飞秒激光制备阵列孔金属微滤膜研究取得进展
2014-05-14 18:33:43
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据机械专家网2009年3月13日讯 在生物制药、啤酒饮料和工业污水处理等领域，常采用微孔膜进行水质分离过滤。目前大量应用的微孔分离膜有高分子材料制作的有机膜和采用烧结法制作的陶瓷膜和金属膜。有机膜机械强度低，寿命短。陶瓷膜具有较高的脆性，不耐冲击。烧结金属膜具有较高的强度特性，但由于材料和烧结工艺的局限，膜孔尺寸大小不等，膜孔取向倾斜杂乱分布，致使它的孔隙率和通透性能较低。
采用金属薄膜作基材，利用超短脉冲激光加工形成阵列孔制作金属过滤膜正在成为研究方向。该金属过滤膜不仅具有金属材料较高的强韧性能，而且阵列分布的直通孔有利于提高金属膜的孔隙率和通透性能。近年来，超短脉冲激光微加工已成为微纳制造的重要技术之一。激光二极管抽运固体激光器（DPSS）激光微加工系统可以打微孔，但其脉冲宽度处于纳秒量级，加工金属材料会产生较大的热影响区，孔边缘出现熔渣和坚硬的冷凝层，很难制备优良性能的微纳米级的金属膜孔，这是因为金属材料具有很高导热率，声子／电子弛豫时间大多处于皮秒级。只有当激光作用脉宽小于金属巾声子／电子弛豫时间，光子能量瞬间被品格吸收，材料来不及产牛热传导而瞬间被气化，才能产生无热激光加上"。
因此，飞秒激光窄脉冲宽度的优点使得其成为微纳米级加工的优良手段。为推进该项技术的应用，从飞秒激光与金属膜相互作用机制到精密打孔技术已开展了诸多研究。但该项技术仍处于发展阶段。针对制作金属过滤膜的要求，选用三种金属（不锈钢、铝和铜）膜材料，开展飞秒激光加工参数关系实验和大面积阵列打微孔实验，探讨飞秒激光微纳加工技术用于制备新型金属过滤膜的可能性研究后发现：飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大。不锈钢薄膜适于飞秒激光制作会属微孔膜，在25μ·m厚的不锈钢薄膜上制备了太面积阵列徽孔，孔直径为2.5～10 μm，孔间距为10～50μm。与传统烧结金属徽孔过滤膜比较，飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、盲通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点，可获得较高的孔隙率。