جوشکاری قطعات ناهم جنس (شیشه و فلز) با استفاده از پالس های لیزری فمتوثانیه ای توسط ناسا
NASA tests femtosecond lasers for welding and drilling
(در تصویر از چپ به راست، جوشکاری سیلیکا به مس، سیلیکای جوشکاری شده به آلیاژ Invar، و شیشه سافیر متصل شده به آلیاژ Invar مشاهده می شود)
لیزر بسیار سریع که طول پالس‌های آن 100 میلیونم از یک نانوثانیه است می‌تواند انقلابی در روش‌های ساخت و مونتاژ قطعات ناهمجنس ایجاد کند. تیمی از فیزیکدانان اپتیک در ناسا، در حال استفاده از لیزرهای فمتوثانیه‌ای هستند و نشان داده‌اند که این فناوری می‌تواند برای اتصال شیشه به مس، شیشه به شیشه، و همچنین ایجاد حفرات به اندازه تار مو در مواد مختلف به کار رود. اکنون، این گروه به دنبال گسترش این فناوری برای جوشکاری شیشه‌هایی مانند سافایر (Sapphire)، زرودور (Zerodur)، و فلزاتی مانند تیتانیم، آلومینیوم و آلیاژهای Kovar و Invar هستند، که کاربرد فراوانی در ساخت تجهیزات فضاپیماها دارند. هدف آن‌ها این است که قطعات بزرگ ساخته شده از این مواد را جوش دهند. علاه بر آن، این گروه در حال بررسی استفاده از این فناوری در ساخت مدارهای مجمتمع فتونیک است که یک فناوری نوظهور می‌باشد و می‌تواند کاربردهای گسترده ای در ارتباطات و نیز ساخت سنسورهای نوری داشته باشد. گرچه این مدارهای فتونیک مشابه با مدارهای مجمتمع الکترونیکی هستند، اما بر روی ترکیبی از مواد شامل سیلیکا و سیلیکون ساخته می‌شوند، و از نور مرئی یا مادون قرمز به جای الکترون‌ها استفاده می‌کنند تا اطلاعات (داده‌ها به شکل صفر و یک) را منتقل کنند.
مهم‌ترین رکن این فناوری، نوع لیزری است که به کار می‌رود. با توجه به پالس‌های بسیار کوتاه- یک کادریلیونم ثانیه- این لیزر بسیار سریع می‌تواند با مواد برهم کنش داشته باشد. انرژی لیزر مادۀ هدف را ذوب نمی‌کند و بدون این که به ماده اطراف حرارتی وارد کند، آن را تبخیر می‌کند. در نتیجه می‌توان با دقت دو ماده را به یکدیگر متصل کرد بدون این که از ماده دیگری مانند اپوکسی استفاده شود. به طور کلی و از طریق روش‌های متداول، نمی‌توان به صورت مسقیم شیشه را به فلز متصل کرد و بایستی و در حالت معمول از اپوکسی استفاده می‌شود که خواص نامطلوبی دارد. از دیگر کاربردهای مهم این لیزر فمتوثانیه‌ای، امکان اچ کردن مسیرهای مایکروسکوپی یا ایجاد موجبر است که مسیر هدایت نور در مدارهای مجتمع فتونیک را کنترل می‌کنند. همچنین این موجبرها می‌توانند در چیپ‌ها و ادوات میکروسیال ایجاد شوند که برای آنالیزهای شیمیایی و خنک کردن ابزار، مورد نیاز هستند.
پ.ن: لازم به ذکر است که مواد اپتیک طیف گسترده‌ای از مواد و تجهیزات را تشکیل می‌دهند که یک شاخۀ بین‌رشته‌ای از مهندسی مواد محسوب می‌شود. از جمله کاربردهایی که از طریق استفاده و مهندسی مواد اپتیک میسر می‌شود، می توان به لیزرها، ادوات نشر نور، نمایشگرهای LED، OLED، LCD، زمینه فتونیک و کامپیوترهای نوری اشاره کرد که بخش جذاب و پولسازی از مهندسی مواد به شمار می‌روند. در پست‌های بعدی، بیشتر به مواد اپتیک و زمینه جذاب فتونیک خواهیم پرداخت.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)
