新技術用雷射焊接陶瓷  

該工藝可能促成更堅固、更具生物相容性的電子裝置的創造

托馬斯·福克斯

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陶瓷堅硬耐用;它們比玻璃更耐刮擦,比大多數金屬更能承受高溫。它們可以保護電子裝置免受太空或人體中惡劣環境的影響——但其自身的韌性使其難以操作。要用氣密密封連線兩塊陶瓷板,需要將它們加熱到約 2,000 攝氏度,這通常會損壞嵌入式電子元件。然而,現在研究人員開發了一種焊接技術,可以使用雷射對陶瓷進行點加熱,這在 8 月份的《科學》雜誌中有所描述。

雷射已經可以熔合玻璃:每秒脈衝約一萬億次的特殊調諧光束可以熔化目標點。但與玻璃不同,陶瓷會散射這種光而不是吸收它。“當您想到陶瓷時,您會想到咖啡杯或碗,”加州大學聖地亞哥分校機械與航空航天工程師、首席研究員哈維爾·E·加雷說。加雷解釋說,這些物品是不透明的,因為它們包含微小的散射光線的孔隙。陶瓷科學家羅伯特·科布林在 60 年前率先提出的想法,調整製造工藝以減少孔隙的大小和數量,可以使材料變得半透明或透明。

研究人員使用透明版本的常用陶瓷和類似於玻璃雷射技術,成功焊接了圓柱形容器。由此產生的接縫足夠緊密,可以保持真空狀態,空氣洩漏很少,使其有資格用於太空等惡劣環境。由於這些陶瓷不與活體組織發生反應,它們還可以包裹植入人體的電子裝置。


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利哈伊大學的材料科學家希曼舒·賈恩說:“這是一項重大的工程成就”,他沒有參與這項新研究。他指出,儘管之前的研究已經使用雷射熔化陶瓷,但這是雷射首次將陶瓷碎片焊接在一起。“最難的部分是獲得原理驗證,”他說。“現在,要深入瞭解其背後的科學原理,它為什麼有效以及如何有效——所有這些事情還有待完成。”

索菲·布什維克《大眾科學》的科技編輯。她負責網站的日常技術新聞報道,撰寫從人工智慧到跳躍機器人等各種文章,用於數字和印刷出版物,錄製 YouTube 和 TikTok 影片,並主持播客《科技,速遞》。布什維克還經常在廣播節目(如《科學星期五》)和電視網路(包括 CBS、MSNBC 和國家地理)中露面。她擁有十多年在紐約市擔任科學記者的經驗,並且曾在《大眾科學》《發現》和 Gizmodo 等媒體工作過。在 X(前身為 Twitter)上關注布什維克 @sophiebushwick

更多作者:索菲·布什維克
大眾科學雜誌 第 321 卷 第 6 期本文最初以“熔合陶瓷”為標題發表在《大眾科學》雜誌 第 321 卷 第 6 期(),第 20 頁
doi:10.1038/scientificamerican1219-20b
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