Επαναστατική τεχνολογία λέιζερ: επανασχεδιάστε τις επιφάνειες υλικών τώρα!

Επαναστατική τεχνολογία λέιζερ: επανασχεδιάστε τις επιφάνειες υλικών τώρα!

Η σύγχρονη τεχνολογία λέιζερ ανοίγει συναρπαστικές δυνατότητες για τη βελτίωση των επιφανειών υλικών. Έχει αποδειχθεί πρωτοποριακή, ιδιαίτερα στην αυτοκινητοβιομηχανία. Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Σάαρλαντ Αυτή η τεχνολογία μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα των εξαρτημάτων, αλλά και να απωθήσει βακτήρια και ιούς. Ο καθηγητής Frank Mücklich, ο οποίος είναι επικεφαλής της Έδρας Λειτουργικών Υλικών στο Πανεπιστήμιο Saar για περισσότερα από 30 χρόνια, είναι πρωτοπόρος σε αυτόν τον τομέα.

Υπό την ηγεσία του ιδρύθηκε το Ερευνητικό Κέντρο Τεχνολογίας Υλικών Steinbeis πριν από 15 χρόνια και η εταιρεία Surfunction πριν από πέντε χρόνια. Αυτά τα ιδρύματα είναι σε καλή θέση για να προωθήσουν την ανάπτυξη καινοτόμων επιφανειών από τεχνολογίες λέιζερ. Ο Mücklich είναι επίσης ο εκπρόσωπος του θεματικού δικτύου «Επιστήμη των Υλικών και Τεχνολογία Υλικών» στο acatech, το οποίο υπογραμμίζει περαιτέρω τον εξαιρετικό ρόλο του στην έρευνα για την τεχνολογία λέιζερ.

Δομή άμεσης παρεμβολής δέσμης λέιζερ

Μια βασική τεχνολογία είναι η άμεση δομή παρεμβολής δέσμης λέιζερ (DLIP). Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την επεξεργασία χωρίς επαφή με ταχύτητες έως και ένα τετραγωνικό μέτρο ανά λεπτό και χρησιμοποιεί την αρχή της παρεμβολής για τη δημιουργία εξαιρετικά λειτουργικών μικροδομών στα υλικά. Μεγαλόφωνος Βικιπαίδεια Το DLIP μπορεί να εφαρμοστεί σχεδόν σε οποιοδήποτε υλικό και επηρεάζει τις ιδιότητες της επιφάνειας όσον αφορά τις ηλεκτρικές και οπτικές ιδιότητες, την τριβολογία και τη διαβρεξιμότητα. Στη δεκαετία του 1990, ο Mücklich απέκτησε τις πρώτες του εμπειρίες με μια διαδικασία βασισμένη στην παρεμβολή λέιζερ για την κρυστάλλωση άμορφων στρωμάτων στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Αυτές οι αρχές χρησιμοποιήθηκαν τελικά για την ανάπτυξη του DLIP στο Πανεπιστήμιο του Σάαρλαντ.

Η μικροτοπογραφία των επιφανειών μπορεί να ελεγχθεί σημαντικά. Ο Mücklich και ο διδακτορικός του φοιτητής Andrés Lasagni ήταν επιτυχημένοι στη δόμηση υλικών χρησιμοποιώντας μεταλλουργία παρεμβολής λέιζερ. Η συνεργασία τους οδήγησε σε πολλά βραβεία, συμπεριλαμβανομένου του Βραβείου Καινοτομίας Berthold Leibinger.

Εφαρμογές και διεθνείς συνεργασίες

Η εφαρμογή επιφανειών με δομή λέιζερ επεκτείνεται και σε κρίσιμους τομείς όπως η αυτοκινητοβιομηχανία. Βελτιώνοντας την αξιοπιστία και τη μακροζωία των ηλεκτρικών συνδέσμων στα ηλεκτρικά οχήματα, οι νέες μεταλλικές επιφάνειες μπορούν να μεταφέρουν τον ηλεκτρισμό έως και 80% πιο αποτελεσματικά και απαιτούν 40% λιγότερη δύναμη κατά το ζευγάρωμα. Επιπλέον, αυτά τα υλικά έχουν δοκιμαστεί σε διαστημικές αποστολές για τη μείωση της προσκόλλησης μικροοργανισμών σε δύσκολα περιβάλλοντα.

Ειδικά έργα σε συνεργασία με τη NASA και την ESA, τα οποία εποπτεύονται από τον αστροναύτη της ESA Matthias Maurer, στοχεύουν στην έρευνα των ιδιοτήτων υγιεινής των επιφανειών υπό διαστημικές συνθήκες. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών πραγματοποιήθηκαν διάφορα πειράματα, όπως η συμπεριφορά των αντιμικροβιακών επιφανειών και η μελέτη των βιοφίλμ. Για παράδειγμα, η τεχνολογία αύξησε την απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων κατά 21%, αναφέρει Fraunhofer IFAM.

Η χρήση επιφανειακής επεξεργασίας με βάση το λέιζερ προστατεύει το περιβάλλον καθώς δεν απαιτούνται χημικά πρόσθετα. Η τεχνολογία λέιζερ επιτρέπει σημαντικές προόδους στην τροποποίηση της επιφάνειας, οι οποίες είναι ζωτικής σημασίας για τη μακροπρόθεσμη σταθερή συγκόλληση και βαφή. Προκλήσεις όπως η ανεπαρκής πρόσφυση λόγω παραγωγικών διαδικασιών ή εξωτερικών επιρροών μπορούν να μειωθούν με ειδική προσαρμογή της δομής της επιφάνειας.

Συνολικά, οι εντυπωσιακές εξελίξεις και οι ποικίλες εφαρμογές της τεχνολογίας λέιζερ υπογραμμίζουν τη σημασία της έρευνας σε αυτόν τον τομέα. Ο καθηγητής Mücklich και η ομάδα του θέτουν πρότυπα που όχι μόνο φέρνουν επανάσταση στη βιομηχανία, αλλά συμβάλλουν επίσης στην κυκλική οικονομία αναπτύσσοντας ανακυκλώσιμα και αγνά υλικά.