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    Un enfoque láser en metales súper repelentes al agua

    Juan Marciante, Derecha, examina una configuración para medir con precisión fibras ópticas y está unido por, desde la izquierda, estudiante de posgrado Swati Bhargava, Christopher Marsh '15, y el estudiante de posgrado Haomin Yao en su laboratorio en Goergen Hall. Crédito:Foto de la Universidad de Rochester / J. Adam Fenster

    En un laboratorio de la Universidad de Rochester, los investigadores están utilizando láseres para cambiar la superficie de los metales de formas increíbles, como hacerlos súper repelentes al agua sin el uso de recubrimientos especiales, pinturas o disolventes.

    Las aplicaciones comerciales de la tecnología van desde el deshielo de aviones comerciales y camiones grandes, para la prevención del óxido y la corrosión de las superficies metálicas expuestas, para limpiar, Superficies antimicrobianas para instalaciones quirúrgicas y médicas.

    Pero para que la tecnología sea comercialmente viable, los láseres deben volverse mucho más poderosos.

    Una empresa de tecnología respaldada por capital de riesgo, FemtoRoc Corp., está llevando a cabo un proyecto de investigación conjunto con John Marciante, un profesor asociado de óptica, y el Instituto de Óptica de la Universidad para desarrollar esos láseres más potentes. El proyecto, se espera que tome seis años, tiene un presupuesto de investigación estimado en $ 10 millones.

    "Lo que ellos [FemtoRoc] necesitan es un ultrarrápido sistema láser de clase de femtosegundos con potencia media medida en kilovatios, en lugar de los 10 de vatios ahora disponibles comercialmente, "dice Marciante." Entonces, necesitamos escalar en un factor de 10 ".

    "Es una empresa muy ambiciosa".

    El propietario La tecnología superhidrofóbica utiliza láseres para crear un patrón intrincado de estructuras a micro y nanoescala, dando a las superficies metálicas tratadas un nuevo conjunto de propiedades físicas.

    En 2015, Chunlei Guo, un profesor de óptica, y Anatoliy Vorobyev, un científico senior en el Instituto de Óptica, describió al extremadamente poderoso, pero utilizaban pulsos de láser ultracortos para cambiar permanentemente la superficie de los metales.

    Guo y Vorobyev han utilizado con éxito esta técnica para crear no solo superficies metálicas que son extremadamente repelentes al agua, pero también los que atraen el agua. El laboratorio de Guo también ha creado un proceso para tratar superficies metálicas para absorber prácticamente todas las longitudes de onda de la luz ambiental y que tiene una amplia gama de aplicaciones comerciales. incluyendo delgado, células solares ultraeficientes.

    Crédito:Universidad de Rochester

    Sin embargo, el laboratorio de Guo tarda aproximadamente una hora en modelar una muestra de metal de 1 pulgada por 1 pulgada utilizando los disponibles comercialmente, láseres de baja potencia. Mas poderoso, Se necesitan pulsos láser de femtosegundos ultrarrápidos para acelerar el proceso y hacer que la tecnología sea comercialmente viable.

    Para desarrollar los láseres, El laboratorio de Marciante, que se especializa en el desarrollo avanzado, Alto Voltaje, láseres de fibra, deberá abordar dos desafíos principales.

    Una es que los rayos láser suelen estar confinados en fibras ópticas de diseño convencional, que tienden a tener un diámetro de núcleo muy pequeño. Al aumentar la potencia del láser, demasiada luz se concentra en el núcleo de la fibra, y proliferan las propiedades no lineales, haciendo que el rayo láser se amplíe o se module.

    "Cuando intentas comprimir el haz a un pulso corto, hay mucha energía que no cabe en ese pulso, "Explica Marciante." El poder utilizable se extiende, o no se enfoca donde quieres ".

    El segundo desafío es el sobrecalentamiento. "Estás bombeando el rayo láser a un nivel de energía, en un extremo, y luego extrayéndolo a un nivel de energía más bajo, en el otro extremo, y ningún proceso es 100 por ciento térmicamente eficiente. Para que esa energía extra acabe en la fibra. La fibra puede calentarse mucho, incluso hasta el punto de derretirse, "Dice Marciante.

    Además de la investigación realizada por su propio equipo, Marciante aprovechará una red de investigadores veteranos en los Estados Unidos y en el extranjero y traerá proveedores externos con capacidades de fabricación y diseño de fibra comprobadas.

    La investigación de Marciante ya ha arrojado los siguientes resultados:

    • una fibra óptica de núcleo más grande patentada con cualidades superiores de rayo láser que es compatible con láseres de fibra de femtosegundos ultrarrápidos de alta potencia
    • una forma de reducir en gran medida los efectos de las no linealidades en el núcleo de la fibra patentada. "En principio, si cortas la longitud de la fibra a la mitad, puedes gastar el doble de energía, "Dice Marciante." La compensación es, también estás descargando el calor en la mitad de espacio ".

    "Es un desafío muy emocionante, "Dice Marciante.

    "Nadie en el mundo ha podido realizar este tipo específico de tratamiento con láser de femtosegundos de superficies metálicas, ", agrega." El lanzamiento de productos comerciales utilizando esta tecnología será un verdadero cambio de juego. Esta es una oportunidad única en la vida para crear nueva ciencia ".

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