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分析脈沖激光技術(shù)在高分子材料加工中的應(yīng)用論文
近年來，脈沖激光技術(shù)已經(jīng)得到了相對比較廣泛的應(yīng)用，并且該種精密的加工技術(shù)越來越受到社會與人們的關(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(jié)構(gòu)與周期結(jié)構(gòu)等。更加能夠?qū)崿F(xiàn)對塊體材料、透明材料的內(nèi)部加工與改性等�？梢哉f，脈沖激光技術(shù)比較適用于其他加工技術(shù)無法實現(xiàn)的復(fù)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(yīng)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(jù)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(jī)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(dú)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，其時間幾乎已經(jīng)達(dá)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(xù)性的提供能量，由此方能夠長期間產(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(yīng)用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現(xiàn)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(jié)合力等均與熱歷史存在關(guān)系。在高分子材料加工應(yīng)用脈沖激光技術(shù)時，與其他改性技術(shù)相比較而言，脈沖激光技術(shù)能夠誘導(dǎo)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(yīng)用
2.1 激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)
激光燒燭產(chǎn)生表面多孔結(jié)構(gòu)能夠有效的促進(jìn)高分子材料與生物組織交界面上的細(xì)胞黏附與增殖，使得生物醫(yī)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在材料表面熱化的情況下形成，并且應(yīng)力在整個孔洞形成的過程中發(fā)揮著極為重要的作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(jié)構(gòu)用。受應(yīng)力波的影響，高分子材料的黏度會下降，而高分子材料本身又存在著因應(yīng)力波作用而產(chǎn)生的孔洞長大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會在溫度上升的情況隨著應(yīng)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(yīng)用情況已經(jīng)有部分學(xué)者展開了研究，并且認(rèn)為在248nm的脈沖激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會發(fā)生一定改變，其能夠?qū)⒃械臍滏I網(wǎng)絡(luò)打破，并且經(jīng)過紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發(fā)現(xiàn)高分子材料膠原主鏈的部分會出現(xiàn)光熱分解現(xiàn)象，在激光燒燭時會將光機(jī)械作為主要作用力，而后發(fā)生光化學(xué)轉(zhuǎn)變。該種狀態(tài)下生物的相容性會發(fā)生改善，即細(xì)胞黏著與細(xì)胞生長會發(fā)生改變。
2.2 激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)
高分子材料一般不會吸收長波長激光，其只有在激光強(qiáng)度十分高的情況下方能夠有效的實現(xiàn)多光子的吸收。此時脈沖激光輻照在高分子材料表面時便會形成一定的表面周期結(jié)構(gòu)，且存在波長效應(yīng)，其中，長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(jié)構(gòu)一般可以向其納入到波長量級，并且在對偏振態(tài)、激光波長與入射角度等參數(shù)進(jìn)行改變的情況下，高分子材料表面結(jié)構(gòu)亦能夠發(fā)生相應(yīng)的改變。經(jīng)過對激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，其形成的機(jī)理主要包括兩點：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(diào)制;②脈沖激光的強(qiáng)度調(diào)制能夠轉(zhuǎn)化成為高分子材料表面的改性結(jié)構(gòu)。在激光燒燭產(chǎn)生表面周期結(jié)構(gòu)的該兩點形成機(jī)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(dǎo)致高分子鏈不斷擴(kuò)散，最終形成表面周期結(jié)構(gòu)。
2.3 塊體材料加工對脈沖激光技術(shù)的應(yīng)用
高分子材料會對不同波長的光進(jìn)行吸收，紫外脈沖激光加工需要對高分子材料的該點特性會產(chǎn)生依賴性。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(qū)。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)鍵能時可以將原有的化學(xué)鍵直接打破，此時高分子材料將會被離解成為單體產(chǎn)生脈沖激光燒燭，但是并不會產(chǎn)生液相，屬于典型的光化學(xué)過程，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(yīng)用方面，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)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程中于加工邊緣發(fā)現(xiàn)存在著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(qū)域。與此同時，紫外波段光子能量若超過了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會產(chǎn)生光化學(xué)作用。
3 結(jié)束語
綜上所述，脈沖激光技術(shù)加工高分子材料具有十分復(fù)雜的機(jī)理，且不同的脈沖激光加工技術(shù)會對加工工藝、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)特點有：短波長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?qū)Ω叻肿硬牧线M(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(xiàn)階段以及未來工業(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(yīng)用，推動我國社會與經(jīng)濟(jì)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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