超短激光脈沖可用于在車輛發(fā)動機(jī)中的活塞環(huán)上產(chǎn)生微圖案，以減少它們的摩擦并最終減少車輛的燃料消耗。（圖片F(xiàn)raunhofer IWS）
位于德國德累斯頓的弗勞恩霍夫材料與光束技術(shù)研究所的工程師們正致力于使用超快激光器在車輛內(nèi)燃機(jī)的部件上生成微結(jié)構(gòu)，以減少其摩擦，從而降低車輛的整體燃料消耗超過10％。
當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)中的活塞每分鐘上下移動幾千次時(shí)，它們會摩擦汽缸的內(nèi)壁。這種摩擦?xí)p慢它們的速度，浪費(fèi)動能并最終加速燃料。此外，隨著時(shí)間的推移，小的材料損失和變形會損壞發(fā)動機(jī)。
因此，IWS工程師使用500飛秒超快激光脈沖在發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)上產(chǎn)生精細(xì)結(jié)構(gòu) - 跨越幾微米的小孔，以減少它們的摩擦。這種環(huán)將活塞封裝成密封件，以使?jié)櫥瓦h(yuǎn)離燃燒室。雖然看不見，但在顯微鏡下，結(jié)構(gòu)化的孔看起來像排水通道或魚骨。
根據(jù)Fraunhofer IWS的Udo Klotzbach博士的說法，這些骨骼模式有兩個(gè)功能：“一方面，它們減少了可以摩擦氣缸壁的區(qū)域。另一方面，通道將發(fā)動機(jī)油引導(dǎo)到通常發(fā)生最大摩擦損失的區(qū)域。從某種意義上說，如果我們堅(jiān)持魚骨[類比]，它的脊柱就是新油在需要時(shí)流過的通道。
當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，微結(jié)構(gòu)使得保護(hù)油膜始終在環(huán)和氣缸內(nèi)壁之間浮動，因此減少了系統(tǒng)內(nèi)的摩擦。
Klotzbach估計(jì)，如果內(nèi)燃機(jī)中選定的單個(gè)零件采用這種工藝處理，汽車可以減少汽油或柴油的百分之幾。他補(bǔ)充說：“如果我們也用它來加工滑動軸承，滾動軸承和其他移動車輛部件，并計(jì)算整個(gè)汽車，我們甚至可以節(jié)省兩位數(shù)的百分比。”
在許多其他機(jī)械系統(tǒng)中出現(xiàn)類似的摩擦問題，例如在機(jī)車或銑床中。 即使是現(xiàn)代電動汽車也會因電動機(jī)和其他運(yùn)動部件的摩擦而浪費(fèi)部分電池電量。根據(jù)Fraunhofer IWS的預(yù)測，預(yù)測顯示這種摩擦和相關(guān)磨損每年消耗德國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的2-7％左右。根據(jù)Klotzbach的說法，微結(jié)構(gòu)因此可以顯著減少這些摩擦損失 - 以及相關(guān)的支出 - 同時(shí)使系統(tǒng)的組件平均延長約30％。
弗勞恩霍夫工程師開發(fā)了新工藝，使其可用于大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在正與汽車行業(yè)的合作伙伴一起進(jìn)行測試。IWS科學(xué)家們還在探索其微型魚骨的其他應(yīng)用，例如機(jī)械工程和運(yùn)動器材。
