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利用超快雷射脈衝改變金屬顏色

引自科學網

超快的雷射脈衝改變了不同金屬的顏色。（圖片提供:羅徹斯特大學University of Rochester）
 
為汽車刷油漆可不是一件輕鬆的活兒，然而一項新的雷射技術可能使這種為金屬著色的工作產生革命性的變化。從珠寶、家用器皿到軍事偽裝，甚至望遠鏡的光學濾波器，這項技術具有廣泛的應用空間。它同時會減少對環境不友好的油漆和其他塗料的使用量。
 
雷射的一個不可思議的本領便是能夠改變物質的光學特徵。強烈的雷射光束能夠在不塗抹油漆或顏料的前提下改變一種物質的顏色。但這裏還伴隨著另一問題——強大的雷射在給物質著色的同時也因為熱度而使後者受損。
 
因此，美國紐約州羅徹斯特大學((University of Rochester))的研究人員試圖研製一種能夠避免有害熱效應的雷射著色技術。光物理學家Chunlei Guo和A. Y. Vorobyev使用了持續時間僅為1飛秒或千萬億分之一秒的雷射脈衝。這項技術主要是用雷射熔化一塊面積非常小的金屬，這塊金屬在凝結後便能夠反射不同波長的光線。兩位元科學家在最近的《應用物理快報Applied Physics Letters》網路版上報告了這一研究成果。他們發現，通過微調鐳射的輸出功率以及變更光束的強度、脈衝的數量和處理的時間，能夠改變許多金屬樣品的顏色。例如，研究人員利用這種技術將一小片鋁變為金色，之後又將其變為黑色。
 
這項技術直接改變了金屬的顏色，從而意味著油漆不再是必不可少的塗料。Guo同時強調，經過雷射處理的表面往往更耐磨損、抗撕扯，特別是在高溫條件下，這些表面比油漆表面更加耐用。Guo表示，由於這項技術剛剛問世，處理的速度相對較慢且能量需求較高，因此至少需要幾年的時間才能夠投入商業應用。研究人員下一步將著手改善它的速度和功率。但他說，隨著這項技術的日漸成熟，“我相信，人們能在日常生活的每個環節中都能用到它”。
 
或許是這樣，但美國能源部埃姆斯實驗室(Ames Laboratory)的物理學家、埃姆斯市愛荷華州立大學(Iowa State University)的 Joseph Shinar認為，這可能還需要一段時間。他說，這項技術“非常有趣並且具有吸引力”，但如今已經有很多為金屬和其他材料著色的手段。雷射技術似乎只能影響到金屬的最外層，因此刮擦或磨損有可能破壞或去掉這層顏色——這與之前的著色方法沒什麼兩樣。因此，Shinar認為：“我們可能還需要花時間搞清究竟是什麼樣的應用需要這項技術。”（來源：科學時報 群芳）

Applied Physics Letters論文原文
Ultrafast dynamics of femtosecond laser-induced nanostructure formation on metals
Appl. Phys. Lett. 95, 123111 (2009) (3 pages)
Taek Yong Hwang, A. Y. Vorobyev, and Chunlei Guo(a)
The Institute of Optics, University of Rochester, Rochester, New York 14627, USA