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分析脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應用論文
近年來(lái)，脈沖激光技術(shù)已經(jīng)得到了相對比較廣泛的應用，并且該種精密的加工技術(shù)越來(lái)越受到社會(huì )與人們的關(guān)注，主要原因在于脈沖激光技術(shù)能夠在加工高分子材料的過(guò)程中得到比較高的加工精度，并且能夠進(jìn)行材料表面的加工，使得材料的表面形成多孔結構與周期結構等。更加能夠實(shí)現對塊體材料、透明材料的內部加工與改性等�？梢哉f(shuō)，脈沖激光技術(shù)比較適用于其他加工技術(shù)無(wú)法實(shí)現的復雜形狀元器件的加工以及高精度元器件的加工。脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工的過(guò)程中所產(chǎn)生的瞬間功率比較大，幾乎能夠與任何材料產(chǎn)生相互的作用，本文對脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應用進(jìn)行研究，希望能夠促使高分子材料加工更加良好的依據脈沖激光技術(shù)獲得發(fā)展。
1 脈沖激光及其折射率改性
所謂脈沖主要便是指隔一段相同的是假案發(fā)出的電波、光波等機械形式。脈沖激光則主要是指脈沖工作方式的激光器發(fā)出的光脈沖，脈沖激光具有其獨特的工作必要性，其能夠進(jìn)行信號的發(fā)送并且減少熱量的產(chǎn)生。一般情況下，脈沖激光比較短，其時(shí)間幾乎已經(jīng)達到了“皮秒”的級別。脈沖激光器在工作中需要由激光泵浦源持續性的提供能量，由此方能夠長(cháng)期間產(chǎn)生并且輸出脈沖激光。高分子材料加工領(lǐng)域目前對脈沖激光技術(shù)有所應用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現正比關(guān)系，并且包括末端基、添加劑與雜志等化學(xué)組成、分子趨向、鏈間結合力等均與熱歷史存在關(guān)系。在高分子材料加工應用脈沖激光技術(shù)時(shí)，與其他改性技術(shù)相比較而言，脈沖激光技術(shù)能夠誘導高分子材料改性技術(shù)對其財力下性能產(chǎn)生最小的影響，并且脈沖激光技術(shù)能夠在高分子材料的表面將原有的化學(xué)鍵打破，并且能夠形成全新的化學(xué)鍵，以此改變高分子材料的特性。
2 高分子材料加工對脈沖激光技術(shù)的應用
2.1 激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結構
激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結構能夠有效的促進(jìn)高分子材料與生物組織交界面上的細胞黏附與增殖，使得生物醫學(xué)領(lǐng)域的眾多學(xué)者均對其予以了較高的關(guān)注。
高分子材料表面的孔洞會(huì )在材料表面熱化的情況下形成，并且應力在整個(gè)孔洞形成的過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)極為重要的作400nm，1.5J/cm2圖1 脈沖激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結構用。受應力波的影響，高分子材料的黏度會(huì )下降，而高分子材料本身又存在著(zhù)因應力波作用而產(chǎn)生的孔洞長(cháng)大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會(huì )在溫度上升的情況隨著(zhù)應力的下降而增加。就該方面高分子材料對脈沖激光技術(shù)的應用情況已經(jīng)有部分學(xué)者展開(kāi)了研究，并且認為在248nm的脈沖激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結構穩定性會(huì )發(fā)生一定改變，其能夠將原有的氫鍵網(wǎng)絡(luò )打破，并且經(jīng)過(guò)紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發(fā)現高分子材料膠原主鏈的部分會(huì )出現光熱分解現象，在激光燒燭時(shí)會(huì )將光機械作為主要作用力，而后發(fā)生光化學(xué)轉變。該種狀態(tài)下生物的相容性會(huì )發(fā)生改善，即細胞黏著(zhù)與細胞生長(cháng)會(huì )發(fā)生改變。
2.2 激光燒燭產(chǎn)生表面周期結構
高分子材料一般不會(huì )吸收長(cháng)波長(cháng)激光，其只有在激光強度十分高的情況下方能夠有效的實(shí)現多光子的吸收。此時(shí)脈沖激光輻照在高分子材料表面時(shí)便會(huì )形成一定的表面周期結構，且存在波長(cháng)效應，其中，長(cháng)脈沖激光器只能夠形成紫外波段激光器，而超短脈沖激光器則能夠在紫外波段和紅外波段均形成激光器。激光燒燭所產(chǎn)生的高分子材料表面周期結構一般可以向其納入到波長(cháng)量級，并且在對偏振態(tài)、激光波長(cháng)與入射角度等參數進(jìn)行改變的情況下，高分子材料表面結構亦能夠發(fā)生相應的改變。經(jīng)過(guò)對激光燒燭產(chǎn)生表面周期結構進(jìn)行研究可以發(fā)現，其形成的機理主要包括兩點(diǎn)：①入射脈沖激光束與高分子材料的表面散射光之間能夠相互調制;②脈沖激光的強度調制能夠轉化成為高分子材料表面的改性結構。在激光燒燭產(chǎn)生表面周期結構的該兩點(diǎn)形成機理相互聯(lián)情況下，脈沖激光輻照將能夠促使高分子材料產(chǎn)生表層的熱化，繼而在溫度梯度的影響下導致高分子鏈不斷擴散，最終形成表面周期結構。
2.3 塊體材料加工對脈沖激光技術(shù)的應用
高分子材料會(huì )對不同波長(cháng)的光進(jìn)行吸收，紫外脈沖激光加工需要對高分子材料的該點(diǎn)特性會(huì )產(chǎn)生依賴(lài)性。一般情況下，大部分的透明高分子材料均屬于弱吸收體，其能夠吸收的波段一般保持在193mm 以下的真空紫外區。若入射的脈沖激光光子能量明顯要大于高分子材料的化學(xué)鍵能時(shí)可以將原有的化學(xué)鍵直接打破，此時(shí)高分子材料將會(huì )被離解成為單體產(chǎn)生脈沖激光燒燭，但是并不會(huì )產(chǎn)生液相，屬于典型的光化學(xué)過(guò)程，其所產(chǎn)生的熱影響亦最小。對于塊體材料加工對脈沖激光技術(shù)的應用方面，部分學(xué)者發(fā)現利用飛秒激光技術(shù)進(jìn)行PCL 片材的加工將能夠在加工的過(guò)程中于加工邊緣發(fā)現存在著(zhù)熱退火形成的晶球以及快速冷卻形成的非晶組成熱影響區域。與此同時(shí)，紫外波段光子能量若超過(guò)了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會(huì )產(chǎn)生光化學(xué)作用。
3 結束語(yǔ)
綜上所述，脈沖激光技術(shù)加工高分子材料具有十分復雜的機理，且不同的脈沖激光加工技術(shù)會(huì )對加工工藝、加工材料等提出不同的要求，因而高分子材料的脈沖激光燒燭在各界均有著(zhù)比較大的爭議性。比較典型的高分子材料在脈沖激光技術(shù)加工下的光熱與光化學(xué)特點(diǎn)有：短波長(cháng)激光的光子能量比較大，能夠直接打破高分子材料的化學(xué)鍵，并且能夠對高分子材料進(jìn)行光化學(xué)降解。若將脈沖激光中脈沖的寬度縮短將能夠有效地提高多光子吸收截面，此時(shí)的加工效率也將能夠有效提高。鑒于此，脈沖激光能夠成為我國現階段以及未來(lái)工業(yè)高分子材料加工的首選技術(shù)，并且在不斷地研究與探索下，脈沖激光技術(shù)將能夠進(jìn)一步的完善與應用，推動(dòng)我國社會(huì )與經(jīng)濟水平全面提升，并且提高我國在國際方面的影響力。
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