طورت مجموعة Qiu Min في جامعة ويستليك ، البروفيسور . ، بنجاح نوعًا جديدًا من superlens superlens superlens متجانسة من السيليكون (4H-SIC) ، والذي يوفر حلًا جديدًا لمشكلة الانجراف الحراري في معالجة الليزر عالية الطاقة .
بالمقارنة مع العدسات الهدف التجارية التقليدية ، فإن Superlens ليس قادرًا فقط على تحقيق التركيز المحدود للحيود ، ولكنه يحافظ أيضًا على أداء مستقر تحت تشعيع الليزر عالي الطاقة الطويل ، والذي لا يتأثر فعليًا بالامتصاص الحراري .
اجتذبت مواد 4H-SIC الانتباه لخصائصها الممتازة: فهرس النقل العالي والانكسار للبصريات ، والتوصيل الحراري العالي للإدارة الحرارية ، وارتفاع الصلابة ومقاومة الخدش للخصائص الميكانيكية . تجعل هذه الخصائص مادة مثالية للأداء العالي والأجهزة عالية القوة .}
تستخدم Superlens الجديدة الموصلية الحرارية العالية وخصائص الخسارة المنخفضة لمواد 4H-SIC لقمع تأثير الانجراف الحراري بشكل فعال والتخلص من الاعتماد على أنظمة التبريد المعقدة .
لا يوفر هذا الاختراق التكنولوجي دعمًا رئيسيًا لأنظمة الليزر عالية الطاقة ، ولكنه يجلب أيضًا إمكانيات جديدة لتصنيع الأدوات الدقيقة ، والاستكشاف القطبي ، والفضاء ، والعديد من الحقول الأخرى . خاصة في مجال التطبيقات العالية للغاية لدقة المعالجة والجودة السطحية ، و 4H-sic يمكن أن يلعبوا دورًا مهمًا في توفير حلول أكثر فعالية ومحركًا}.
1. فكرة جديدة لحل مشكلة الانجراف الحراري لليزر عالي الطاقة
في مواجهة فرصة ، لاحظ الباحثون مشكلة شائكة شائعة في إنتاج المؤسسات: أثناء التشغيل المستمر لقطع الدقة بالليزر عالية الطاقة على خط الإنتاج ، ستشوه العدسة الموضوعية عناصرها البصرية الداخلية بسبب التراكم الحراري المستمر ، والتي ستؤثر في النهاية على شكل المعالجة واتساقها .
هذا لأنه عندما يصيب ضوء الليزر عالي الكثافة جهازًا بصريًا ، تمتص المادة بعض الطاقة الضوئية وتحولها إلى حرارة . للمواد مثل أكسيد السيليكون (الكوارتز) وفلورايد الكالسيوم (الفلوريت) ، والتي لها موصلية حرارية منخفضة ، من الصعب إجراء الحرارة بشكل فعال والطريقة المحدودة. الجهاز .
لحل هذه المشكلة ، أعدت المجموعة مادة 4H-SIC شفافة باعتبارها superlens خاصة . الجهاز أرق من عملة واحدة ، وسطحها مغطى بمئات الملايين من النانوبرات بقطر حوالي200-400
"بفضل مؤشر الانكسار العالي لمادة كربيد السيليكون ، تمكنا من معالجة مرحلة الواجهة الموجية للضوء عن طريق ضبط حجم النانوبيلار لتحقيق وظيفة تركيز قابلة للمقارنة مع العدسات التجارية . مع توصيل حراري ممتازة للمواد نفسها ، يتم توجيه أداء حرارة أفضل في جهاز {1}. يصف .
الشكل 丨 4H-SIC Superlens (يسار) وتوصيف SEM (يمين) (المصدر: بوتاو تشن)
2. التحقق التجريبي للاستقرار الحراري الممتاز
في التجربة ، قام الباحثون بمحاكاة سيناريو صناعي حقيقي من خلال تشعيع عدسة موضوعية من مجهر Mitutoyo (العدسة الهدف التجاري الرائدة في الصناعة) و Superlens 4H-SIC التي تم تطويرها من قبل الفريق مع ليزر عالي الطاقة في نفس الوقت.
تبين النتائج أنه تحت 15- وات ، 1030- تشعيع الليزر النبضي لمدة ساعة واحدة ، زادت درجة حرارة Superlens 4H-SIC بمقدار 3 . 2 درجة ، وكان تحول التركيز فقط الثالث من هذا العدسة التقليدية.
عادةً ما تكون طريقة تبديد الحرارة التقليدية هي تثبيت حلقة تبريد ماء خارج العدسة الموضوعية لإزالة الحرارة التي يمتصها الجهاز عن طريق تداول مياه التبريد . لا يقتصر الأمر على ذلك ، بل يزيد بشكل كبير من استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون ، ويتطلب أنظمة إضافية للحفاظ على الجهاز المائي.
على النقيض من ذلك ، فإن الحل المقترح للفريق يلغي الحاجة إلى أي مكونات تبديد الحرارة عن طريق تصعيد الخواص ببساطة على إطار المرآة واستخدام نقل حرارة الحالة الصلبة عالية الكفاءة لتصدير بسرعة وصيانة {2}
الشكل 丨 مخطط تخطيطي لتأثير الانجراف الحراري من Superlens 4H-SIC (يسار) والعدسة الهدف التقليدية (يمين)
3. التغلب على تحديات المعالجة والتحرك نحو الإنتاج الضخم
باعتبارها مادة عالية الصدفة مع صلابة MOHS ثانية فقط إلى الماس ، من الصعب للغاية معالجة كربيد السيليكون .
"نحن بحاجة إلى معالجة مئات الملايين من الأعمدة الصغيرة المائة النانسية في منطقة ما حجمها نصف عملة . لا يجب أن تكون هذه النانوغرامات رقيقة وعميقة مع شكل متسق ، ولكن دقة المحاذاة مطلوبة لتكون عالية للغاية ، مما يضيف إلى صعوبة المعالجة ."
الصورة 丨 Qiu Min's Group Photo
تجدر الإشارة إلى أن الفريق اعتمد عملية معالجة Micro-Nano المتوافقة مع الإنتاج الضخم . لمجموعة Qiu Min التي تزيد عن 20 عامًا من التراكم الفني في مجال إلكترونيات Micro-Nano OptoElectronics أكثر من 20 عامًا.
في عملية استكشاف عملية المعالجة ، نظر الباحثون تمامًا في تطبيق نتائج البحث العلمي والطلب على السوق ، وبالتالي يجب أن تكون سعة الجهاز كبيرة بما يكفي لتحقيق البديل الكامل للعدسات الموضوعية التقليدية . بناءً
حاليًا ، أنتج الباحثون مجموعة متنوعة من التراجعات الفائقة كربيد السيليكون لتلبية الاحتياجات المختلفة ، وقاموا بتطوير برنامج مفصل مخصص لاتجاه التكلفة المنخفضة والعائد العالي . وفقًا للتقرير ، تم تطبيق هذه العملية الفريدة على هذه التكنولوجيا {2}
