V srpnu byl v prestižním vědeckém médiu Scientific Reports publikován článek „High-speed manufacturing of highly regular femtosecond laserinduced periodic surface structures: physical origin of regularity“ popisující objev výzkumníků dvou týmů. Jednoho z University of Modena and Reggio Emilia, v němž působí Leonardo Orazi
a Iaroslav Gnilitskyi, a druhého z laserového centra HiLA SE v Dolních Břežanech, kam patří Nadezhda M. Bulgakova, Thibault J.-Y. Derrien, Yoann Levy a Tomáš Mocek.
Záměrné vytváření struktur povrchu materiálů v submikronovém či nano měřítku je dnes nesmírně významnou technologií pro mnoho oborů od elektroniky přes fotoniku až po boj proti padělání. Výzkumníkům v HiLASE se podařilo pomocí laserových impulzů vytvořit pravidelné struktury na povrchu řady kovových prvků kvalitněji a rychleji, než jak to bylo kdy možné. Zatím jsou teoretické předpovědi ověřeny na materiálech Al, Ti, Cu, Mo, Au a ocel a existuje předpoklad, že zkušenosti budou použitelné pro velkou škálu prvků a materiálů, dokonce možná pro všechny kovy.
„Naši italští kolegové se na nás obrátili s prosbou o spolupráci. Dařilo se jim vytvářet docela dobré struktury na některých materiálech, ale někde jim to nešlo a nebylo jasné proč. Protože můj kolega z HiLASE Thibault J.-Y. Derrien má v této oblasti asi desetileté zkušenosti a předpověděl možnost našeho řešení u řady materiálů, začali jsme s nimi na tom pracovat. Našli jsme vysvětlení za použití dlouhých vlnových délek světla a experimentálně ověřili,“ vysvětluje prof. Nadezhda Bulgakova z HiLASE.
„Pro každý laser existuje řada specifických možností a klíč je v nalezení správného postupu a parametrů – úhlů, geometrie, frekvence a intenzit pro daný materiál. Každý takový pokus má několik zásadních experimentálních parametrů a všechny jsou důležité. 
Jde o skutečně velice kvalitní pravidelné struktury, které jsou vytvářeny velmi silnými (vysoce energetickými) laserovými impulsy o vlnové délce 1 030 nm. Obdobné struktury se poprvé podařilo vytvořit už v 60. letech minulého století, ale vytvářely se za pomoci nízkoenergetických pulsů, byly nepřesné a proces trval neuvěřitelně dlouho – 1 mm2 třeba i týden. Nám se podařilo objevit, jak tyto výsledky rozšířit na mnoho dalších materiálů za použití různých vlnových délek,“ řekl dr. Thibault J.-Y. Derrien.
Řešení HiLASE patří mezi technologie označované HR-LIPSS – Highly regular laser-induced periodic surface structures – a může být alternativou složitých a nákladných procesů výroby nanostrukturních povrchů, jako jsou naprašování, chemické a plazmové leptání, chemické vylučování z plynné fáze, nanoimprinting, optické a fyzikální litografiie, které často potřebují vakuum nebo jiné speciální prostředí. Můžeme se tady dočkat dalšího pokroku ve vývoji v oblasti elektroniky, fotoniky, bezpečnosti a biomedicíny. Prostě všude, kde je zapotřebí přesně pracovat s materiály v extrémně malých měřítcích na velké ploše.
Metoda využívá silné laserové impulsy a jejím největším kladem je, že dosahuje vysoké rychlosti, přesnosti a kvality změn struktur povrchů materiálů. Během 10 s je možno upravit asi 1 cm2 povrchu, což velmi výrazně zvyšuje význam technologie pro praktické použití. Konkrétně například při úpravě povrchů křídel letadel proti namrzání vody ve výškách, protože periodické struktury umožňují řízení proudění kapalin na nanostrukturních plochách.
| Hlavním cílem projektu HiLASE je vyvinout laserové technologie s průlomovými technickými parametry. Obecně lze říci, že tyto lasery budou podstatně silnější a výkonnější, kompaktnější, více stabilní a snáze udržovatelné, než jsou v současnosti dostupné technologie. Projekt HiLASE je zaměřen na rozvoj laserů s vysokou opakovací frekvencí a na laserové systémy, které najdou využití v průmyslu, v malých a středně velkých výzkumných laboratořích a dále v budoucích evropských zařízeních velkého rozsahu, která budou součástí Evropského výzkumného prostoru (ERA ). Projekt se specificky zaměřuje zejména na lasery založené na diodovém čerpání a na vývoj souvisejících technologií. Laserové centrum HiLA SE s těmito parametry je unikátní nejen v České republice, ale také v Evropě. To přináší nové příležitosti pro evropský výzkum, ale také pro společnosti, které mohou využívat a přispívat k uplatnění těchto nových technologií. Projekt má velký aplikační potenciál v komerční sféře. Výstupy tohoto projektu budou použity např. pro technologie mikroobrábění, testování odolnosti optických materiálů, řezání, sváření, odstraňování povlaků a laserové vyklepávání. /www.hilase.cz/ |
Zdroj: „High-speed manufacturing of highly regular femtosecond laser-induced periodic surface structures: physical origin of regularity“
Iaroslav Gnilitskyi, Thibault J.-Y. Derrien, Yoann Levy, Nadezhda M. Bulgakova, Tomáš Mocek & Leonardo Orazi
Scientific Reports 7, Article number: 8485 (2017) Published online: 16 August 2017 https://www.nature.com/articles/s41598-017-08788-z#auth-6