레이저 절제

Laser ablation
의학적 기법은 레이저 열요법을 참조하십시오.
용액 중 레이저에 의한 나노입자 제조
소행성 유사 시료의 레이저 절제

레이저 어블레이션 또는 광아빌레이션(레이저[1][2][3] 블라스팅이라고도 함)은 레이저 빔을 조사하여 고체(또는 때로는 액체) 표면에서 물질을 제거하는 과정입니다.저레이저 플럭스에서는 흡수된 레이저 에너지에 의해 가열되어 증발 또는 승화한다.높은 레이저 플럭스에서는 일반적으로 플라즈마로 변환됩니다.통상 레이저 어블레이션은 펄스 레이저로 물질을 제거하는 것을 말하는데 레이저 강도가 충분히 높으면 연속파 레이저 빔으로 물질을 어블레이션하는 것이 가능하다.비교적 긴 레이저 펄스(예를 들어 나노초 펄스)는 가공된 재료를 가열 및 열적으로 변화시키거나 손상시킬 수 있지만, 초단 레이저 펄스(예를 들어 펨토초)는 초단 광물질 상호작용으로 인해 가공 중에 최소한의 재료 손상만 일으키므로 마이크로 재료 [4]처리에도 적합합니다.깊은 자외선의 엑시머 레이저는 주로 광아빌레이션에 사용되며, 광아빌레이션에 사용되는 레이저의 파장은 약 200 nm입니다.

기초

레이저 에너지가 흡수되는 깊이, 따라서 단일 레이저 펄스로 제거되는 물질의 양은 재료의 광학 특성, 레이저 파장 및 펄스 길이에 따라 달라집니다.레이저 펄스당 타깃에서 감압된 총 질량을 보통 절제율이라고 합니다.레이저 빔 스캔 속도 및 스캔 라인의 피복과 같은 레이저 방사선의 특성은 절제 [5]과정에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

레이저 펄스는 매우 광범위한 지속 시간(밀리초에서 펨토초)과 플럭스에 걸쳐 변화할 수 있으며 정밀하게 제어할 수 있습니다.따라서 레이저 절제술은 연구용과 산업용 모두에 매우 중요합니다.

적용들

레이저 절제의 가장 간단한 적용은 제어된 방식으로 고체 표면에서 물질을 제거하는 것입니다.레이저 가공과 특히 레이저 드릴링이 그 예입니다.펄스 레이저에서는 매우 단단한 재료에 매우 작고 깊은 구멍을 뚫을 수 있습니다.매우 짧은 레이저 펄스는 재료를 빠르게 제거하므로 주변 재료의 열 흡수가 매우 적기 때문에 치아 에나멜(레이저 치과용)을 비롯한 섬세하거나 열에 민감한 재료에 레이저 드릴링을 수행할 수 있습니다.몇몇 근로자들은 레이저 어블레이션과 가스 응축법을 사용하여 금속, 금속 산화물 및 금속 탄화물의 나노 입자를 생산해 왔습니다.

또한 레이저 에너지는 특히 금속 코팅에 의해 선택적으로 흡수될 수 있으므로 CO2 또는 Nd:YAG 펄스 레이저는 밑면을 손상시키지 않고 표면을 청소하거나 페인트 또는 코팅 제거 또는 도장 준비에 사용할 수 있습니다.고출력 레이저는 단일 펄스로 큰 지점을 청소합니다.저전력 레이저에서는 여러 개의 작은 펄스를 사용하여 영역을 스캔할 수 있습니다.일부 업계에서는 레이저 절제를 레이저 클리닝이라고 부르기도 합니다.

산업용 500W 클리닝 레이저 Narran ROD 500.

장점 중 하나는 용제를 사용하지 않기 때문에 환경 친화적이며 작업자가 화학 물질에 노출되지 않는다는 것입니다(증발되는 [citation needed]물질이 없다고 가정).자동화는 비교적 간단합니다.자본 투자 비용은 훨씬 높지만 드라이 미디어나 드라이 아이스 블라스팅보다 운영 비용이 낮습니다.이 공정은 연마 기술보다 부드럽습니다. 예를 들어 복합 재료 내의 탄소 섬유는 손상되지 않습니다.타겟의 발열은 최소한입니다.

다른 종류의 애플리케이션은 레이저 절제를 사용하여 제거된 재료를 새로운 형태로 가공할 수 없거나 다른 방법으로 제조하기가 어렵습니다.최근의 예는 탄소 나노튜브의 생산이다.

레이저 청소는 또한 철물체의 효율적인 녹 제거, 다양한 표면의 기름이나 기름 제거, 그림, 조각, 프레스코 벽화 복원에도 사용됩니다.레이저 어블레이션은 금형의 표면 손상이 최소화되어 고무 금형 세척에 선호되는 기법 중 하나입니다.

1995년 3월,[6] Guo 등은 레이저를 사용하여 순수한 흑연, 그리고 나중에는 흑연과 촉매 [7]금속을 혼합한 것을 최초로 보고했다.촉매 금속은 코발트, 니오브, 백금, 니켈, 구리 또는 이들의 2진수 조합과 같은 원소로 구성될 수 있습니다.복합블록은 흑연분말, 카본시멘트, 금속을 반죽하여 형성한다.그리고 나서 반죽은 원통형 틀에 넣어 몇 시간 동안 구워진다.응고 후 레이저를 겨누고 흑연 블록을 오븐 안에 넣고 레이저 점의 방향을 따라 아르곤 가스를 펌프한다.오븐 온도는 약 1200°C입니다.레이저가 타깃을 씻어내면 카본나노튜브가 형성되어 기체의 흐름에 의해 차가운 구리 수집기로 운반된다.전기 아크 방전 기술을 이용해 형성된 카본 나노튜브와 마찬가지로 카본 나노튜브 섬유가 엉켜 엉켜 엉켜서 퇴적된다.단벽 나노튜브는 흑연 및 금속 촉매 입자 블록에서 형성되며, 다벽 나노튜브는 순수 흑연 시작 물질에서 형성됩니다.

이런 종류의 어플리케이션의 변형된 원천에서 표면 피복해야 하는 은행 예금이 코팅 흡열 물질에 의해 코팅을 만들기 위해 레이저 제거술, 물리 증착 법의 쉽게 증발될 수 없는 특수형 펄스 레이저 증착(PLD)[8]과 물질로 코팅을 만들 수 있는 하나다.나다른 방법이다.이 과정은 고온 초전도체 및 [9]레이저 결정을 제조하는 데 사용됩니다.

원격 레이저 분광법은 레이저 절제를 사용하여 표면 물질로부터 플라즈마를 생성합니다. 표면의 구성은 플라즈마가 방출하는 빛의 파장을 분석하여 결정할 수 있습니다.

또한 레이저 절제는 패턴을 만들기 위해 사용되며, 이색 필터에서 선택적으로 코팅이 제거됩니다.이 제품은 고차원 투영을 위한 무대 조명 또는 기계 비전의 기기 교정에 사용됩니다.

추진력

마지막으로 레이저 어블레이션은 표면으로의 운동량 전달에 사용할 수 있는데, 이는 압출된 물질이 팽창하면서 그 아래 표면에 고압의 펄스를 가하기 때문이다.그 효과는 망치로 표면을 치는 것과 비슷하다.이 공정은 금속 표면을 가공하기 위해 산업계에서 사용되며 레이저 무기의 손상 메커니즘 중 하나입니다.그것은 또한 우주선용 펄스 레이저 추진의 기초가 된다.

제조업

고압 가스터빈 부품의 열 장벽 코팅 제거에 레이저 어블레이션을 사용하는 프로세스가 현재 개발되고 있습니다.낮은 열 입력으로 인해 TBC 제거는 기초 금속 코팅 및 모재의 손상을 최소화하면서 완료할 수 있습니다.

2D 재료 제작

액상에서의 레이저 어블레이션은 벌크 물질의 각질을 흑인과 같은 2차원(2D) 형태로 제거하는 효율적인 방법입니다.용매와 레이저 에너지를 변화시킴으로써 2D 재료의 두께와 가로 사이즈를 [10]제어할 수 있다.

화학 분석

레이저 어블레이션은 원소 및 동위원소 분석을 위한 샘플링 방법으로 사용되며, 산성 용액 중 고체 시료를 소화하는 데 일반적으로 필요한 기존의 번거로운 절차를 대체한다.레이저 절제 샘플링은 LIBS(Laser Induated Breakdown Spectroopy) 및 LAMIS(Laser Ablation Molecular Isocopic Spectrometry)라고 하는 기술인 샘플 표면에서 방출되는 광자를 모니터링하거나 유도 결합 플라즈마와 같은 2차 들뜸 소스로 압출 질량 입자를 이송하여 검출합니다.질량분광법(MS)과 광학발광분광법(OES)은 모두 ICP와 결합할 수 있다.화학 분석을 위한 레이저 절제 샘플링의 이점으로는 샘플 준비, 폐기물 없음, 최소 샘플 요구 사항, 진공 요구 사항 없음, 신속한 샘플 분석 턴어라운드 시간, 공간(깊이 및 측면) 분해능, 화학 매핑 등이 있습니다.레이저 절제 화학 분석은 광업, 지구 화학, 에너지, 환경, 산업 가공, 식품 안전, 법의학[11] 및 생물학 [12][13]등 실질적으로 모든 산업에 적용할 수 있습니다.시료 내의 모든 원소와 동위원소를 측정하기 위해 모든 시장에서 상용 계측기를 사용할 수 있다.일부 기기는 광학 및 질량 검출을 결합하여 분석 범위를 확장하고 감도의 동적 범위를 확장합니다.

생물학

레이저 절제술은 신경과 그 기능을 연구하기 위해 다른 조직을 파괴하는 데 과학에서 사용된다.예를 들어, Helisoma trivolvis라는 연못 달팽이 종은 달팽이가 아직 배아일 때 그 [14]신경들의 사용을 막기 위해 감각 뉴런을 레이저로 감압시킬 수 있습니다.

또 다른 예로 Platynereis dumerili의 트로코포어 애벌레가 있는데, 애벌레의 눈은 수축되어 있고 애벌레는 더 [15]이상 광택성이 없다.그러나 애벌레는 애벌레의 눈이 감퇴되어도 여전히 사진성이기 때문에 애벌레 눈에 의한 매개는 되지 않는다.하지만 성충의 눈이 수축되면, 이 넥토카에테는 더 이상 포토택틱이 아니기 때문에, 이 넥토카에테 유충의 광축은 성충의 [16]눈에 의해 매개된다.

레이저 절제술은 또한 Platynereis dumerili와 같은 유기체의 태생 중에 개별 세포를 파괴하는 데 사용될 수 있으며, 발달 중에 누락된 세포의 효과를 연구하기 위해 사용될 수 있습니다.

약

절제에는 아르곤, 이산화탄소(CO2), 염료, 얼비움, 엑시머, Nd:YAG 등등.레이저 절제술은 안과, 일반외과, 신경외과, 이비인후과, 치과, 구강 및 상악안면외과, 수의학과 [17]등 다양한 의학분야에서 사용된다.레이저 메스는 경조직 수술과 연조직 수술 모두에서 절제술에 사용됩니다.레이저 절제가 사용되는 가장 일반적인 절차로는 라식,[18] 피부 재포장, 충치 준비, 생체 검사, 종양 및 병변 [19]제거 등이 있습니다.연조직 수술에서는 CO 레이저 빔이2 동시에 세척과 소작되기 때문에 가장 실용적이고 일반적인 연조직 [20]레이저입니다.

레이저 절제술은 다양한 장기의 양성 및 악성 병변에 사용될 수 있는데, 이것은 레이저 유도 간질성 온열 요법이라고 불린다.현재 주요 적용 분야는 양성 갑상선[21] 결절의 감소와 1차 및 2차 악성 간 [22][23]병변의 파괴를 포함한다.

레이저 절제술은 또한 만성 정맥 기능 [24]부전을 치료하기 위해 사용된다.

'절제 뇌수술'도 참조하십시오.

「 」를 참조해 주세요.


레퍼런스

  1. ^ "Understanding Laser Blasting". BlastOne International. 2019.
  2. ^ "Laser Blasting Replaces Abrasive Blasting". Laser Photonics. 18 September 2018.
  3. ^ Joaquín Penide; Jesús del Val; Antonio Riveiro; Ramón Soto; Rafael Comesaña; Félix Quintero; Mohamed Boutinguiza; Fernando Lusquiños; Juan Pou (3 December 2018). "Laser Surface Blasting of Granite Stones Using a Laser Scanning System". Coatings (Surface Treatment by Laser-Assisted Techniques ed.). MDPI (published 19 February 2019). 9 (2): 131. doi:10.3390/coatings9020131.
  4. ^ Chichkov, B N; Momma, C; Nolte, S; Von Alvensleben, F; Tünnermann, A (August 1996). "Femtosecond, picosecond and nanosecond laser ablation of solids". Applied Physics A. 63 (2): 109–115. Bibcode:1996ApPhA..63..109C. doi:10.1007/BF01567637. S2CID 95436515.
  5. ^ 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. doi:10.17586/2226-1494-2015-15-3-426-434.
  6. ^ 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.
  7. ^ Guo T, Nikolaev P, Thess A, Colbert DT, Smalley RE (1995). "Catalytic growth of single-walled nanotubes by laser vaporization". Chem. Phys. Lett. 243 (1–2): 49–54. Bibcode:1995CPL...243...49B. doi:10.1016/0009-2614(95)00825-O.
  8. ^ Robert Eason - 박막 펄스 레이저 증착: 기능성 소재의 응용 프로그램 주도 성장.Wiley-Intercience, 2006, ISBN 0471447099
  9. ^ 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. 6 (1): 91. Bibcode:2016OMExp...6...91G. doi:10.1364/ome.6.000091. ISSN 2159-3930.
  10. ^ Zheng, Weiran; Lee, Jeongyeon; Gao, Zhi‐Wen; Li, Yong; Lin, Shenghuang; Lau, Shu Ping; Lee, Lawrence Yoon Suk (30 June 2020). "Laser‐Assisted Ultrafast Exfoliation of Black Phosphorus in Liquid with Tunable Thickness for Li‐Ion Batteries". Advanced Energy Materials: 1903490. doi:10.1002/aenm.201903490. S2CID 225707528.
  11. ^ Orellana, Francisco Alamilla; Gálvez, César González; Orellana, Francisco Alamilla; Gálvez, César González; Roldán, Mercedes Torre; García-Ruiz, Carmen; Roldán, Mercedes Torre; García-Ruiz, Carmen (2013). "Applications of laser-ablation-inductively-coupled plasma-mass spectrometry in chemical analysis of forensic evidence". TrAC Trends in Analytical Chemistry. 42: 1–34. doi:10.1016/j.trac.2012.09.015. ISSN 0165-9936.
  12. ^ 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. S2CID 28702007.
  13. ^ 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.
  14. ^ 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.
  15. ^ 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.
  16. ^ 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.
  17. ^ Berger, Noel A.; Eeg, Peter H. (2008-01-09). Veterinary Laser Surgery: A Practical Guide. John Wiley & Sons. ISBN 9780470344125.
  18. ^ 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. S2CID 22191491.
  19. ^ "Laser Use in Dentistry". WebMD. Retrieved 2017-02-17.
  20. ^ 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.
  21. ^ Valcavi, Roberto; Riganti, Fabrizio; Bertani, Angelo; Formisano, Debora; Pacella, Claudio M. (2010). "Percutaneous Laser Ablation of Cold Benign Thyroid Nodules: A 3-Year Follow-Up Study in 122 Patients". Thyroid. 20 (11): 1253–1261. doi:10.1089/thy.2010.0189. ISSN 1050-7256. PMID 20929405.
  22. ^ Pacella, Claudio Maurizio; Francica, Giampiero; Di Lascio, Francesca Marta Lilja; et al. (2009). "Long-Term Outcome of Cirrhotic Patients With Early Hepatocellular Carcinoma Treated With Ultrasound-Guided Percutaneous Laser Ablation: A Retrospective Analysis". Journal of Clinical Oncology. 27 (16): 2615–2621. doi:10.1200/JCO.2008.19.0082. ISSN 0732-183X. PMID 19332729. S2CID 23374952.
  23. ^ 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.
  24. ^ "Venous Disease Endovenous Thermal Ablation". Cleveland Clinic. Retrieved 2015-08-10.

참고 문헌