飛秒激光制備陣列孔金屬微濾膜研究取得進展
2014-05-14 18:33:43
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據機械專家網2009年3月13日訊 在生物制藥、啤酒飲料和工業污水處理等領域，常采用微孔膜進行水質分離過濾。目前大量應用的微孔分離膜有高分子材料制作的有機膜和采用燒結法制作的陶瓷膜和金屬膜。有機膜機械強度低，壽命短。陶瓷膜具有較高的脆性，不耐沖擊。燒結金屬膜具有較高的強度特性，但由于材料和燒結工藝的局限，膜孔尺寸大小不等，膜孔取向傾斜雜亂分布，致使它的孔隙率和通透性能較低。
采用金屬薄膜作基材，利用超短脈沖激光加工形成陣列孔制作金屬過濾膜正在成為研究方向。該金屬過濾膜不僅具有金屬材料較高的強韌性能，而且陣列分布的直通孔有利于提高金屬膜的孔隙率和通透性能。近年來，超短脈沖激光微加工已成為微納制造的重要技術之一。激光二極管抽運固體激光器（DPSS）激光微加工系統可以打微孔，但其脈沖寬度處于納秒量級，加工金屬材料會產生較大的熱影響區，孔邊緣出現熔渣和堅硬的冷凝層，很難制備優良性能的微納米級的金屬膜孔，這是因為金屬材料具有很高導熱率，聲子／電子弛豫時間大多處于皮秒級。只有當激光作用脈寬小于金屬巾聲子／電子弛豫時間，光子能量瞬間被品格吸收，材料來不及產牛熱傳導而瞬間被氣化，才能產生無熱激光加上"。
因此，飛秒激光窄脈沖寬度的優點使得其成為微納米級加工的優良手段。為推進該項技術的應用，從飛秒激光與金屬膜相互作用機制到精密打孔技術已開展了諸多研究。但該項技術仍處于發展階段。針對制作金屬過濾膜的要求，選用三種金屬（不銹鋼、鋁和銅）膜材料，開展飛秒激光加工參數關系實驗和大面積陣列打微孔實驗，探討飛秒激光微納加工技術用于制備新型金屬過濾膜的可能性研究后發現：飛秒激光加工的微孔直徑隨單脈沖能量和脈沖數的平方根的增大而增大。不銹鋼薄膜適于飛秒激光制作會屬微孔膜，在25μ·m厚的不銹鋼薄膜上制備了太面積陣列徽孔，孔直徑為2.5～10 μm，孔間距為10～50μm。與傳統燒結金屬徽孔過濾膜比較，飛秒激光制備陣列微孔金屬膜具有膜孔尺寸均勻一致、盲通孔形、膜孔尺寸和間距可控等特點，可獲得較高的孔隙率。