分析脈衝激光技術在高分子材料加工中的應用論文

近年來，脈衝激光技術已經得到了相對比較廣泛的應用，並且該種精密的加工技術越來越受到社會與人們的關注，主要原因在於脈衝激光技術能夠在加工高分子材料的過程中得到比較高的加工精度，並且能夠進行材料表面的加工，使得材料的表面形成多孔結構與週期結構等。更加能夠實現對塊體材料、透明材料的內部加工與改性等。可以說，脈衝激光技術比較適用於其他加工技術無法實現的複雜形狀元器件的加工以及高精度元器件的加工。脈衝激光技術在高分子材料加工的過程中所產生的瞬間功率比較大，幾乎能夠與任何材料產生相互的作用，本文對脈衝激光技術在高分子材料加工中的應用進行研究，希望能夠促使高分子材料加工更加良好的依據脈衝激光技術獲得發展。

　　1 脈衝激光及其折射率改性

所謂脈衝主要便是指隔一段相同的是假案發出的電波、光波等機械形式。脈衝激光則主要是指脈衝工作方式的激光器發出的光脈衝，脈衝激光具有其獨特的工作必要性，其能夠進行信號的發送並且減少熱量的產生。一般情況下，脈衝激光比較短，其時間幾乎已經達到了“皮秒”的級別。脈衝激光器在工作中需要由激光泵浦源持續性的提供能量，由此方能夠長期間產生並且輸出脈衝激光。高分子材料加工領域目前對脈衝激光技術有所應用。就高分子材料而言，其材料的折射率與其密度之間呈現正比關係，並且包括末端基、添加劑與雜誌等化學組成、分子趨向、鏈間結合力等均與熱歷史存在關係。在高分子材料加工應用脈衝激光技術時，與其他改性技術相比較而言，脈衝激光技術能夠誘導高分子材料改性技術對其財力下性能產生最小的影響，並且脈衝激光技術能夠在高分子材料的表面將原有的化學鍵打破，並且能夠形成全新的化學鍵，以此改變高分子材料的特性。

　　2 高分子材料加工對脈衝激光技術的`應用

2.1 激光燒燭產生表面多孔結構

激光燒燭產生表面多孔結構能夠有效的促進高分子材料與生物組織交界面上的細胞黏附與增殖，使得生物醫學領域的衆多學者均對其予以了較高的關注。

高分子材料表面的孔洞會在材料表面熱化的情況下形成，並且應力在整個孔洞形成的過程中發揮着極爲重要的作400nm，1.5J/cm2圖1 脈衝激光在高分子材料表面形成的納米泡沫表面多孔結構用。受應力波的影響，高分子材料的黏度會下降，而高分子材料本身又存在着因應力波作用而產生的孔洞長大的核，即自由體積孔洞，該自由體積孔洞的總體積會在溫度上升的情況隨着應力的下降而增加。就該方面高分子材料對脈衝激光技術的應用情況已經有部分學者展開了研究，並且認爲在248nm的脈衝激光輻照下高分子材料膠原薄膜的鏈結構穩定性會發生一定改變，其能夠將原有的氫鍵網絡打破，並且經過紅外吸收光譜、拉曼光譜、熒光分析等發現高分子材料膠原主鏈的部分會出現光熱分解現象，在激光燒燭時會將光機械作爲主要作用力，而後發生光化學轉變。該種狀態下生物的相容性會發生改善，即細胞黏着與細胞生長會發生改變。

2.2 激光燒燭產生表面週期結構

高分子材料一般不會吸收長波長激光，其只有在激光強度十分高的情況下方能夠有效的實現多光子的吸收。此時脈衝激光輻照在高分子材料表面時便會形成一定的表面週期結構，且存在波長效應，其中，長脈衝激光器只能夠形成紫外波段激光器，而超短脈衝激光器則能夠在紫外波段和紅外波段均形成激光器。激光燒燭所產生的高分子材料表面週期結構一般可以向其納入到波長量級，並且在對偏振態、激光波長與入射角度等參數進行改變的情況下，高分子材料表面結構亦能夠發生相應的改變。經過對激光燒燭產生表面週期結構進行研究可以發現，其形成的機理主要包括兩點：①入射脈衝激光束與高分子材料的表面散射光之間能夠相互調製;②脈衝激光的強度調製能夠轉化成爲高分子材料表面的改性結構。在激光燒燭產生表面週期結構的該兩點形成機理相互聯情況下，脈衝激光輻照將能夠促使高分子材料產生表層的熱化，繼而在溫度梯度的影響下導致高分子鏈不斷擴散，最終形成表面週期結構。

2.3 塊體材料加工對脈衝激光技術的應用

高分子材料會對不同波長的光進行吸收，紫外脈衝激光加工需要對高分子材料的該點特性會產生依賴性。一般情況下，大部分的透明高分子材料均屬於弱吸收體，其能夠吸收的波段一般保持在193mm 以下的真空紫外區。若入射的脈衝激光光子能量明顯要大於高分子材料的化學鍵能時可以將原有的化學鍵直接打破，此時高分子材料將會被離解成爲單體產生脈衝激光燒燭，但是並不會產生液相，屬於典型的光化學過程，其所產生的熱影響亦最小。對於塊體材料加工對脈衝激光技術的應用方面，部分學者發現利用飛秒激光技術進行PCL 片材的加工將能夠在加工的過程中於加工邊緣發現存在着熱退火形成的晶球以及快速冷卻形成的非晶組成熱影響區域。與此同時，紫外波段光子能量若超過了高分子材料中大部分分子鍵能，則亦會產生光化學作用。

　　3 結束語

綜上所述，脈衝激光技術加工高分子材料具有十分複雜的機理，且不同的脈衝激光加工技術會對加工工藝、加工材料等提出不同的要求，因而高分子材料的脈衝激光燒燭在各界均有着比較大的爭議性。比較典型的高分子材料在脈衝激光技術加工下的光熱與光化學特點有：短波長激光的光子能量比較大，能夠直接打破高分子材料的化學鍵，並且能夠對高分子材料進行光化學降解。若將脈衝激光中脈衝的寬度縮短將能夠有效地提高多光子吸收截面，此時的加工效率也將能夠有效提高。鑑於此，脈衝激光能夠成爲我國現階段以及未來工業高分子材料加工的首選技術，並且在不斷地研究與探索下，脈衝激光技術將能夠進一步的完善與應用，推動我國社會與經濟水平全面提升，並且提高我國在國際方面的影響力。