Il team dell'Università di Westlake sviluppa nuovi SiC Metalens con promettenti capacità di gestione termica per sistemi laser ad alta potenza

Il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Min Qiu della Westlake University ha sviluppato con successo un nuovo metalene omogeneo 4H-SiC (carburo di silicio),offrendo una soluzione unica per affrontare la deriva termica nella lavorazione laser ad alta potenza.

Sfruttando l'elevata conduttività termica e le caratteristiche di bassa perdita del 4H-SiC, i nuovi metaleni sopprimono efficacemente la deriva termica senza la necessità di complessi sistemi di raffreddamento esterno.

Questa scoperta non solo fornisce un supporto cruciale per i sistemi laser ad alta potenza, ma apre anche nuove possibilità nella strumentazione di precisione, nell'esplorazione polare, nell'aerospaziale e in altri campi.In applicazioni che richiedono una precisione di lavorazione e una qualità superficiale estremamente elevate, i metaleni 4H-SiC possono svolgere un ruolo vitale nel fornire una soluzione più efficiente e compatta per i sistemi laser ad alta potenza.

Il documento correlato, intitolatoMetallizzatori 4H-SiC: attenuazione dell'effetto di deriva termica nell'irradiazione laser ad alta potenzaè stato recentemente pubblicato inMateriali avanzati[1].

Una nuova strategia per affrontare la deriva termica nell'elaborazione laser ad alta potenza

I ricercatori hanno osservato un problema ricorrente nel taglio laser di precisione ad alta potenza: il funzionamento a lungo termine ha portato all'accumulo di calore nelle lenti,deformazione degli elementi ottici interni e degradazione della consistenza e della morfologia delle lavorazioni.

Questo deriva dall'assorbimento parziale dell'energia laser da parte dei componenti ottici, che viene convertita in calore.si verifica un surriscaldamento locale a causa di una dispersione del calore inefficace.

Per risolvere questo problema, il team ha fabbricato un metaleno 4H-SiC trasparente con miliardi di nanopillari (200-400 nm di diametro e ~ 1 μm di profondità) progettati sulla sua superficie.

Grazie all'elevato indice di rifrazione del SiC, sintonizzando le dimensioni dei nanopilari possiamo manipolare la fase ottica e ottenere prestazioni di messa a fuoco paragonabili a quelle delle lenti commerciali.In combinazione con il suoelevata conduttività termica"Il calore viene dissipato in modo efficiente in un dispositivo molto più sottile", ha detto Boqu Chen.

Dimostrazione sperimentale di eccezionale stabilità termica

In condizioni industriali simulate, il team ha confrontato i loro metaleni 4H-SiC con un obiettivo commerciale leader di Mitutoyo in Giappone.Irradiazione laser pulsata a 1030 nm per 1 ora, i metaleni 4H-SiC hanno mostrato solo un aumento di temperatura di 3,2 °C, con uno spostamento focale di un decimo di quello osservato negli obiettivi tradizionali.

Il raffreddamento convenzionale si basa generalmente su anelli esterni di raffreddamento ad acqua per rimuovere il calore, il che aumenta la complessità del sistema, il costo, il consumo di energia e le emissioni di carbonio.

Al contrario, la soluzione a base di metalene non richiede componenti di raffreddamento aggiuntivi funzionamento a lungo termine, semplificando l'uso e la manutenzione.

Passare alla produzione di massa

Sono stati ora fabbricati diversi tipi di metalenti SiC per diverse applicazioni, con sforzi in corso per ridurre i costi e aumentare il throughput.La tecnica è già stata applicata in collaborazione con diverse aziende e istituzioni.

Si prevede che le lente metalliche 4H-SiC accelereranno l'applicazione di sistemi laser ad alta potenza in ambienti sempre più esigenti.

Sfruttando la nostra esperienza nei materiali SiC, siamo in grado di fornire una gamma completa di prodotti a base di SiC, tra cui:

4H-SiC e 6H-SiCSottostati(classe di ricerca e dispositivo, 2 ′′ 6 pollici)

Ofrelle epitaxiali di SiC(tipo n/tipo p, HPSI, spessori personalizzati e doping)

Di grado otticoFinestre e lenti a SiC

Sottostati di SiC con modelloper dispositivi optoelettronici e MEMS

Macchine per la lavorazione su misuraComponenti in SiC(spacciatori di calore, specchi laser, parti di precisione)

- Sì.

Si prega di farci sapere se desidera schede di dati, preventivi o soluzioni personalizzate per la propria applicazione.

Referenze

1. Chen, B., et al.4H-SiC metaleni: attenuazione dell'effetto di deriva termica nell'irradiazione laser ad alta potenza.Materiali avanzati, 2024, 2412414.https://doi.org/10.1002/adma.202412414