理面积如同1枚10美分硬币大小的金属表面需要30分钟或更长的时间。不过,他们正在努力完善自己的激光处理技术。幸运的是,虽然产生的激光强度令人难以置信,但飞秒激光器只需用墙壁上的普通电源插座就能驱动,这意味着一旦此工艺经过改良,操作起来会相对简单。 
  
    这种新工艺也适用于研究人员测试过的每种金属,而且结果非常一致。研究人员相信,该工艺应对所有已知金属都适用。郭教授及其团队目前正在研究对工艺进行适当的调校,以便为完全上色的金属创造出彩虹当中的其余颜色,包括红色与绿色。 
  
    郭教授称,由于此项工艺不只是一种涂布,而是改变了金属本身固有的表面特性,因此这种颜色永远不会褪色或脱落。他指出,这种七彩金属的潜在用途可谓五花八门。如自行车制造厂商利用一部激光器就能够生产出拥有不同颜色的自行车;人们将可以将一张全彩的全家福照片蚀刻到冰箱门上;或者用一枚以你未婚妻最喜欢的颜色订做金戒指来求婚。

(编辑:文静)

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