利用超快激光脈沖改變金屬顏色

為汽車刷油漆可不是一件輕松的活兒，然而一項新的激光技術可能使這種為金屬著色的工作產生革命性的變化。從珠寶、家用器皿到軍事偽裝，甚至望遠鏡的光學濾波器，這項技術具有廣泛的應用空間。它同時會減少對環境不友好的油漆和其他涂料的使用量。
 
激光的一個不可思議的本領便是能夠改變物質的光學特征。強烈的激光束能夠在不涂抹油漆或顏料的前提下改變一種物質的顏色。但這里還伴隨著另一問題——強大的激光在給物質著色的同時也因為熱度而使后者受損。

超快的激光脈沖改變了不同金屬的顏色。（圖片提供:羅徹斯特大學）

因此，美國紐約州羅徹斯特大學的研究人員試圖研制一種能夠避免有害熱效應的激光著色技術。光物理學家Chunlei Guo和A. Y. Vorobyev使用了持續時間僅為1飛秒或千萬億分之一秒的激光脈沖。這項技術主要是用激光熔化一塊面積非常小的金屬，這塊金屬在凝結后便能夠反射不同波長的光線。兩位科學家在最近的《應用物理快報》網絡版上報告了這一研究成果。他們發現，通過微調激光的輸出功率以及變更光束的強度、脈沖的數量和處理的時間，能夠改變許多金屬樣品的顏色。例如，研究人員利用這種技術將一小片鋁變為金色，之后又將其變為黑色。
 
這項技術直接改變了金屬的顏色，從而意味著油漆不再是必不可少的涂料。Guo同時強調，經過激光處理的表面往往更耐磨損、抗撕扯，特別是在高溫條件下，這些表面比油漆表面更加耐用。Guo表示，由于這項技術剛剛問世，處理的速度相對較慢且能量需求較高，因此至少需要幾年的時間才能夠投入商業應用。研究人員下一步將著手改善它的速度和功率。但他說，隨著這項技術的日漸成熟，“我相信，人們能在日常生活的每個環節中都能用到它”。
 
或許是這樣，但美國能源部埃姆斯實驗室的物理學家、埃姆斯市艾奧瓦州立大學的Joseph Shinar認為，這可能還需要一段時間。他說，這項技術“非常有趣并且具有吸引力”，但如今已經有很多為金屬和其他材料著色的手段。激光技術似乎只能影響到金屬的最外層，因此刮擦或磨損有可能破壞或去掉這層顏色——這與之前的著色方法沒什么兩樣。因此，Shinar認為：“我們可能還需要花時間搞清究竟是什么樣的應用需要這項技術。”
 
（《應用物理快報》（APL），92, 041914 (2008); DOI:10.1063/1.2834902，A. Y. Vorobyev and Chunlei Guo）
 
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