脈沖激光技術及其在高分子材料加工中的應用

路隆祥

摘要：隨著我國相關科研人員在激光領域的研究深入，脈沖激光等激光技術領域前沿性技術難題被攻破，超高強度、超短波長的脈沖激光技術的出現使我國高分子材料的發展取得了革命性的進展，在過去高分子材料加工是高分子材料生產和應用過程中的一大難題，而如今通過使用脈沖激光技術大大提升和優化了高分子材料的加工效率和水平。本文主要分析了脈沖激光技術及其折射率改性，并闡述了脈沖激光技術在高分子材料加工過程中的具體應用情況。

關鍵詞：脈沖激光;高分子材料;應用研究

隨著脈沖激光技術的成熟，如今脈沖激光技術在高分子材料精密加工領域取得了廣泛的應用，通過脈沖激光技術的使用，能夠實現對精密加工儀器的精密操作，同時脈沖激光技術在結構較為復雜的機械產品中也具有重要應用，這主要基于脈沖激光技術能夠在高分子材料表面形成多孔結構，同時還能夠在高分子材料的表明形成周期結構，并與塊狀材料相互作用，對塊狀材料的內部進行加工。

一、脈沖激光及其折射率改性

脈沖激光主要是指在相同的時間間隔內發出脈沖光的一類技術，脈沖激光所發出的脈沖光其時間通常較為短暫，在部分脈沖激光其發出的脈沖光已經達到了“皮秒”這一級別，且通常情況下，脈沖光一次所釋放的能量較小，因此能夠適應精密機械的操作要求，對高分子材料以及其他精密的機械進行加工。由于在使用脈沖激光的過程中需要脈沖激光能夠進行持續性操作，因此在使用脈沖激光的過程中，需要應用激光泵浦源，并通過激光泵浦源為脈沖激光的持續應用提供能量。在高分子加工領域使用脈沖激光的過程中需要注意高分子材料的折射率，在高分子領域，一般高分子材料的密度越大則其折射率越高，反之則反，基于此，在使用脈沖激光加工的過程中需要注意不同高分子材料在加工過程中需要使用合適的強度和激光量，使得脈沖激光能夠對高分子材料分子鍵的打破，從而實現對高分子材料的加工。

二、脈沖激光技術在高分子材料加工中的具體應用

（一）激光燒燭產生表面多孔結構

利用激光燒燭產生表面多孔結構的原理主要應用于醫學材料加工領域，通過激光作用使得高分子材料在熱化作用下，在高分子材料的表面形成自由體積孔洞，進而使高分子材料的表面形成多孔結構，而多孔結構有利于高分子材料與生物組織組織能夠更好地粘連在一起，因此近年來，激光燒燭技術在醫學領域的應用備受關注，并未醫學生物材料的發展提供了重要發展思路。

（二）激光燒燭產生表面周期結構

激光燒燭之所以會產生表面周期結構這主要是由于波長效應導致的，經過相關人員研究發現大部分高分子材料在接觸到長波波長時，并不會吸收長波波長，因此長波波長并不會改變高分子材料的表明，但是高分子材料在接觸到短波波長時會吸收波長能量，進而使高分子材料的表面發生變化，而在脈沖激光應用過程中，波長能量會發生變化，因此在使用脈沖激光對高分子材料的表面進行燒燭的過程中，高分子材料的表面也會隨著脈沖激光的能量變化而出現周期性的結構變化。除此之外，研究者人員發現研究者發現非晶態殼聚糖表面非常容易形成LIPSS，經研究發現LIPSS并不是由于高分子材料出現化學變化產生的，而是由于在激光的作用下，非晶態殼聚糖表面產生一系列物理變化產生了LIPSS，其主要的產生原理過程如下，首先在激光的作用下，非晶態殼聚糖表面出現調制作用，而后在在高強度的物理激光下，非晶態殼聚糖表面的物理結構發生了改變，在這兩個原理的作用下，激光會導致高分子材料在吸收能量后出現斷鍵現象，并出現分子運動，同時在脈沖激光的作用下，激光在發射期間，高分子材料吸收能量，使高分子材料熱度上升，而在激光間歇時，高分子材料則無法吸收能量，出現冷卻現象，而LIPSS則是在高分子材料熱化與冷卻交替過程中產生的。

（三）塊體材料加工對脈沖激光技術的應用

盡管高分子材料能夠對不同波長的光線進行吸收，但是在高分子材料應用過程中，研究人員發現大部分透明的高分子材料對于波長較長的光波吸收較弱，透明高分子材料一般吸收的波長大多集中在193mm以下，而在使用脈沖激光對透明高分子材料進行加工過程中，如果脈沖激光所發射的能量大于高分子材料分子鍵的能量時，分子鍵會出現斷裂，而在斷裂的過程中，高分子材料會被分解成單體，產生燒燭現象，但不會出現液相。例如：相關研究人員利用脈沖激光技術的這一特征原理，將脈沖激光技術應用于的塊體高分子材料中，通過使用脈沖激光加工PCL 片材能夠取得較好的加工效果，除此之外，如果光線波段在紫外波段范圍內，且光波的能量高于高分子材料的分子鍵，那么改光波也會使高分子材料產生光化學反應。

三、總結

利用脈沖激光技術加工高分子材料的作用原理較為復雜，不同的高分子材料以及高分子材料的不同用途都會改變脈沖激光技術的應用方式，不僅如此，脈沖激光技術在高分子材料加工過程中的應用也具有一定的爭議，但脈沖激光技術在高分子材料加工過程中的作用在目前而言是無可取代的，因此我國在今后的高分子材料加工技術發展過程中，需要加強對脈沖激光技術的研究，提升脈沖激光技術水平，并進一步拓展脈沖激光技術在高分子材料加工中的應用。

參考文獻：

[1]賈威，羅義鳴，宋有建，劉博文，胡明列，柴路，王清月. 脈沖激光加工高分子材料[J]. 納米技術與精密工程，2015，13（03）： 205-210.

[2]秦川麗，趙淑芳，李晨明，白續鐸，姜海健，譚強. 脈沖激光刻蝕聚乙烯的藍光發射[J]. 光電子.激光，2008（02）：168-170.

[3]于泳超，白石，王樹同，胡安明. 超短脈沖激光制造及表面加工微米器件[J]. Engineering，2018，4（06）：83-98.