लेझरने हिऱ्याचे कोरीवकाम: प्रकाशाच्या साहाय्याने सर्वात कठीण पदार्थावर विजय

हिराहिरा हा निसर्गातील सर्वात कठीण पदार्थ आहे, पण तो केवळ दागिन्यांपुरता मर्यादित नाही. या पदार्थाची औष्णिक वाहकता तांब्यापेक्षा पाचपट जास्त आहे, तो अत्यंत उष्णता आणि किरणोत्सर्ग सहन करू शकतो, प्रकाश पारगम्य करू शकतो, उष्णतारोधक आहे आणि त्याचे अर्धवाहकामध्ये रूपांतरही करता येते. तथापि, याच "अतिमानवी शक्तींमुळे" हिरा हा प्रक्रियेसाठी "सर्वात कठीण" पदार्थ ठरतो – पारंपरिक अवजारे एकतर त्याला कापू शकत नाहीत किंवा त्यात तडे पाडतात. लेझर तंत्रज्ञानाच्या आगमनानंतरच मानवाला या "पदार्थांच्या राजावर" विजय मिळवण्याची गुरुकिल्ली सापडली.

लेझरने हिरा का कापता येतो?

कागदाला आग लावण्यासाठी सूर्यप्रकाश केंद्रित करण्याकरिता भिंग वापरण्याची कल्पना करा. हिऱ्यावर लेझर प्रक्रिया करण्याचे तत्त्व यासारखेच आहे, परंतु ते अधिक अचूक आहे. जेव्हा उच्च-ऊर्जा लेझर किरण हिऱ्यावर पडतो, तेव्हा एक सूक्ष्म "कार्बन अणूचे रूपांतर" होते:

१. हिऱ्याचे ग्रॅफाइटमध्ये रूपांतर: लेझर ऊर्जा हिऱ्याच्या पृष्ठभागावरील संरचनेचे (sp³) रूपांतर मऊ ग्रॅफाइटमध्ये (sp²) करते, अगदी त्याचप्रमाणे जसे एखादा हिरा क्षणार्धात पेन्सिलच्या शिशामध्ये रूपांतरित होतो.

२. ग्रॅफाइटचे “बाष्पीभवन” होते: ग्रॅफाइटचा थर उच्च तापमानावर ऊर्ध्वपातित होतो किंवा ऑक्सिजनद्वारे कोरला जातो, ज्यामुळे प्रक्रियेच्या अचूक खुणा उमटतात. ३. मुख्य यश: दोष. सैद्धांतिकदृष्ट्या, परिपूर्ण हिऱ्यावर केवळ अतिनील लेसरद्वारे (तरंगलांबी <२२९ एनएम) प्रक्रिया केली जाऊ शकते, परंतु प्रत्यक्षात, कृत्रिम हिऱ्यांमध्ये नेहमीच सूक्ष्म दोष (जसे की अशुद्धी आणि कणसीमा) असतात. हे दोष “छिद्रां”सारखे असतात, जे सामान्य हिरवा प्रकाश (५३२ एनएम) किंवा अवरक्त लेसर (१०६४ एनएम) शोषून घेण्यास परवानगी देतात. शास्त्रज्ञ दोषांच्या वितरणाचे नियमन करून लेसरला हिऱ्यावर एक विशिष्ट नमुना कोरण्यासाठी “आदेश” देखील देऊ शकतात.

लेझरचा प्रकार: “भट्टी” पासून “बर्फाचा चाकू” पर्यंतची उत्क्रांती

लेझर प्रक्रियेमध्ये संगणकीय संख्यात्मक नियंत्रण प्रणाली, प्रगत ऑप्टिकल प्रणाली आणि उच्च-सुस्पष्टता व स्वयंचलित वर्कपीस स्थितीनिर्धारण यांचा संयोग साधून एक संशोधन आणि उत्पादन प्रक्रिया केंद्र तयार केले जाते. हिऱ्याच्या प्रक्रियेसाठी वापरल्यास, याद्वारे कार्यक्षम आणि उच्च-सुस्पष्ट प्रक्रिया साध्य करता येते.

१. मायक्रोसेकंद लेझर प्रक्रिया: मायक्रोसेकंद लेझर पल्सची रुंदी जास्त असते आणि ती सामान्यतः खडबडीत प्रक्रियेसाठी योग्य असते. मोड लॉकिंग तंत्रज्ञानाच्या उदयापूर्वी, लेझर पल्स बहुतेक मायक्रोसेकंद आणि नॅनोसेकंद श्रेणीतील होते. सध्या, मायक्रोसेकंद लेझरद्वारे थेट हिऱ्याच्या प्रक्रियेवर फार कमी अहवाल उपलब्ध आहेत आणि त्यापैकी बहुतेक बॅक-एंड प्रोसेसिंग ॲप्लिकेशन क्षेत्रावर लक्ष केंद्रित करतात.

२. नॅनोसेकंद लेझर प्रक्रिया: नॅनोसेकंद लेझर्सचा सध्या बाजारपेठेत मोठा वाटा आहे आणि उत्तम स्थिरता, कमी खर्च व कमी प्रक्रिया वेळ हे त्यांचे फायदे आहेत. त्यांचा वापर उद्योग उत्पादनात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. तथापि, नॅनोसेकंद लेझर ॲब्लेशन प्रक्रिया नमुन्यासाठी औष्णिकदृष्ट्या विनाशकारी असते आणि त्याचे स्थूल स्वरूप म्हणजे या प्रक्रियेमुळे एक मोठे उष्णता-प्रभावित क्षेत्र (heat-affected zone) तयार होते.

३. पिकोसेकंद लेझर प्रक्रिया: पिकोसेकंद लेझर प्रक्रिया ही नॅनोसेकंद लेझर थर्मल इक्विलिब्रियम ॲब्लेशन आणि फेमटोसेकंद लेझर कोल्ड प्रोसेसिंग यांच्या दरम्यानची आहे. यामध्ये पल्सचा कालावधी लक्षणीयरीत्या कमी केला जातो, ज्यामुळे उष्णतेमुळे प्रभावित क्षेत्रामुळे होणारे नुकसान मोठ्या प्रमाणात कमी होते.

४. फेमटोसेकंद लेझर प्रक्रिया: अतिवेगवान लेझर तंत्रज्ञानामुळे हिऱ्यांवर सूक्ष्म प्रक्रिया करण्याच्या संधी उपलब्ध होतात, परंतु फेमटोसेकंद लेझर्सची जास्त किंमत आणि देखभालीचा खर्च प्रक्रिया पद्धतींच्या प्रसाराला मर्यादित करतो. सध्या, यासंबंधीचे बहुतेक संशोधन प्रयोगशाळेच्या टप्प्यावरच आहे.

निष्कर्ष

‘कापता न येण्यापासून’ ते ‘हवे तसे कोरण्यापर्यंत’, लेझर तंत्रज्ञानाने हे शक्य केले आहे.हिरा आता ते प्रयोगशाळेत अडकलेले केवळ एक 'पात्र' राहिलेले नाही. तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीबरोबर, भविष्यात आपल्याला कदाचित दिसेल: मोबाईल फोनमधील उष्णता कमी करणारे हिऱ्याचे चिप्स, माहिती साठवण्यासाठी हिऱ्यांचा वापर करणारे क्वांटम कॉम्प्युटर्स, आणि मानवी शरीरात प्रत्यारोपित केलेले हिऱ्याचे बायोसेन्सर्ससुद्धा… प्रकाश आणि हिऱ्यांचा हा नृत्याविष्कार आपले जीवन बदलत आहे.