वेस्टलेक विश्वविद्यालय में प्रो . किउ मिन के समूह ने सफलतापूर्वक एक नए प्रकार के सजातीय सिलिकॉन कार्बाइड (4H-SIC) सुपरलेंस विकसित किए हैं, जो उच्च-शक्ति लेजर प्रसंस्करण में थर्मल बहाव की समस्या के लिए एक नया समाधान प्रदान करता है .
पारंपरिक वाणिज्यिक उद्देश्य लेंस की तुलना में, सुपरलेंस न केवल विवर्तन-सीमित ध्यान केंद्रित करने में सक्षम है, बल्कि लंबे समय तक उच्च-शक्ति लेजर विकिरण के तहत स्थिर प्रदर्शन को बनाए रखता है, जो लगभग थर्मल अवशोषण .} द्वारा अप्रभावित है।
4H-SIC सामग्री ने उनके उत्कृष्ट गुणों के लिए ध्यान आकर्षित किया है: प्रकाशिकी के लिए उच्च संप्रेषण और अपवर्तक सूचकांक, थर्मल प्रबंधन के लिए उच्च तापीय चालकता, और यांत्रिक गुणों के लिए उच्च कठोरता और खरोंच प्रतिरोध . ये गुण उच्च प्रदर्शन प्रकाशिकी और उच्च शक्ति उपकरणों . के लिए एक आदर्श सामग्री बनाते हैं।
नई सुपरलेंस थर्मल बहाव प्रभाव को प्रभावी ढंग से दबाने और जटिल शीतलन प्रणालियों पर निर्भरता से छुटकारा पाने के लिए 4H-SIC सामग्री की उच्च तापीय चालकता और कम हानि विशेषताओं का उपयोग करता है .
यह तकनीकी सफलता न केवल उच्च-शक्ति लेजर सिस्टम के लिए महत्वपूर्ण समर्थन प्रदान करती है, बल्कि सटीक इंस्ट्रूमेंट मैन्युफैक्चरिंग, पोलर एक्सप्लोरेशन, एयरोस्पेस और कई अन्य फ़ील्ड . के लिए नई संभावनाएं भी लाती है, विशेष रूप से प्रसंस्करण सटीकता और सतह की गुणवत्ता के लिए अत्यधिक उच्च आवश्यकताओं के क्षेत्र में, 4H-SIC सुपरलेन
1. उच्च-शक्ति लेज़रों की थर्मल बहाव समस्या को हल करने के लिए एक नया विचार
एक मौका मुठभेड़ में, शोधकर्ताओं ने आमतौर पर उद्यम उत्पादन में पाई जाने वाली एक कांटेदार समस्या पर ध्यान दिया: उत्पादन लाइन पर उच्च-शक्ति लेजर परिशुद्धता कटिंग के निरंतर संचालन के दौरान, उद्देश्य लेंस निरंतर थर्मल संचय के कारण अपने आंतरिक ऑप्टिकल तत्वों को विकृत कर देगा, जो अंततः प्रसंस्करण आकार और संगतता . को प्रभावित करेगा .
ऐसा इसलिए है क्योंकि जब उच्च-तीव्रता वाले लेजर लाइट एक ऑप्टिकल डिवाइस से टकराते हैं, तो सामग्री कुछ प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करती है और इसे सिलिकॉन ऑक्साइड (क्वार्ट्ज) और कैल्शियम फ्लोराइड (फ्लोराइट) जैसी सामग्रियों के लिए गर्मी . में परिवर्तित करती है, जिसमें कम थर्मल चालकता होती है, जो कि कुशलता से {
इस समस्या को हल करने के लिए, समूह ने एक पारदर्शी 4H-SIC सामग्री को एक विशेष सुपरलेंस . के रूप में तैयार किया, डिवाइस एक-डॉलर के सिक्के की तुलना में पतला होता है, और इसकी सतह सैकड़ों करोड़ों नैनोपिलर के साथ कवर की जाती है, जिसमें लगभग 200-400 नैनोमीटर और लगभग 1 micron {6} {
"सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री के उच्च अपवर्तक सूचकांक के लिए धन्यवाद, हम नैनोपिलर के आकार को ट्यूनिंग करके प्रकाश के वेवफ्रंट चरण में हेरफेर करने में सक्षम थे, जो वाणिज्यिक लेंसों की तुलना में एक फ़ोकसिंग फ़ंक्शन को प्राप्त करने के लिए है।" . का वर्णन करता है
चित्रा 丨 4H-SIC सुपरलेंस (बाएं) और SEM लक्षण वर्णन (दाएं) (स्रोत: बोटो चेन)
2. उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता का प्रयोगात्मक सत्यापन
प्रयोग में, शोधकर्ताओं ने एक वास्तविक जीवन के औद्योगिक परिदृश्य का अनुकरण किया, जो एक मितुतोय माइक्रोस्कोप ऑब्जेक्टिव लेंस (उद्योग के प्रमुख वाणिज्यिक उद्देश्य लेंस) और 4H-SIC सुपरलेंस को एक ही समय में एक उच्च-शक्ति वाले लेजर के साथ विकसित किया गया था, .} .
परिणाम बताते हैं कि 15- वाट के तहत, 1030- एनएम स्पंदित लेजर विकिरण एक घंटे के लिए, 4H-SIC सुपरलेंस का तापमान केवल 3 . 2 डिग्री तक बढ़ गया, और फोकस शिफ्ट केवल एक-दसवां एक पारंपरिक वस्तुनिष्ठ लेंस का था।
पारंपरिक गर्मी अपव्यय विधि आमतौर पर कूलिंग पानी . को प्रसारित करके डिवाइस द्वारा अवशोषित गर्मी को हटाने के लिए ऑब्जेक्टिव लेंस के बाहर एक पानी की शीतलन की अंगूठी स्थापित करने के लिए होती है, न केवल यह समाधान जटिल और महंगा है, यह ऊर्जा की खपत और कार्बन उत्सर्जन को भी बढ़ाता है, और पानी-नूलिंग डिवाइस को चलाने के लिए अतिरिक्त सिस्टम की आवश्यकता होती है।
इसके विपरीत, टीम का प्रस्तावित समाधान केवल एक दर्पण फ्रेम पर सुपरलेंस को बढ़ते और अत्यधिक कुशल ठोस-राज्य गर्मी हस्तांतरण का उपयोग करके किसी भी गर्मी अपव्यय घटकों की आवश्यकता को समाप्त कर देता है, जो तेजी से गर्मी . को निर्यात करने के लिए तेजी से निर्यात करता है, यह न केवल निरंतर और स्थिर संचालन के लिए अनुमति देता है, बल्कि बहुत ही सरल उपयोग करता है और रखरखाव आवश्यकताएं {2} {2} {2} {2} {
चित्रा 丨 4H-SIC सुपरलेंस (बाएं) और पारंपरिक उद्देश्य लेंस (दाएं) के थर्मल बहाव प्रभाव के योजनाबद्ध आरेख
3. प्रसंस्करण चुनौतियों पर काबू पाने और बड़े पैमाने पर उत्पादन की ओर बढ़ना
एक उच्च-कठोरता सामग्री के रूप में हीरे के लिए एक mohs कठोरता के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड को . को संसाधित करना बेहद मुश्किल है, हालांकि इसका उपयोग नए ऊर्जा वाहनों के लिए उच्च-शक्ति चिप्स में किया गया है, दो-आयामी ट्रांजिस्टर तीन-आयामी संरचनाओं के साथ माइक्रो- और नैनो-ऑप्टिकल उपकरणों से काफी अलग हैं .
"हमें एक क्षेत्र में सैकड़ों लाखों छोटे सौ-नैनोमीटर के आकार के खंभों को संसाधित करने की आवश्यकता है, जो आधे सिक्के के आकार . के आकार के साथ न केवल इन नैनोपिलर को एक सुसंगत आकार के साथ पतला और गहरा होना चाहिए, लेकिन संरेखण परिशुद्धता को बहुत अधिक होना आवश्यक है, {. {} {} {
फोटो 丨 किउ मिन का समूह फोटो
यह ध्यान देने योग्य है कि टीम ने एक माइक्रो-नैनो प्रसंस्करण प्रक्रिया को अपनाया है जो बड़े पैमाने पर उत्पादन . QIU मिन के समूह के 20 से अधिक वर्षों के 20 से अधिक वर्षों के तकनीकी संचय के साथ माइक्रो-नैनो ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में इस शोध के लिए एक ठोस आधार निर्धारित किया है .}
प्रसंस्करण प्रक्रिया की खोज करने की प्रक्रिया में, शोधकर्ताओं ने पूरी तरह से वैज्ञानिक अनुसंधान परिणामों और बाजार की मांग के अनुप्रयोग पर विचार किया, इसलिए डिवाइस का आयाम पारंपरिक उद्देश्य लेंस . के पूर्ण प्रतिस्थापन को महसूस करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए, जो प्रौद्योगिकी के पिछले संचय के आधार पर, उन्होंने इस प्रसंस्करण प्रक्रिया में सुधार किया है और संवर्धित वास्तविकता ग्लास . के लिए उत्पादों को जारी किया है।
वर्तमान में, शोधकर्ताओं ने विभिन्न आवश्यकताओं के लिए विभिन्न प्रकार के सिलिकॉन कार्बाइड सुपरलेंस का उत्पादन किया है, और कम लागत और उच्च उपज . की दिशा के लिए समर्पित एक विस्तृत कार्यक्रम विकसित किया है, रिपोर्ट के अनुसार, इस अनूठी प्रक्रिया को कई सहकारी उद्यमों . के अलावा लागू किया गया है।
