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激光清洗技術(shù)的發(fā)展歷程

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激光是二十世紀(jì)自然科學(xué)的重大發(fā)明之一。1960 年世界上產(chǎn)生了臺(tái)激光器。隨后, 其相干性好、發(fā)敵角小、能量高度集中等特點(diǎn)的激光在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,比如 激光測(cè)距、

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  激光是二十世紀(jì)自然科學(xué)的重大發(fā)明之一。1960 年世界上產(chǎn)生了臺(tái)激光器。隨后, 其相干性好、發(fā)敵角小、能量高度集中等特點(diǎn)的激光在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,比如 激光測(cè)距、激光加工、激光通訊等。    到了20 世紀(jì)80 年代早期,人們開始利用高能激光束照射在工件表面,使表面的污物、 銹斑或涂層發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離,高速有效地清除對(duì)象表面的附著物或者涂層,從而實(shí)現(xiàn)了 清潔材料表面的工藝這就是激光清洗.此后十幾年來(lái),激光清洗已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室內(nèi)走向了實(shí)際 應(yīng)用,用于各種橡膠制品模具、硅膠制品模具去除油污、銹蝕,文物、微電子線路板等各種 材料的清洗,并取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

    20 世紀(jì)80 年代中期,為了滿足工業(yè)生產(chǎn)上清除存儲(chǔ)器模板上的微小顆粒的需要,激光 清洗得到了廣泛的注意和研究,并被正式地確認(rèn)為一種行之有效的清洗方法,研究人員試圖 使用傳統(tǒng)的清洗方法如機(jī)械清洗法、化學(xué)清洗法、超聲波清洗法來(lái)除去模板上附著的亞微米 量級(jí)的顆粒結(jié)果都不甚理想。由于在模板上顆粒的吸附力(范德華力、靜電力等)是相當(dāng)驚人的,比如lμm大小的顆粒,它在模板表面的吸附力大約是其重力的106倍,而機(jī)械清洗 法無(wú)法完成對(duì)如此微小顆粒的清除,化學(xué)清洗又會(huì)導(dǎo)致模板的腐蝕及再污染,超聲波清洗法 需要將模板置于聲波振動(dòng)中心,這將導(dǎo)致模板的破裂。激光清洗正是在這種情況下產(chǎn)生的,在這種情從此人們才開始對(duì)它進(jìn)行系統(tǒng)的研究:它的出現(xiàn)地解決了模板表面的污染問(wèn)題,而且隨著激光清洗技術(shù)的發(fā)展,它在許多其它領(lǐng)域也取得了廣泛的應(yīng)用。

    在20 世紀(jì)80 年代末,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),在基體表面覆蓋一液體輔助層更有利于污染顆粒的 清除.其中,水便是這樣一種有效的輔助層.這種在待清洗物品的表面覆蓋一厚度為毫米量 級(jí)的液膜,再以激光進(jìn)行照射來(lái)清除污染顆粒的方法,這也就是后來(lái)我們所說(shuō)的蒸汽(濕式) 激光清洗,較之干式激光清洗,蒸汽激光清洗具有更高的清洗效率。    直到90 年代初期激光清洗才真正步入工業(yè)生產(chǎn)中,事實(shí)上,幾乎同時(shí)在1987年,有三個(gè)研究小組分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了激光清洗的效果.其中,Zapka所的研究小組獲得了個(gè)關(guān)于激光清洗方面的,并認(rèn)識(shí)到了它在工業(yè)上的應(yīng)用前景,另一個(gè)研究小組是德田的 馬普生物化學(xué)及物理研究所,科學(xué)家在硅模板上覆蓋以尺寸為35nm的金顆粒,然后將氮分 子激光器直接照射固體表而,結(jié)果成功地除去了表面的金顆粒,而同時(shí)硅模板毫無(wú)損傷,這 表明了使用激光來(lái)清洗固體表面污染顆粒是可行的。

    2001年,F(xiàn)ourrier 及其合作者對(duì)不同形狀、不同大小、不同材料的顆粒進(jìn)行蒸汽激光清 洗實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),對(duì)于不同的顆粒,當(dāng)其尺寸屬于幾十到幾百納米范圍內(nèi)時(shí),所需要的激光強(qiáng)度 閾值是一樣的.這種“廣泛一致的閾值"為工業(yè)上使用蒸汽激光清洗來(lái)清除亞微米量級(jí)顆粒提 供了更為有利的支持。雖然激光清洗的發(fā)展是以清洗表面固體小顆粒為主線索的,但在其他方面應(yīng)用的研究也相應(yīng)地開展了,比如20 世紀(jì)70 年代經(jīng)過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)人們發(fā)現(xiàn)激光在清 洗歷史建筑和藝術(shù)品也存在著可行性。1992 年教科文組織成功的利用激光清洗對(duì)英 國(guó)亞斯敏大教堂實(shí)施了維修.歐洲一些國(guó)家也已經(jīng)用激光清洗了Amiens 大教堂(法國(guó))、 圣Stephan’s大教堂(奧地利維也那)、無(wú)名烈士墓(波蘭華沙)等。激光在脫漆方面的應(yīng) 用也得到了研究人員的關(guān)注,美國(guó)Woodroffe 等人在這方面開展了大量的工作。 

   20世紀(jì)90年代德國(guó)、日本的研究人員分別為激光脫漆而研制了高功率TEA-CO2 激光 器,并且使用它們做了一系列的實(shí)驗(yàn)。而國(guó)內(nèi)直到2005 年才有研究人員發(fā)表采用大功率 TEA-CO2 激光對(duì)飛機(jī)脫漆的論文。各國(guó)科學(xué)家們還對(duì)輪胎模具、表面處理、空間垃圾等其 他方面的應(yīng)用進(jìn)行了大量探索性的研究心取得了的成果。



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