利用超快激光脉冲改变金属颜色

为汽车刷油漆可不是一件轻松的活儿，然而一项新的激光技术可能使这种为金属着色的工作产生革命性的变化。从珠宝、家用器皿到军事伪装，甚至望远镜的光学滤波器，这项技术具有广泛的应用空间。它同时会减少对环境不友好的油漆和其他涂料的使用量。
 
激光的一个不可思议的本领便是能够改变物质的光学特征。强烈的激光束能够在不涂抹油漆或颜料的前提下改变一种物质的颜色。但这里还伴随着另一问题——强大的激光在给物质着色的同时也因为热度而使后者受损。

超快的激光脉冲改变了不同金属的颜色。（图片提供:罗彻斯特大学）

因此，美国纽约州罗彻斯特大学的研究人员试图研制一种能够避免有害热效应的激光着色技术。光物理学家Chunlei Guo和A. Y. Vorobyev使用了持续时间仅为1飞秒或千万亿分之一秒的激光脉冲。这项技术主要是用激光熔化一块面积非常小的金属，这块金属在凝结后便能够反射不同波长的光线。两位科学家在最近的《应用物理快报》网络版上报告了这一研究成果。他们发现，通过微调激光的输出功率以及变更光束的强度、脉冲的数量和处理的时间，能够改变许多金属样品的颜色。例如，研究人员利用这种技术将一小片铝变为金色，之后又将其变为黑色。
 
这项技术直接改变了金属的颜色，从而意味着油漆不再是必不可少的涂料。Guo同时强调，经过激光处理的表面往往更耐磨损、抗撕扯，特别是在高温条件下，这些表面比油漆表面更加耐用。Guo表示，由于这项技术刚刚问世，处理的速度相对较慢且能量需求较高，因此至少需要几年的时间才能够投入商业应用。研究人员下一步将着手改善它的速度和功率。但他说，随着这项技术的日渐成熟，“我相信，人们能在日常生活的每个环节中都能用到它”。
 
或许是这样，但美国能源部埃姆斯实验室的物理学家、埃姆斯市艾奥瓦州立大学的Joseph Shinar认为，这可能还需要一段时间。他说，这项技术“非常有趣并且具有吸引力”，但如今已经有很多为金属和其他材料着色的手段。激光技术似乎只能影响到金属的最外层，因此刮擦或磨损有可能破坏或去掉这层颜色——这与之前的着色方法没什么两样。因此，Shinar认为：“我们可能还需要花时间搞清究竟是什么样的应用需要这项技术。”
 
（《应用物理快报》（APL），92, 041914 (2008); DOI:10.1063/1.2834902，A. Y. Vorobyev and Chunlei Guo）
 
相关阅读（英文）：

《应用物理快报》论文摘要