Prof . qiu min -ryhmä Westlake Universityssä on onnistuneesti kehittänyt uuden tyyppisen homogeenisen piikarbidi (4H-sic) superlens, joka tarjoaa upouuden ratkaisun lämpöä koskevan lämmönsiirtoongelman ongelmaan .}}}}}}}}}}}
Verrattuna tavanomaisiin kaupallisiin objektiivilinsseihin, superlens ei vain pysty saavuttamaan diffraktiorajoitettua tarkennusta, vaan myös ylläpitää vakaa suorituskyky pitkittyneellä suuritehoisella lasersäteilytyksellä, jota käytännössä ei vaikuta lämmön imeytymiseen .}}}}}}}}}}}}}}}
4H-SIC -materiaalit ovat herättäneet huomiota niiden erinomaisten ominaisuuksien suhteen: korkean läpäisy ja taitekerroin optiikkaan, korkea lämmönjohtavuus lämmönhallinnassa ja korkea kovuus ja naarmuuntumisen vastus mekaanisille ominaisuuksille . Nämä ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen materiaalin korkean suorituskyvyn optiikkaan ja korkeatehoisiin laitteisiin .
Uudessa superlens hyödyntää 4H-SIC-materiaalin korkeaa lämmönjohtavuutta ja alhaisia häviöominaisuuksia, jotka tukahduttavat lämpöaihevaikutuksen tehokkaasti ja päästäkseen eroon monimutkaisista jäähdytysjärjestelmistä . riippuvuudesta .
Tämä teknologinen läpimurto ei vain tarjoa avaintukea suuritehoisille laserjärjestelmille, vaan tuo myös uusia mahdollisuuksia tarkkuuslaitteiden valmistukseen, polaarinen etsintä, ilmailu- ja monille muille kentille ., etenkin erittäin erittäin korkeiden vaatimusten tarkkuuden ja pintalaadun pintalaadun, 4H-SIC Superlens -sovellusten avulla.
1. uusi idea ratkaista suuritehoisten laserien lämpöhalvausongelma
Mahdollisuuden kohtaamisessa tutkijat huomasivat hankaluuden ongelman, jota yleisesti löydettiin yritystuotannossa: Tuotantolinjan suuritehoisen laserin tarkkuuden leikkauksen jatkuvan toiminnan aikana objektiivilinssi määrittelee sen sisäiset optiset elementit jatkuvan lämpökertymisen vuoksi, mikä vaikuttaa viime kädessä prosessointimuotoon ja johdonmukaisuuteen .}}}}}}}}
Tämä johtuu siitä, että kun korkean intensiteetin laservalo iskee optisen laitteen, materiaali absorboi osan valon energiasta ja muuntaa sen lämpöksi . materiaaleille, kuten piisoksidille (kvartsille) ja kalsiumfluoridille (fluoriitti), joilla on alhainen lämmönjohtavuus, on vaikeaa suorittaa lämpöä tehokkaasti ja ajoittain, ja se on paikallistettu.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi ryhmä laati läpinäkyvän 4H-SIC-materiaalin erityisenä superlens . Laite on ohuempi kuin yhden dollarin kolikko, ja sen pinta on peitetty satojen miljoonien nanopillarien kanssa, joiden halkaisija on noin 200-400 nanometri ja syvyys noin 1 mikronin .}}}}}
"Piilarbidimateriaalin korkean taitekerroksen ansiosta pystyimme valon aaltofreassivaihetta virittämällä nanopillarien koon saavuttaaksemme keskittymisfunktiota, joka on verrattavissa kaupallisten linssien . kokoon, yhdistettynä itse materiaalin erinomaiseen lämmönjohtavuuteen, parempaan lämmön häviön suorituskykyyn. kuvaa .
Kuva 丨 4H-SIC Superlens (vasen) ja SEM-karakterisointi (oikea) (lähde: Botao Chen)
2. Erinomaisen lämmön stabiilisuuden kokeellinen varmennus
Kokeessa tutkijat simuloivat tosielämän teollisuusskenaariota säteilyttämällä mitutoyo-mikroskooppin objektiivilinssiä (alan johtava kaupallinen objektiivilinssi) ja 4H-SIC-superlens, jonka tiimi on kehittänyt suuritehoisella laserilla samaan aikaan .}}}}}}}}}}}}
Tulokset osoittavat, että 15- watt, 1030- nm pulssien lasersäteilytys yhden tunnin ajan, 4H-SIC-superlenien lämpötila nousi vain 3 . 2-astetta, ja painopiste oli vain yksi kymmenesosa tavanomaisesta objektiivisesta linssistä.
Perinteinen lämmön hajoamismenetelmä on yleensä asentaa vesijäähdytysrengas objektiivilinssin ulkopuolelle laitteen absorboiman lämmön poistamiseksi kiertämällä jäähdytysvettä . Tämä ratkaisu on vain kompleksi ja kallista, vaan myös merkittävästi energiankulutusta ja hiilipäästöjä ja vaatii lisäjärjestelmiä vesijäähdytyslaitteen käynnissä olevan .}}}}}}}}}}}
Sitä vastoin ryhmän ehdotettu ratkaisu eliminoi tarpeen lämmityksen hajoamiskomponenteille asettamalla superlensit peilikehykseen ja hyödyntämällä erittäin tehokasta kiinteän tilan lämmönsiirtoa lämmön nopeasti viemään . Tämä ei vain salli jatkuvan ja vakaan toiminnan, vaan myös yksinkertaisesti yksinkertaistaa käyttö- ja huoltovaatimuksia .}}}}}}}}}}}}}}}}}
Kuva 丨 Kaavio 4H-SIC-superlenien (vasen) ja tavanomaisen objektiivilinssin lämpöä koskevasta vaikutuksesta (oikea)
3. Käsittelyhaasteiden voittaminen ja siirtyminen kohti massatuotantoa
Piilikarbidia on erittäin vaikea prosessoida . korkean kovan materiaalin, jonka mohs-kovuus on vain timantti, vaikka sitä on käytetty uusien energiaajoneuvojen suuritehoisissa siruissa, kaksiulotteiset transistorit ovat merkittävästi erilaisia kuin mikro- ja nano-optiset laitteet, joilla on kolme ulottuvuutta .}}}}}}}}}}
"Meidän on käsiteltävä satoja miljoonia pieniä sadan nanometrin kokoisia pylväitä alueella, jonka koko on puoli kolikkoa ., ei vain näiden nanopillarien ei tarvitse olla ohuita ja syviä johdonmukaisella muodossa, vaan kohdistuksen tarkkuuden on oltava erittäin korkea, lisäämällä prosessointivaikeuksia ." Chen Botao sanoi .}}}} "
Kuva 丨 Qiu Minin ryhmäkuva
On syytä mainita, että ryhmä hyväksyi mikro-nano-prosessointiprosessin, joka on yhteensopiva massatuotannon . qiu Minin ryhmän yli 20 vuoden teknisen kertymisen kanssa mikro-nano-optoelektroniikan alalla on luonut vankan perustan tälle tutkimukselle.}}}}}}}
Käsittelyprosessin tutkiessa tutkijat pitivät täysin tieteellisten tutkimustulosten ja markkinoiden kysynnän soveltamista, joten laitteen amplitudin on oltava riittävän suuri perinteisten objektiivisten linssien täydellisen korvaamiseksi ., joka perustuu aikaisemman tekniikan kertymisen perusteella, ne ovat parantaneet tätä prosessointiprosessia ja vapauttaneet tuotteita lisättyihin todellisuuslasiin .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Tällä hetkellä tutkijat ovat tuottaneet erilaisia pii -karbide -superlensejä eri tarpeisiin ja ovat kehittäneet yksityiskohtaisen ohjelman, joka on omistettu alhaisten kustannusten ja korkean tuottojen suuntaan . Raportin mukaan tätä ainutlaatuista prosessia on sovellettu useisiin yhteistyöyrityksiin . Lisäksi tiimi työskentelee myös useiden instituutioiden kanssa, jotka edistävät jatkuvaa kehitystä.}.
