كشط بالليزر

(تم التحويل من Laser ablation)
لمعلومات عن the medical technique، انظر المعالجة الحرارية بالليزر.
تحضير الجسيمات النانوية بالليزر في المحلول
تحضير الجسيمات النانوية بالليزر في المحلول

الكشط بالليزر أو الاستئصال الضوئي هي عملية إزالة المواد من سطح صلب (أو سائل أحيانًا) عن طريق تشعيعها بشعاع ليزر. عند انخفاض تدفق الليزر ، يتم تسخين المادة بواسطة طاقة الليزر الممتصة وتتبخر أو تتصاعد. في حالة التدفق العالي لليزر ، يتم تحويل المادة عادةً إلى بلازما. عادةً ما يشير الكشط بالليزر إلى إزالة المواد باستخدام الليزر النبضي ، ولكن من الممكن كشط المادة بشعاع ليزر ذي موجة مستمرة إذا كانت كثافة الليزر عالية بدرجة كافية. تستخدم ليزر الإكسايمر للضوء فوق البنفسجي العميق بشكل أساسي في الكشط الضوئي ؛ يبلغ الطول الموجي لليزر المستخدم في الكشط الضوئي 200 نانومتر تقريبًا.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الأساسيات

يعتمد العمق الذي يتم من خلاله امتصاص طاقة الليزر ، وبالتالي كمية المادة التي يتم إزالتها بواسطة نبضة ليزر واحدة ، على الخصائص البصرية للمادة وطول موجة الليزر وطول النبضة. يُشار عادةً إلى الكتلة الكلية التي يتم كشطها من الهدف لكل نبضة ليزر باسم معدل الكشط. يمكن أن تؤثر ميزات إشعاع الليزر مثل سرعة مسح شعاع الليزر وتغطية خطوط المسح بشكل كبير على عملية الكشط.[1]

يمكن أن تختلف نبضات الليزر على مدى واسع جدًا من المدة (من ميلي ثانية إلى فيمتوثانية) وتدفقها ، ويمكن التحكم فيها بدقة. هذا يجعل الكشط بالليزر ذا قيمة كبيرة لكل من التطبيقات البحثية والصناعية.


التطبيقات

أبسط تطبيق لكشط الليزر هو إزالة المواد من الأسطح الصلبة بطريقة محكمة. ومن الأمثلة على ذلك استخدام الآلات بالليزر وخاصة الحفر بالليزر ؛ يمكن لليزر النبضي حفر ثقوب عميقة وصغيرة للغاية من خلال مواد شديدة الصلابة. تعمل نبضات الليزر القصيرة جدًا على إزالة المواد بسرعة كبيرة بحيث تمتص المادة المحيطة القليل جدًا من الحرارة ، لذلك يمكن إجراء الحفر بالليزر على المواد الحساسة أو الحساسة للحرارة ، بما في ذلك مينا الأسنان (طب الأسنان بالليزر). استخدم العديد من العمال الكشط بالليزر وتكثيف الغاز لإنتاج جزيئات نانوية من المعدن وأكاسيد المعادن وكربيدات المعادن.

أيضًا ، يمكن امتصاص طاقة الليزر بشكل انتقائي بواسطة الطلاءات ، خاصةً على المعدن ، لذلك يمكن استخدام الليزر النبضي CO2 أو عقيق الإيتريوم المصنوع من الألومنيوم لتنظيف الأسطح أو إزالة الطلاء أو الطلاء أو تحضير الأسطح للطلاء دون الإضرار بالسطح السفلي. ينظف الليزر عالي الطاقة بقعة كبيرة بنبضة واحدة. تستخدم أشعة الليزر ذات الطاقة المنخفضة العديد من النبضات الصغيرة التي يمكن مسحها ضوئيًا عبر منطقة ما. في التطبيقات الصناعية ، يُعرف الكشط بالليزر بالتنظيف بالليزر.

معدات التنظيف بالليزر الصناعية 200 واط.

تتمثل إحدى المزايا في عدم استخدام أي مذيبات ، وبالتالي فهي صديقة للبيئة ولا يتعرض المشغلون للمواد الكيميائية (بافتراض عدم تبخير أي شيء ضار).[بحاجة لمصدر] من السهل نسبيا أتمته. تكاليف التشغيل أقل من الوسائط الجافة أو كشط بالجليد الجاف ، على الرغم من أن تكاليف الاستثمار الرأسمالي أعلى بكثير. هذه العملية ألطف من تقنيات الكشط ، على سبيل المثال لا تتلف ألياف الكربون داخل المادة المركبة. تسخين الهدف ضئيل.

هناك فئة أخرى من التطبيقات تستخدم الكشط بالليزر لمعالجة المادة التي تمت إزالتها إلى أشكال جديدة سواء كان من المستحيل إنتاجها أو يصعب إنتاجها بوسائل أخرى. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية.

يُستخدم التنظيف بالليزر أيضًا لإزالة الصدأ بكفاءة من الأجسام الحديدية ؛ إزالة الزيت أو الشحوم من الأسطح المختلفة ؛ ترميم اللوحات والمنحوتات واللوحات الجدارية. يعد الكشط بالليزر أحد الأساليب المفضلة لتنظيف قالب المطاط نظرًا للحد الأدنى من تلف سطح القالب.

في مارس 1995 Guo et al.[2] كانوا أول من أبلغ عن استخدام الليزر لكشط كتلة من الجرافيت النقي ، ثم الجرافيت الممزوج بالمعدن الحفاز.[3] يمكن أن يتكون المعدن الحفاز من عناصر مثل الكوبالت ، النيوبيوم ، البلاتين ، النيكل ، النحاس ، أو توليفة ثنائية منها. يتم تشكيل الكتلة المركبة عن طريق صنع عجينة من مسحوق الجرافيت والأسمنت الكربوني والمعدن. يوضع المعجون بعد ذلك في قالب أسطواني ويُحمص لعدة ساعات. بعد التصلب ، يتم وضع كتلة الجرافيت داخل الفرن باستخدام ليزر موجه نحوها ، ويتم ضخ غاز الأرجون على طول اتجاه نقطة الليزر. درجة حرارة الفرن حوالي 1200 درجة مئوية. أثناء كشط الليزر للهدف ، تتشكل الأنابيب النانوية الكربونية ويتم نقلها بواسطة تدفق الغاز إلى مجمّع نحاسي بارد. مثل الأنابيب النانوية الكربونية التي تشكلت باستخدام تقنية تفريغ القوس الكهربائي ، تترسب ألياف الأنابيب النانوية الكربونية بطريقة عشوائية ومتشابكة. تتكون الأنابيب النانوية أحادية الجدار من كتلة من الجرافيت وجزيئات المحفز المعدني ، بينما تتكون الأنابيب النانوية متعددة الجدران من مادة البداية من الجرافيت النقي.

ويمكن أن ينتج طلاءات من مواد لا يمكن تبخيرها بسهولة بأي طريقة أخرى. تستخدم هذه العملية لتصنيع بعض أنواع الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية وبلورات الليزر.

يتمثل أحد أشكال هذا النوع من التطبيقات في استخدام الكشط بالليزر لإنشاء طلاءات عن طريق إزالة مادة الطلاء من المصدر وتركها تترسب على السطح المراد طلاؤه ؛ هذا نوع خاص من ترسيب البخار الفيزيائي يسمى ترسيب الليزر النبضي (PLD) ،[4] يتمثل أحد أشكال هذا النوع من التطبيقات في استخدام الكشط بالليزر لإنشاء طلاءات عن طريق إزالة مادة الطلاء من المصدر وتركها تترسب على السطح المراد طلاؤه ؛ هذا نوع خاص من ترسيب البخار الفيزيائي يسمى ترسيب الليزر النبضي (PLD) ، .[5]

يستخدم التحليل الطيفي بالليزر عن بعد الكشط بالليزر لإنشاء بلازما من المواد السطحية ؛ يمكن تحديد تكوين السطح عن طريق تحليل الأطوال الموجية للضوء المنبعث من البلازما.

يُستخدم الكشط بالليزر أيضًا لإنشاء نمط ، وإزالة الطلاء الانتقائي من الفلتر ثنائي اللون. تُستخدم هذه المنتجات في إضاءة المسرح للإسقاطات عالية الأبعاد ، أو لمعايرة أدوات رؤية الماكينة.

الدفع

أخيرًا ، يمكن استخدام الكشط بالليزر لنقل الزخم إلى السطح ، نظرًا لأن المادة المستأصلة تطبق نبضة من الضغط العالي على السطح تحتها أثناء تمددها. التأثير مشابه لضرب السطح بمطرقة. تُستخدم هذه العملية في الصناعة لتقوية الأسطح المعدنية ، وهي إحدى آليات إتلاف سلاح الليزر. وهو أيضًا أساس الدفع بالليزر النبضي للمركبة الفضائية.

التصنيع

يستخدم كشط الجلد بالليزر طاقة الليزر بحيث يمكن استخدام الليزر النبضيCO2 أو عقيق الإيتريوم المصنوع من الألومنيوم لتنظيف الأسطح وإزالة التصبغ أو تحسين مظهر النسيج الندبي ولكن لا يعالج ذلك ، وإعادة ظهور الطبقات الخارجية من الجلد دون الإضرار بالسطح السفلي.

يجري حاليًا تطوير العمليات لاستخدام الكشط بالليزر في إزالة طلاء الحاجز الحراري على مكونات توربينات الغاز عالية الضغط. نظرًا لانخفاض مدخلات الحرارة ، يمكن استكمال طلاءات الحاجز الحراري بأقل ضرر ممكن للطلاءات المعدنية الأساسية ومواد الأصل.

التحليل الكيميائي

يستخدم الاجتثاث بالليزر كطريقة لأخذ العينات لتحليل العناصر والنظائر ، ويحل محل الإجراءات التقليدية الشاقة المطلوبة عمومًا لهضم العينات الصلبة في المحاليل الحمضية. يتم الكشف عن أخذ عينات الكشط بالليزر من خلال مراقبة الفوتونات المنبعثة على سطح العينة - وهي تقنية يشار إليها باسم LIBS (مطياف الانهيار الناجم عن الليزر) و LAMIS (قياس الطيف الجزيئي للنظائر الجزيئية للاجتثاث بالليزر) ، أو عن طريق نقل جزيئات الكتلة المستأصلة إلى مصدر إثارة ثانوي ، مثل البلازما المقترنة بالحث. يمكن أن يقترن كل من التحليل الطيفي الكتلي (MS) والتحليل الطيفي للانبعاثات الضوئية (OES) مع برنامج المقارنات الدولية. تشمل فوائد أخذ عينات الكشط بالليزر للتحليل الكيميائي عدم تحضير العينة ، وعدم وجود نفايات ، والحد الأدنى من متطلبات العينة ، وعدم وجود متطلبات فراغ ، ووقت تسليم سريع لتحليل العينات ، ودقة مكانية (عميقة وجانبية) ، ورسم خرائط كيميائية. يعد التحليل الكيميائي للكشط بالليزر قابلاً للتطبيق عمليًا لجميع الصناعات ، مثل التعدين والكيمياء الجيولوجية والطاقة والبيئة والمعالجة الصناعية وسلامة الأغذية والطب الشرعي والبيولوجي.[6][7] الأدوات التجارية متاحة لجميع الأسواق لقياس كل عنصر ونظير داخل عينة. تجمع بعض الأدوات بين كل من الكشف البصري والكشف الشامل لتوسيع نطاق تغطية التحليل والمدى الديناميكي في الحساسية.

علم الأحياء

يُستخدم الاستئصال بالليزر في العلم لتدمير الأعصاب والأنسجة الأخرى لدراسة وظيفتها. على سبيل المثال ، يمكن لنوع من حلزون البركة ، هليزوما تريفولفس ، استئصال الخلايا العصبية الحسية بالليزر عندما يكون الحلزون لا يزال جنينًا لمنع استخدام تلك الأعصاب.[8]

مثال آخر هو يرقة التروكوفور لبلاتينيريس دوميريلي ، حيث تم استئصال عين اليرقة ولم تعد اليرقات ضوئية.[9] لكن المحور الضوئي في يرقة بلاتينيريس السابحة يرقة بلاتينيريس دوميريلي لا تتوسطها عيون اليرقات ، لأن اليرقة لا تزال ضوئية ، حتى لو كانت عيون اليرقات مبللة. ولكن إذا تم استئصال عيون البالغين ، فإن اليرقة الشائكة السابحة لم تعد ضوئية ، وبالتالي يتم التوسط في يرقة شائكة سابحة بواسطة عيون البالغين.[10]

يمكن أيضًا استخدام الاستئصال بالليزر لتدمير الخلايا الفردية أثناء التطور الجنيني لكائن حي ، مثل بلاتينيريس دوميريلي ، لدراسة تأثير الخلايا المفقودة أثناء التطور.

الطب

هناك العديد من أنواع الليزر المستخدمة في الطب للاستئصال ، بما في ذلك الأرجون وثاني أكسيد الكربون (CO2) والصبغ والإربيوم والإكسايمر و عقيق الإيتريوم المصنوع من الألومنيوم وغيرها. يُستخدم الاستئصال بالليزر في مجموعة متنوعة من التخصصات الطبية بما في ذلك طب العيون والجراحة العامة وجراحة الأعصاب والأنف والأذن والحنجرة وطب الأسنان وجراحة الفم والوجه والفكين والطب البيطري.[11] تُستخدم مشارط الليزر في الاستئصال في جراحات الأنسجة الرخوة والصلبة. بعض الإجراءات الأكثر شيوعًا التي يتم فيها استخدام الاستئصال بالليزر تشمل الليزك ،[12] وتقشير الجلد ، وإعداد التجاويف ، والخزعات ، وإزالة الأورام والآفات.[13] في جراحات الأنسجة الرخوة ، يتم استئصال شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون والكي في وقت واحد ، مما يجعله أكثر أنواع ليزر الأنسجة الرخوة عملية وأكثرها شيوعًا.[14]

يمكن استخدام الاستئصال بالليزر في الآفات الحميدة والخبيثة في الأعضاء المختلفة ، وهو ما يسمى العلاج الحراري الخلالي الناجم عن الليزر.s[15]تشمل التطبيقات الرئيسية حاليًا الحد من عقيدات الغدة الدرقية الحميدة وتدمير آفات الكبد الخبيثة الأولية والثانوية.[16][17]

يُستخدم الاستئصال بالليزر أيضًا في علاج القصور الوريدي المزمن.[18]

انظر أيضاً


المصادر

  1. ^ Veiko V.P.; Skvortsov A.M.; Huynh Cong Tu; Petrov A.A. (2015). "Laser ablation of monocrystalline silicon under pulsed-frequency fiber laser". Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 15 (3): 426.
  2. ^ Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek DT, Colbert DT, Smalley RE (1995). "Self-Assembly of Tubular Fullerenes". J. Phys. Chem. 99 (27): 10694–7. doi:10.1021/j100027a002.
  3. ^ Guo T, Nikolaev P, Thess A, Colbert DT, Smalley RE (1995). "Catalytic growth of single-walled nanotubes by laser vaporization". Chem. Phys. Lett. 243: 49–54. Bibcode:1995CPL...243...49B. doi:10.1016/0009-2614(95)00825-O.
  4. ^ Robert Eason - Pulsed Laser Deposition of Thin Films: Applications-Led Growth of Functional Materials. Wiley-Interscience, 2006, ISBN 0471447099
  5. ^ Grant-Jacob, James A.; Beecher, Stephen J.; Parsonage, Tina L.; Hua, Ping; Mackenzie, Jacob I.; Shepherd, David P.; Eason, Robert W. (2016-01-01). "An 11.5 W Yb:YAG planar waveguide laser fabricated via pulsed laser deposition" (PDF). Optical Materials Express (in الإنجليزية). 6 (1): 91. Bibcode:2016OMExp...6...91G. doi:10.1364/ome.6.000091. ISSN 2159-3930.
  6. ^ Urgast, Dagmar S.; Beattie, John H.; Feldmann, Jörg (2014). "Imaging of trace elements in tissues". Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care. 17 (5): 431–439. doi:10.1097/MCO.0000000000000087. ISSN 1363-1950. PMID 25023186.
  7. ^ Pozebon, Dirce; Scheffler, Guilherme L.; Dressler, Valderi L.; Nunes, Matheus A. G. (2014). "Review of the applications of laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) to the analysis of biological samples". J. Anal. At. Spectrom. 29 (12): 2204–2228. doi:10.1039/C4JA00250D. ISSN 0267-9477.
  8. ^ Kuang S, Doran SA, Wilson RJ, Goss GG, Goldberg JI (2002). "Serotonergic sensory-motor neurons mediate a behavioral response to hypoxia in pond snail embryos". J. Neurobiol. 52 (1): 73–83. doi:10.1002/neu.10071. PMID 12115895.
  9. ^ Jékely, Gáspár; Colombelli, Julien; Hausen, Harald; Guy, Keren; Stelzer, Ernst; Nédélec, François; Arendt, Detlev (20 November 2008). "Mechanism of phototaxis in marine zooplankton". Nature. 456 (7220): 395–399. Bibcode:2008Natur.456..395J. doi:10.1038/nature07590. PMID 19020621.
  10. ^ Randel, Nadine; Asadulina, Albina; Bezares-Calderón, Luis A; Verasztó, Csaba; Williams, Elizabeth A; Conzelmann, Markus; Shahidi, Réza; Jékely, Gáspár (27 May 2014). "Neuronal connectome of a sensory-motor circuit for visual navigation". eLife. 3. doi:10.7554/eLife.02730. PMC 4059887. PMID 24867217.{{cite journal}}: CS1 maint: unflagged free DOI (link)
  11. ^ Berger, Noel A.; Eeg, Peter H. (2008-01-09). Veterinary Laser Surgery: A Practical Guide (in الإنجليزية). John Wiley & Sons. ISBN 9780470344125.
  12. ^ Munnerlyn, C. R.; Koons, S. J.; Marshall, J. (1988-01-01). "Photorefractive keratectomy: a technique for laser refractive surgery". Journal of Cataract and Refractive Surgery. 14 (1): 46–52. doi:10.1016/s0886-3350(88)80063-4. ISSN 0886-3350. PMID 3339547.
  13. ^ "Laser Use in Dentistry". WebMD (in الإنجليزية الأمريكية). Retrieved 2017-02-17.
  14. ^ Vogel, Alfred; Venugopalan, Vasan (2003-02-01). "Mechanisms of pulsed laser ablation of biological tissues" (PDF). Chemical Reviews. 103 (2): 577–644. doi:10.1021/cr010379n. ISSN 0009-2665. PMID 12580643.
  15. ^ Valcavi R, Riganti F, Bertani A, Formisano D, Pacella CM (2010). "Percutaneous Laser Ablation of Cold Benign Thyroid Nodules: A 3-Year Follow-Up Study in 122 Patients". Thyroid. 20:11.
  16. ^ Pacella CM; Francica G; Di Lascio FM; Arienti V; Antico E; Caspani B; Magnolfi F; Megna AS; Pretolani S; Regine R; Sponza M; Stasi R . (June 2009). "Long-term outcome of cirrhotic patients with early hepatocellular carcinoma treated with ultrasound-guided percutaneous laser ablation: a retrospective analysis". J Clin Oncol. 16: 2615–21.
  17. ^ Pompili M; Pacella CM; Francica G; Angelico M; Tisone G; Craboledda P; Nicolardi E; Rapaccini GL; Gasbarrini G . (June 2010). "Percutaneous laser ablation of hepatocellular carcinoma in patients with liver cirrhosis awaiting liver transplantation". European Journal of Radiology. 74 (3): e6–e11. doi:10.1016/j.ejrad.2009.03.012. PMID 19345541.
  18. ^ "Endovenous Thermal Ablation, Laser Therapy for Venous Disease". Cleveland Clinic. Retrieved 2015-08-10.

المراجع

تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=كشط_بالليزر&oldid=2226740"