Lazer Aşındırma Yoluyla Verilerin Saklanması

İlk olarak 1960 yılında geliştirilen lazerlerin popülaritesi son birkaç yılda artmaktadır. Küresel Lazer Teknolojisi pazar? öngörülüyor büyümek 35.4 milyar dolar 2032 yılına kadar. Bu büyüme sürülür iletişim, savunma, bilim, güvenlik, veri depolama ve daha fazlası dahil olmak üzere farklı sektörlerde lazerlere olan talebin artmasıyla.

Optik amplifikasyon yoluyla ışık yayan cihazlar olan lazerler, aşındırma için yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazer gravür, bir ürünün yüzeyinde QR kodları, barkodlar, logolar ve seri numaraları gibi işaretler oluşturmaya yönelik bir işlemdir. Bu işaretler, belirli bir ürünün kaynağını tüm yaşam döngüsü boyunca takip etmek, güvenliğini ve dayanıklılığını sağlamak için hayati bilgiler içerir. Ayrıca bu süreç kullanılır Ürünler için sanat eserleri yaratmak.

Lazerle gravür, lazer tavlama (malzemeyi ısıtan bir işlem) ve malzemenin buharlaştırılmasını içeren lazer gravürü de içeren daha geniş bir lazer markalama kategorisine girer. Çok yönlü olması nedeniyle lazer çoğu metali aşındırabilir.

Peki, bu nasıl çalışıyor?

Bir iz oluşturmak için lazer ışını, yoğun bir alana yüksek miktarda enerji yayarak malzemenin yüzeyini eritir. Yüzey genişleyip soğudukça istenen izi oluşturur. Sadece yüzeyin rengini veya dokusunu değiştiren diğer işlemlerin aksine, lazerle kazıma aslında yüzeyi değiştirerek kabarık veya batık daha pürüzlü bir dokuya sahip alan.

Böylece bir malzemenin yüzeyi lazer yardımıyla değiştirilerek farklı kalıcı tasarımlar ve desenler yaratılır.

Aşındırma için kullanılan farklı lazer türleri arasında fiber, CO2, kristal, diyot lazerler ve diyot pompalı katı hal lazerler bulunur.

Bir malzeme üzerinde işaretler oluşturmanın bu yöntemi, hız ve kapsamlı kişiselleştirme gibi avantajlar sunar. Aynı zamanda kimyasal reaksiyonlara neden olmayan, mekanik gerilimler oluşturmayan, üstün kalitede markalamalar üreten, temassız bir yöntemdir. Lazer aşındırma, toz kaplama gibi aşındırıcı olmayan işlemlere de dayanabilir.

Ayrıca lazerle gravür yapılabilir. kullanılabilir ahşap, deri, plastik, cam, seramik, doğal taş ve yarı iletkenler gibi çok çeşitli malzemeler üzerinde kullanılabilir. Ayrıca alüminyum, anodize alüminyum, kurşun, magnezyum, çelik, çinko, bakır, pirinç ve titanyum dahil hemen hemen tüm metaller üzerinde etkilidir ve kazınabilir. Temel olarak hemen hemen her tür malzeme lazerle kazınabilir. 

Ancak lazer gravürün, makineler için yüksek ön maliyetler gibi sorunları da var. Ayrıca işaretler kumlama gibi aşındırıcı ortamlarda aşınabilir. 

Bu zorluklara rağmen, lazer gravürün faydaları dezavantajlarından çok daha ağır basmaktadır ve bu da onu çoğu markalama uygulaması için tavsiye edilmektedir. Lazer gravür yaygın olarak kullanılmaktadır otomotiv, elektronik, paketleme ve savunma metali imalatı, mücevher, sanat ve tıbbi cihazlar da dahil olmak üzere çok yönlülüğü, verimliliği ve hassasiyeti nedeniyle birçok sektörde.

Lazer gravürün bir başka ilginç uygulaması da veri depolamadır. On yıldan fazla bir süre önce Hitachi şunları söylemişti: bilgiyi korumak Yüz milyonlarca yıl boyunca kuvars cam levhalara lazerle kodlanarak saklandı. Ancak bu teknik, muazzam miktardaki veriyi yönetme sorununu çözmedi. 

Birkaç yıl önce, Southampton Üniversitesi Optoelektronik Araştırma Merkezi'nde profesör olan Peter Kazansky, saklı Lazer kazıma yoluyla küçük bir cam diskte 500 terabaytlık veri.

Düşük Güçlü Lazerlerle Polisülfit Yüzeylerin Modifikasyonu

Lazerle gravürün büyük faydaları göz önüne alındığında, araştırmacılar ve bilim adamları her zaman teknolojiyi geliştirmenin ve yeni uygulamalar bulmanın yollarını arıyorlar. Son zamanlarda Flinders Üniversitesi'nden araştırmacılar ucuz, ışığa duyarlı kükürt türevi bir polimerin keşfedildiğini keşfetti. düşük güçlü, görünür ışıklı lazerlere açıktır. 

Tipik olarak çok büyük moleküllerden oluşan polimerlerin yüzeylerini değiştirmek için çok yüksek güç yayan lazerlere ihtiyacımız var. Yüksek güçlü lazerler, ileri teknoloji elektronikler, biyomedikal ürünler ve veri depolamayı kullanma bileşenler üretilebilir. Ancak son keşifle birlikte daha uygun fiyatlı ve daha güvenli üretim yöntemlerini görebiliyoruz. 

Araştırma görevlisi ve ortak yazar Dr. Lynn Lisboa'ya göre:

"Bu keşfin etkisi, biyomedikal cihazlar, elektronik, bilgi depolama, mikroakışkanlar ve diğer birçok fonksiyonel malzeme uygulamasındaki potansiyel kullanımla birlikte laboratuvarın çok ötesine uzanıyor." 

Angewandte Chemie Uluslararası Baskısında yayınlanan ders çalışma Çeşitli alanlardaki ilerlemeleri desteklemek için polimer yüzeylerin lazer ışığıyla değiştirilmesinin önemine dikkat çekerken, bu tür değişikliklerin genellikle pahalı, yüksek güçlü lazerlere ihtiyaç duyduğuna, bunların da tehlikeli düzeyde radyasyona maruz kalma riskini azaltmak için özel araçlar ve tesisler gerektirdiğine dikkat çekiyor. . Ayrıca, lazerlerin bunları kolaylıkla değiştirebilmesi için geliştirilmesi karmaşık ve pahalı olma eğiliminde olan polimer sistemleri de vardır. 

Bu nedenle, kolayca erişilebilen ve düşük düzeyde radyasyona maruz kaldığında tepki veren polimerlere ihtiyaç duyulmaktadır; bu, daha basit, daha güvenli ve daha ekonomik lazer sistemleri anlamına gelecektir.

Düşük güçlü görünür ve görünmez kızılötesi ışık sağlayan lazerlerin kullanıldığı, ucuz ve hızla değiştirilebilen kükürt kopolimerlerinin keşfi, bu ihtiyaçları karşılamaktadır. Sülfür kopolimerleri oluşturmak için araştırmacılar elementel sülfürü (S) ve siklopentadien veya disiklopentadieni kullandılar. 

Daha sonra, 532, 638 ve 786 nm dalga boylarına sahip bir dizi düşük güçlü dalga lazeri kullanarak, ekip polimerlerin yüzeylerini modifiye etmeyi başardı. Bu modifikasyonlar arasında ablasyon yoluyla aşındırma veya kontrollü şişirme yer alıyor. 

Çalışmada daha sonra polimer sistemlerinin lazer ve kolay sentez yoluyla modifikasyonu iki uygulamada kullanıldı: silinebilir bilgi depolama ve doğrudan lazer litografi. Bu polimerlerin yüksek kükürt içeriği, çeşitli kimyasal, fiziksel ve optik özellikler ileterek enerji depolama, termal görüntüleme optiği ve metal bağlama gibi alanlarda çeşitli uygulamalara olanak tanır.

Daha sonra S−S bağları vardır. kırılmak ve yeniden yapılandırılarak restorasyon ve kullanıma olanak sağlandı. Kükürt kopolimerlerindeki S−S bağlarının güvenilirliği, çalışmanın keşiflerine yol açtı. Araştırmacılar özellikle şunları kaydetti: kopolimerin yüzeyi gözle görülür şekilde değişti 1 nm, 690 mW diyot lazere 1.10 saniyeden kısa bir süre maruz kaldıktan hemen sonra. Çalışma şunları belirtti:

"Lazerin düşük gücü ve kısa maruz kalma süreleri göz önüne alındığında, bu hızlı polimer modifikasyonu bir sürprizdi." 

Lazer Modifikasyonları Silinebilir Bilgi Depolamayı Sağlar

Çalışmanın yayınlandığı kimya dergisinde ayrıca ünlü Mona Lisa gravürünün lazerle kazınmış bir versiyonu ve bir toplu iğnenin yuvarlak başından bile daha küçük olan bir mikro-braille baskısı da yer alıyordu.

Avustralya Araştırma Konseyi, Flinders Mikroskopi ve Mikroanaliz, ANFF-SA ve Mikroskopi Avustralya tarafından finanse edilen çalışma, daha sürdürülebilir malzemelerin kullanımının önünü açabilecek bir keşfin altını çiziyor. Spesifik olarak, çalışmada düşük maliyetli endüstriyel yan ürün olan elementel kükürtten yapılmış bir polimer kullanıldı. Üstelik bu yöntem pahalı, özel ekipmanlara olan ihtiyacı da azaltabilir. Ancak yüksek güçlü lazerlerin tehlikeli radyasyon riski taşıdığını unutmamak önemlidir.

Keşif yapıldığı Doktora adayı Samuel Tonkin ve Flinders Üniversitesi NanoScale Bilim ve Mühendislik Enstitüsü'nden Kimya Profesörü Justin Chalke tarafından iki yıl önce Chalker Laboratuvarı'nda icat edilen bir polimerin rutin analizi sırasında.

Yeni polimer bulundu Lazer ışığı yüzeyine dokunduğu anda değiştirilecek. BuÇalışmanın ortak yazarı ve Flinders Üniversitesi araştırmacısı Dr. Christopher Gibson, bunun henüz "alışılmadık bir tepki" olduğunu söyledi. gözlendi daha önce diğer yaygın polimerlerden. Dedi ki:

"Bu fenomenin birçok uygulamada faydalı olabileceğini hemen fark ettik ve bu nedenle keşif etrafında bir araştırma projesi oluşturduk." 

Bunu heyecan verici bir gelişme olarak nitelendiren Flinders Bilim ve Mühendislik Fakültesi'nden doktora adayı Abigail Mann, kükürt bazlı malzemeler için mikrometre ve daha küçük ölçekli yapılar üretmek için yeni teknikler kullanarak "geniş bir yelpazedeki gerçek bilimlere ilham vermeyi umduklarını" söyledi. Laboratuvarımızda ve ötesinde dünya uygulamaları."

Bu keşif, polimer yüzeyinde hassas desenler oluşturmanın yeni bir yolunu sunuyor. Bu yetenek, desenli yüzeylere sahip biyomedikal cihazlarda, veri depolamada polimerlerin kullanılmasına yönelik yeni yöntemlerde ve mikroakışkanlar, sensörler ve elektronikler için nano ölçekli cihazların imalatında alternatif yaklaşımlarda potansiyel uygulamalara sahiptir.

Silinebilir bilgi depolama potansiyelinin pratik bir gösterimiyle bu çalışma, bir mesajı Braille alfabesiyle kodlama yeteneğini ortaya koydu. Bu başarıldı Malzeme üzerinde yükseltilmiş noktalar oluşturmak için bir lazer kullanarak, dinamik S−S bağlarından ve vitrimere benzer özelliklerden yararlanarak (mesajın hem yazılmasını hem de silinmesini kolaylaştıran bir plastik kategorisi). 

Araştırmacılar, "gizli mesajın" Braille alfabesiyle yazılışını oluşturmak için daha düşük lazer gücü ayarına (638 nm, 2.4 mW) sahip bir lazer kullandılar. 3.6 μm±0.2 μm yüksekliğe sahip yükseltilmiş noktalar, polimerin yüzeyinin yalnızca 1.3 saniye boyunca lazere maruz bırakılmasıyla oluşturuldu.

Daha sonra ekip, ablasyon ve malzeme çıkarma yoluyla köşelerde çukurlar oluşturmak için daha yüksek bir güç ayarı (638 nm, 5.4 mW) kullandı. Yine buradaki lazere maruz kalma süresi de 1.3 saniyeydi. 

Çalışma, 160°C sıcaklıktaki bir fırında 5 saat süreyle inkübe edildiğinde ısıl işlemin, ortaya çıkan noktaları sildiğini buldu. Bu arada ablasyonla oluşturulan çukurlar, polimerin kalıcı olarak kükürt kaybetmesi nedeniyle sağlam kaldı. 

Çalışmaya göre çıkarılabilir bilgi kodlama süreci, "materyal sentezinin basitliği ve düşük güçlü lazerlerin kullanımıyla birlikte ışığa duyarlı malzemelerde yeni bir yön oluşturuyor."

Çalışma ayrıca doğrudan lazer litografi kullanılarak karmaşık, mikro ölçekli bir görüntünün oluşturulduğunu gösterdi. Flinders araştırma ekibi, %532 güçte (7 mW) çalışan 1.3 nm'lik bir lazer kullanarak "Mikro Lisa"nın daha ince çizgilerini oluşturdu. Mikro görüntü yaklaşık dokuz mikron genişliğinde ve iki mikron derinliğindeydi. µm olarak temsil edilen mikron veya mikrometre, metrenin milyonda birine eşdeğerdir. 

Daha sonra ekip, daha yüksek güçlü bir lazer (3.0 mW) kullanarak 23 μm genişliğinde ve XNUMX μm derinliğinde kare çerçevenin daha geniş ve derin çizgilerini oluşturdu. Ekibe göre bu doğrudan lazer litografi, polimer substratların düşük maliyeti ve lazer sisteminin basitliği açısından ayırt edicidir.

Lazerlerin modern bilgisayarları nasıl dönüştürebileceğini öğrenmek için burayı tıklayın.

Sonuç

Bu çalışmada gördüğümüz gibi, düşük güçlü görünür ve kızılötesi lazer ışığını kullanarak araştırmacılar kopolimerleri değiştirmeyi başardılar. Değişiklikler hızlı oldu ve maruz kalma süreleri son derece kısaydı; milisaniyelerden (saniyenin binde biri kadar) bir saniyeye kadar. Bu zaman ölçeği çeşitli endüstrilerde, özellikle de tüm prototip oluşturma ve üretim süreçlerinin tamamlanmasını gerektiren endüstrilerde önemli bir avantaj sağlayabilir. yapıldı hızlı.

Araştırmacılar ışının dalga boyunu, çapını ve gücünü kontrol ederek polimer yüzeyinde yükseltilmiş noktalar, delikler, çukurlar, kanallar ve sivri uçlar oluşturmayı başardılar. Bu çok yönlülük, işlevleri iyileştirebilen ve belirli uygulamaları karşılayabilen karmaşık modellerin bile oluşturulabileceği anlamına gelir. 

Ama bu hepsi değil. Araştırmacılar, numuneyi basitçe ısıtarak polimer şişme değişikliklerini daha da silebildiler. Bu yetenekler, ekibin karmaşık görüntülerin doğrudan lazer litografisi ve silinebilir bilgi kodlaması ile gösterdiği gibi önemlidir.

Bu çalışma, daha erişilebilir ve uygun maliyetli çözümler sağlamaya yardımcı olabilecek basit bir yöntemin yanı sıra düşük maliyetli malzemeler ve lazer sistemleri sağlamakla kalmamış, aynı zamanda özellikle şifreleme, veri depolama ve geçici değişikliklerin yapıldığı diğer birçok alanda da faydalı olabilecektir. ihtiyaç vardı.

Lazerlerin önümüzdeki günlerde neden önemli bir rol oynayacağını öğrenmek için burayı tıklayın.