Jarno Kaakkunen Nanoteknologiaa koneenrakentajille 15.11.2011 Toiminnallisten pintojen valmistus femtosekunti laserpulssiablaatiolla
Sisältö Laser Ultralyhyet pulssit Laserit Joensuussa Laserablaatio Toiminnalliset pinnat Materiaalin työstäminen interferenssin avulla Absorboivat pinnat Vettä hylkivät pinnat Massatuotannon avulla Suoratyöstö Valoa sirottavat pinnat Reikien poraus DOE:lla Reaaliaikainen säteen muokkaus käyttäen SLM:ää Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 2
Laser Ultralyhyet pulssit 1 fs = 1 x 10 15 = 0.000000000000001 s Kuva: Nasa blue marble.jpg Lähde: Wikimedia Commons Tekijä: NASA/ GSFC/ NOAA/ USGS Näissä ajoissa valo kulkee: 300 nm (100 kertaa lyhyempi kuin hiuksen paksuus) 300 000 km (~kuun etäisyys maasta) Ti:Safiiri kide (hehkuva punainen) valaistuna jatkuvalla vihreällä pumppaussäteellä. Kide luovuttaa fs pulsseja. Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 3
Laser Laserit Joensuussa Quantronix Integra C Λ 0 = 790nm (± 5nm) Pulssienergia 3,5 mj Toistotaajuus: 1kHz Pulssin pituus: 130 fs http://www.quantron.com CDP Tissa 50 ja MPA 50 Λ 0 = 790nm (± 10nm) Pulssienergia: 1 mj Toistotaajuus: 50 Hz Pulssin pituus: 50 fs Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 4
Laserablaatio Mitä on laserablaatio? ablaatio = materiaalin sulaminen/haihtuminen Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 5
Laserablaatio Mitä on laserablaatio? http://optics.org/article/25164 http://www.power technology.com/ Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 6
Laserablaatio Mitä hyötyä on työstää ultralyhyillä pulsseilla? Nanosekunti = 10 9 s Pikosekunti = 10 12 s Femtosekunti = 10 15 s Käytännössä kaikkia materiaaleja voidaan työstää Kuvat: B.N. Chichkov, C. Momma, S. Nolte, F. von Alvensleben and A. Tünnermann, Appl. Phys. A: Materials Science & Processing 63, 109 115 (1996) Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 7
Ohutfilmien työstäminen interferenssin avulla 2, 4 tai usean säteen interferenssi Kerralla isoja aloja (0.5 x 0.5 mm 2 ) esim. reikiä: 100 000 reikää/valotus Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 8
Työstäminen interferenssin avulla Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 9
Absorboivat pinnat Lähde: http://www.sionyx.com/ Kuva: Solar_Array.jpg Lähde: Wikimedia Commons Tekijä: ArséniureDeGallium Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 10
Absorboivat pinnat Suoraan fokusoimalla Interferenssin avulla Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 11
Diffraktiivinen Optinen Elementti = DOE Signaali Laser DOE DOE:n pintarakenne Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 12
Vettä hylkivät pinnat muovissa 4. Muovin irrotus muotista 1. Metallin hionta tasaiseksi 2. Laserablaatio 3. Reikäkuvion kopiointi muoviin Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 13
Vettä hylkivät pinnat muovissa Tasainen pinta Kuvioitu pinta Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 14
Vettä hylkivät pinnat metallissa >150 o Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 15
Valoa sirottavat pinnat Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 16
Reikien poraus DOE:lla 2 taso vaihe elementti 5x5 säteen jakaja Teoreettinen Kokeellinen Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 17
Reikien poraus DOE:lla Reikien määrää, kokoa ja välimatkaa voidaan muuttaa Halkaisija: Periodi: Määrä: > m > 10 m aina 1 satoihin Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 18
Reaaliaikainen säteen muokkaus käyttäen SLM:ää Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 19
Reaaliaikainen säteen muokkaus käyttäen SLM:ää Nanoteknologiaa koneenrakentajille / Jarno Kaakkunen 15.11.2011 20
Jarno Kaakkunen Nanoteknologiaa koneenrakentajille 15.11.2011 Kiitoksia!