Em um laboratório da Universidade de Rochester, pesquisadores estão usando lasers para mudar a superfície dos metais de maneiras incríveis, como torná-los super-repelentes à água sem o uso de revestimentos especiais, tintas, ou solventes.

As aplicações comerciais da tecnologia variam de degelo de aviões comerciais e caminhões de grande porte, à prevenção de ferrugem e corrosão de superfícies metálicas expostas, para limpar, superfícies antimicrobianas para instalações médicas e cirúrgicas.

Mas para tornar a tecnologia comercialmente viável, os lasers devem se tornar muito mais poderosos.

Uma empresa de tecnologia apoiada por capital de risco, FemtoRoc Corp., está realizando um projeto de pesquisa conjunto com John Marciante, um professor associado de ótica, e o Instituto de Óptica da Universidade para desenvolver esses lasers mais poderosos. O projeto, espera-se que leve seis anos, tem um orçamento de pesquisa estimado em $ 10 milhões.

"O que eles [FemtoRoc] precisam é de um ultra rápido, sistema de laser de classe femtossegundo com potência média medida em quilowatts, em vez dos 10's de watts agora disponíveis comercialmente, "diz Marciante." Então, precisamos aumentar em mais de um fator de 10. "

"É um empreendimento muito ambicioso."

O proprietário, a tecnologia super-hidrofóbica usa lasers para criar um padrão intrincado de estruturas micro e nanoescala, dando às superfícies de metal tratadas um novo conjunto de propriedades físicas.

Em 2015, Chunlei Guo, um professor de ótica, e Anatoliy Vorobyev, um cientista sênior do Instituto de Óptica, descreveu o extremamente poderoso, mas pulsos de laser ultracurtos, eles costumavam mudar permanentemente a superfície dos metais.

Guo e Vorobyev usaram com sucesso esta técnica para criar não apenas superfícies de metal que são extremamente repelentes de água, mas aqueles que atraem água também. O laboratório de Guo também criou um processo para tratar superfícies de metal para absorver virtualmente todos os comprimentos de onda da luz ambiente e que tem uma ampla gama de aplicações comerciais, incluindo magro, células solares ultraeficientes.

Contudo, leva cerca de uma hora para o laboratório de Guo padronizar uma amostra de metal de 1 polegada por 1 polegada usando comercialmente disponível, lasers de baixa potência. Mais poderoso, pulsos de laser de femtossegundos ultrarrápidos são necessários para acelerar o processo e tornar a tecnologia comercialmente viável.

Para desenvolver os lasers, Laboratório de Marciante, que é especializada no desenvolvimento avançado, alto poder, lasers de fibra, terá de enfrentar dois desafios principais.

Uma é que os feixes de laser são geralmente confinados em fibras ópticas convencionalmente projetadas, que tendem a ser muito pequenos no diâmetro do núcleo. Ao aumentar a potência do laser, muita luz fica concentrada no núcleo da fibra, e as propriedades não lineares proliferam, fazendo com que o feixe de laser se amplie ou se torne modulado.

"Quando você tenta comprimir o feixe em um pulso curto, há muita energia que não cabe nesse pulso, "Marciante explica." O poder utilizável se espalha, ou não focaliza onde você deseja. "

O segundo desafio é o superaquecimento. "Você está bombeando o feixe de laser em um nível de energia, numa extremidade, e, em seguida, extraí-lo em um nível de energia inferior, na outra extremidade, e nenhum processo é 100% termicamente eficiente. Então essa energia extra acaba na fibra. A fibra pode ficar muito quente, mesmo ao ponto de derreter, "Marciante diz.

Além das pesquisas feitas por sua própria equipe, Marciante alavancará uma rede de pesquisadores veteranos nos Estados Unidos e no exterior e trará fornecedores terceirizados com design de fibra comprovada e recursos de fabricação.

A pesquisa de Marciante já produziu os seguintes resultados:

• uma fibra óptica de núcleo maior proprietário com qualidades de feixe de laser superiores que é compatível com lasers de fibra de femtossegundos ultra-rápidos de alta potência
• uma forma de reduzir significativamente os efeitos das não linearidades no núcleo da fibra patenteada. "Principalmente, se você cortar o comprimento da fibra pela metade, você pode ir para o dobro de energia, "Marciante diz." A compensação é, você também está despejando o calor na metade do espaço. "

"É um desafio muito emocionante, "Marciante diz.

"Ninguém no mundo foi capaz de fazer este tipo específico de tratamento a laser de femtossegundo em superfícies de metal, ", acrescenta." Lançar produtos comerciais usando essa tecnologia será uma verdadeira virada de jogo. Esta é uma oportunidade única na vida de criar novas ciências. "